В чем преимущества использования солнечных батарей в космосе
Как только человек научился выводить на орбиту космические аппараты, встал вопрос о возможности их долговременного использования. Корректировка орбиты, передача данных, снабжение электричеством спутников и жилых станций требовало наличия энергии. А получать ее круглосуточно за пределами земли можно было только от солнца. Так в космосе появились солнечные батареи, первые из которых были созданы почти одновременно с началом освоения околоземного пространства.
Создание и использование фотоэлектрических панелей для внеземных аппаратов
«Пионерами» разработки фотовольтаики данного типа стали инженеры СССР. Для космических кораблей «Восход», «Восток» и орбитальных станций «Салют» были использованы гелиопанели, созданные группой физика Н.С.Лидоренко. Он же произвел точные математические расчеты эффективности солнечных батарей в космосе для технологий того времени.
На тот момент КПД ячеек на базе кремния едва достигал 8-10%, однако конструкция модулей отличалась высокой надежностью. Основные идеи и технологические решения советских ученых лежат в основе и нынешней космической фотовольтаики.
За прошедшие с той поры 60 лет подобными панелями были оснащены:
- более 250 межпланетных станций (единственное исключение – 4 аппарата, запущенных в дальний космос и получающих энергию от радиоактивных элементов);
- свыше 3300 спутников, включая быстро увеличивающуюся группу «StarLink» Илона Маска;
- 72 лунохода, длительное функционирование которых требовало постоянного притока энергии;
- 14 марсоходов, включая американский и китайский аппараты, направленные к Марсу в 2020 году.
Достоинства и недостатки солнечных батарей в космосе
Как и любое другое высокотехнологичное оборудование, фотоэлектрические панели для внеземного пространства обладают достоинствами и недостатками.
Плюсы:
- за пределами земли нет атмосферы, дождей и туч, поток солнечного излучения постоянен, а потому панели генерируют ток круглосуточно (исключение – аппараты на Луне и Марсе);
- инсоляция в безвоздушном пространстве значительно выше, что увеличивает эффективность использования солнечных батарей в космосе;
- у космической фотовольтаики КПД достигает 40-45%.
Минусы:
- из-за огромных температурных перепадов, микро метеоритов и жесткого космического излучения панели быстрее деградируют;
- солнечные батареи для космоса обходятся в немалые суммы сами по себе, а их доставка на орбиту требует дополнительные 2-2,5 тысячи долларов за каждый килограмм массы;
- неблагоприятные условия функционирование вынуждают использовать многоуровневую защиту всех элементов модулей, что делает их еще дороже и массивнее.
Тем не менее, достойной альтернативы гелио панелям за пределами планеты для выполнения тех же задач пока не существует.
Космические СЭС будущего
Еще одной невероятно перспективной сферой применения солнечных батарей в космосе является создание в ближайшем будущем масштабных орбитальных электростанций. Причина такого интереса к данному проекту в следующем:
- Мощность потока излучения нашего светила, направленного в сторону земли, в тысячи раз превосходит всю потребляемую человечеством энергию.
- Размещение любого количества гелио панелей на орбите ничем не ограничено. Теоретически из них можно образовать огромные поля площадью с миллионы квадратных километров.
- Генерация энергии будет происходить в режиме 365/24/7, с возможностью передачи ее на землю по микроволновому лучу.
В настоящий момент единственным препятствием реализации такого проекта является его запредельная стоимость. Однако в будущем, с появлением технологий вроде «космического лифта», вывод на орбиту грузов подешевеет примерно в 1000 раз. И тогда создание подобных «СЭС будущего» может превратиться в реальность.
Какие солнечные батареи в космосе обеспечивают наибольшую эффективность?
Изначально космические панели создавались на базе монокристаллического кремния. Помимо низкой производительности, они имели и ряд других недостатков.
Сегодня в фотовольтаике для внеземного пространства используются исключительно тонкопленочные технологии. Основой ячеек являются композиты редкоземельных элементов типа CIGS, представляющие собой чередующиеся слои сульфидов галлия, индия и прочих редких металлов.
Это позволяет кардинально повысить поглощение фотонов разной длины волны, что увеличивает КПД и долговечность системы в несколько раз.
Такие солнечные батареи обходятся дороже, но в космической промышленности цена играет далеко не самую важную роль.
Похожие статьи
Нужен совет?
Если вам сложно определиться с выбором, напишите нам через форму обратной связи
Помочь найти?
Если вы не нашли то, что искали, воспользуйтесь поиском по магазину