Hawak ang "Russian mga sistema ng espasyo"(RKS, bahagi ng Roscosmos) ay nakumpleto na ang paglikha ng isang modernized electrical protection system para sa mga domestic na gawang solar panel. Ang paggamit nito ay makabuluhang magpapahaba ng buhay ng mga power supply ng spacecraft at gagawin ang mga solar panel ng Russia na isa sa mga pinaka-epektibong enerhiya sa mundo. Ang pag-unlad ay iniulat sa press release na natanggap ng editor.
Ang mga patentadong teknikal na solusyon ay ginamit sa disenyo ng mga bagong diode, na makabuluhang napabuti ang kanilang mga katangian ng pagganap at nadagdagan ang kanilang pagiging maaasahan. Kaya, ang paggamit ng espesyal na binuo multilayer dielectric insulation ng kristal ay nagpapahintulot sa diode na makatiis ng mga reverse voltages na hanggang 1.1 kilovolts. Dahil dito, magagamit ang bagong henerasyon ng mga protection diode sa mga available na pinaka-mahusay na photovoltaic converter (PVCs). Noong nakaraan, kapag ang mga diode ay hindi matatag sa mataas na reverse boltahe, ito ay kinakailangan upang piliin ang hindi ang pinaka mahusay na mga sample.
Upang madagdagan ang pagiging maaasahan at buhay ng serbisyo ng mga diode, lumikha ang RKS ng mga bagong multilayer switching bus para sa mga diode batay sa molibdenum, salamat sa kung saan ang mga diode ay makatiis ng higit sa 700 thermal shocks. Ang thermal shock ay isang tipikal na sitwasyon para sa mga solar cell sa kalawakan, kapag, sa panahon ng paglipat mula sa iluminado na bahagi ng orbit patungo sa may kulay na bahagi ng Earth, ang temperatura ay nagbabago ng higit sa 300 degrees Celsius sa loob ng ilang minuto. Ang mga karaniwang bahagi ng mga terrestrial solar na baterya ay hindi makatiis dito, at ang buhay ng serbisyo ng mga baterya sa espasyo ay higit na tinutukoy ng bilang ng mga thermal shock na maaari nilang mabuhay.
Ang aktibong buhay ng isang spacecraft solar na baterya na nilagyan ng mga bagong diode ay tataas sa 15.5 taon. Ang diode ay maaaring maimbak sa Earth para sa isa pang 5 taon. Kaya ang heneral garantiya na panahon Ang buhay ng serbisyo ng mga bagong henerasyon na diode ay 20.5 taon. Ang mataas na pagiging maaasahan ng aparato ay nakumpirma ng mga independiyenteng pagsubok sa buhay, kung saan ang mga diode ay nakatiis ng higit sa pitong libong mga thermal cycle. Ang napatunayan na teknolohiya ng produksyon ng grupo ay nagpapahintulot sa RKS na makagawa ng higit sa 15 libong bagong henerasyon ng mga diode bawat taon. Ang kanilang mga paghahatid ay binalak na magsimula sa 2017.
Ang mga bagong solar cell ay makatiis ng hanggang 700 na pagbabago sa temperatura na 300 degrees Celsius at magagawang magtrabaho sa kalawakan ng higit sa 15 taon
Ang mga solar na baterya para sa espasyo ay binubuo ng mga photovoltaic converter (PVCs) na may sukat na 25x50 millimeters. Ang lugar ng mga solar panel ay maaaring umabot sa 100 metro kuwadrado (para sa mga istasyon ng orbital), kaya maaaring magkaroon ng maraming solar cell sa isang sistema. Ang mga FEP ay nakaayos sa mga tanikala. Ang bawat indibidwal na chain ay tinatawag na "string". Sa kalawakan, ang mga indibidwal na solar cell ay pana-panahong nasira ng mga cosmic ray, at kung wala silang anumang proteksyon, kung gayon ang buong solar na baterya kung saan matatagpuan ang apektadong converter ay maaaring mabigo.
Ang batayan ng solar battery protection system ay binubuo ng mga diode - maliliit na device na naka-install na kumpleto sa solar cells. Kapag ang solar na baterya ay bahagyang o ganap na nahulog sa lilim, ang mga solar cell, sa halip na magbigay ng kasalukuyang sa mga baterya, ay magsisimulang ubusin ito - ang reverse boltahe ay dumadaloy sa mga solar cell. Upang maiwasang mangyari ito, ang isang shunt diode ay naka-install sa bawat PV cell, at isang blocking diode ay naka-install sa bawat "string". Kung mas mahusay ang solar cell, mas maraming kasalukuyang ginagawa nito, mas malaki ang reverse boltahe kapag ang solar panel ay pumasok sa anino ng Earth.
Kung ang shunt diode ay hindi "hilahin" ang reverse boltahe sa itaas ng isang tiyak na halaga, ang mga solar cell ay kailangang gawing hindi gaanong episyente upang pareho ang pasulong na charging current ng mga baterya at ang reverse current ng hindi gustong discharge ay minimal. Kapag, sa paglipas ng panahon, sa ilalim ng impluwensya ng mga destabilizing factor sa kalawakan, ang mga indibidwal na solar cell o isang "string" ay agad na nabigo, ang mga naturang elemento ay pinuputol lamang nang hindi naaapektuhan ang gumaganang solar cell at iba pang "mga string". Nagbibigay-daan ito sa natitirang, gumagana pa rin, mga converter na magpatuloy sa pagtatrabaho. Kaya, ang kahusayan ng enerhiya at aktibong buhay ng solar na baterya ay nakasalalay sa kalidad ng mga diode.
Sa USSR, ang mga blocking diode lamang ang ginamit sa mga solar na baterya; kung ang isang solar cell ay hindi gumana, agad nilang pinatay ang buong kadena ng mga converter. Dahil dito, ang pagkasira ng mga solar panel sa mga satellite ng Sobyet ay mabilis at hindi sila gumana nang napakatagal. Pinilit kaming gumawa at maglunsad ng mga device para palitan ang mga ito, na napakamahal. Mula noong 1990s, kapag lumilikha ng domestic spacecraft, ang mga solar cell na ginawa ng dayuhan ay nagsimulang gamitin, na binili na binuo gamit ang mga diode. Posibleng ibalik ang sitwasyon sa ika-21 siglo lamang.
Kamakailan lamang, ang isang kumperensya na "Bagong Henerasyon ng Suborbital Explorers" ay ginanap sa Colorado, kung saan, sa partikular, ang mga proyekto para sa pagtatayo ng mga istasyon ng solar sa espasyo ay tinalakay. At kung walang nagseryoso sa mga ganitong ideya noon, ngayon ay malapit na talaga sa pagpapatupad.
Kaya, ang Kongreso ng US ay naghahanda ng isang plano para sa unti-unting paglipat ng America mula sa fossil fuels patungo sa space energy. Ang isang espesyal na nilikha na departamento ng espasyo ay magiging responsable para sa pagpapatupad ng proyekto. aktibong papel Ang NASA, ang Kagawaran ng Enerhiya at iba pang mga organisasyon ay gaganap ng papel sa gawain nito.
Hanggang Oktubre ngayong taon Dapat isumite ng Kagawaran ng Hustisya sa Kongreso ang lahat ng kinakailangang pagbabago at pagdaragdag sa kasalukuyang pederal na batas upang simulan ang pagtatayo ng mga solar power plant sa kalawakan. Bilang bahagi ng programa para sa paunang yugto ito ay binalak na bumuo ng mga sistemang nuklear mga makina sa kalawakan, na gumamit ng mga reusable na barko para sa space logistics at ang pagtatayo ng mga solar power plant sa orbit.
Ang mga teknolohiya ay nasa ilalim din ng aktibong pag-unlad upang i-convert ang sikat ng araw sa kuryente at i-teleport ito sa Earth.
Sa partikular, ang mga eksperto mula sa California Institute of Technology ay nagmumungkahi ng pagpapailaw sa planeta gamit ang orbital na "flying carpets." Ito ay mga sistema ng 2,500 panel, 25 mm ang kapal at 2/3 ng isang football field ang haba. Ang mga elemento ng naturang istasyon ay ihahatid sa orbit sa pamamagitan ng mga rocket tulad ng Space Launch System, isang American super-heavy launch vehicle na binuo ng NASA. Ang space power plant ay ginagawa sa loob ng framework ng SSPI (Space Solar Power Initiative) - proyekto ng kasosyo California Tech University at Northrup Grumman. Ang huli ay namuhunan ng $17.5 milyon upang bumuo ng mga pangunahing bahagi ng sistema sa susunod na tatlong taon. Ang inisyatiba ay sinusuportahan din ng mga mananaliksik sa Jet Propulsion Laboratory ng NASA.
Ayon sa propesor ng Caltech na si Harry Atwater, na nanguna sa Space Solar Power Initiative, ang "magic carpets" ay nagko-convert ng solar energy sa mga radio wave at ipinadala ang mga ito sa lupa. Ang enerhiya ay ipapadala gamit ang phased array principle na ginagamit sa mga radar system. Ito ay lilikha ng isang daloy na gumagalaw sa anumang direksyon.
Ang mga solar panel ay binubuo ng mga tile na may sukat na 10x10 cm at tumitimbang ng humigit-kumulang 0.8 g, na magtitiyak ng medyo mababang halaga ng paglulunsad ng istraktura. Ang bawat tile ay magpapadala ng na-convert na enerhiya nang awtonomiya at kung ang isa sa mga ito ay nabigo, ang iba ay patuloy na gagana. Ang pagkawala ng ilang elemento dahil sa solar flares o maliliit na meteorite ay hindi makakasama sa power plant. Ayon sa mga kalkulasyon ng mga siyentipiko, sa mass production, ang halaga ng kuryente mula sa naturang pinagmulan ay magiging mas mababa kaysa kapag gumagamit ng karbon o natural na gas.
Porsiyento ng ground-mounted solar installation sa pangkalahatang balanse Ang suplay ng enerhiya ng maraming bansa sa buong mundo ay lalong tumataas. Ngunit ang mga kakayahan ng naturang mga power plant ay limitado: sa gabi at sa mabibigat na ulap, ang mga solar panel ay nawawalan ng kakayahang makabuo ng kuryente. Samakatuwid, ang perpektong opsyon ay ilagay ang mga solar power plant sa orbit, kung saan ang araw ay hindi nagbibigay daan sa gabi, at ang mga ulap ay hindi gumagawa ng mga hadlang sa pagitan ng Araw at ng mga panel. Ang pangunahing bentahe ng pagtatayo ng isang planta ng kuryente sa kalawakan ay ang potensyal na kahusayan nito. Ang mga solar panel na matatagpuan sa kalawakan ay maaaring makabuo ng sampung beses na mas maraming enerhiya kaysa sa mga baterya na matatagpuan sa ibabaw ng Earth.
Ang ideya ng mga orbital power plant ay binuo nang mahabang panahon; ang mga siyentipiko mula sa NASA at Pentagon ay nakikibahagi sa katulad na pananaliksik mula noong 60s. Dati, pinabagal ang pagpapatupad ng mga naturang proyekto mataas na presyo transportasyon, ngunit sa pag-unlad ng teknolohiya, ang mga power plant sa kalawakan ay maaaring maging isang katotohanan sa nakikinita na hinaharap.
Mayroon nang ilan mga kawili-wiling proyekto para sa pagtatayo ng mga solar installation sa orbit. Bilang karagdagan sa Space Solar Power Initiative, ang mga Amerikano ay bumubuo ng isang orbital solar panel na sumisipsip ng solar radiation at magpapadala ng mga electron beam gamit ang mga radio wave sa isang receiver sa lupa. Ang mga may-akda ng pag-unlad ay mga espesyalista mula sa US Navy Research Laboratory. Nagtayo sila ng isang compact solar module na may photovoltaic panel sa isang gilid. Sa loob ng panel mayroong mga electronics na nagko-convert ng direktang kasalukuyang sa dalas ng radyo para sa paghahatid ng signal, ang kabilang panig ay sumusuporta sa isang antena para sa pagpapadala ng mga electron beam sa Earth.
Ayon sa nangungunang may-akda ng pag-unlad, si Paul Jaffe, mas mababa ang dalas ng electron beam na nagdadala ng enerhiya, mas maaasahan ang paghahatid nito sa masamang panahon. At sa dalas ng 2.45 GHz, maaari kang makatanggap ng enerhiya kahit na sa panahon ng tag-ulan. Ang solar receiver ay magbibigay ng enerhiya para sa lahat ng operasyon ng militar; ang mga diesel generator ay maaaring makalimutan magpakailanman.
Ang Estados Unidos ay hindi lamang ang bansa na nagpaplanong tumanggap ng kuryente mula sa kalawakan. Mahirap na labanan para sa tradisyonal masiglang mapagkukunan pinilit ang maraming estado na maghanap ng mga alternatibong mapagkukunan ng enerhiya.
Ang Japanese space exploration agency na JAXA ay bumuo ng isang photovoltaic platform para sa pag-install sa Earth orbit. Ang solar energy na nakolekta gamit ang installation ay ibibigay sa mga receiving station sa Earth at gagawing kuryente. Koleksyon enerhiyang solar ay isasagawa sa taas na 36 libong km.
Ang ganitong sistema, na binubuo ng isang serye ng mga istasyon ng lupa at orbital, ay dapat magsimulang gumana sa 2030, ang kabuuang kapasidad nito ay magiging 1 GW, na maihahambing sa pamantayan. nuclear power plant. Sa layuning ito, plano ng Japan na magtayo ng isang artipisyal na isla na 3 km ang haba, kung saan ang isang network ng 5 bilyong antenna ay ipapakalat upang i-convert ang ultra-high frequency radio waves sa kuryente. Pinuno ng pag-unlad Mananaliksik Tiwala ang JAXA Susumi Sasaki na ang paglalagay ng mga solar na baterya sa kalawakan ay hahantong sa isang rebolusyon sa enerhiya, na ginagawang posible sa paglipas ng panahon na ganap na iwanan ang mga tradisyonal na pinagkukunan ng enerhiya.
Ang China ay may katulad na mga plano, na magtatayo ng isang solar power plant sa Earth orbit na mas malaki kaysa sa International Space Station. Ang kabuuang lugar ng mga solar panel ng pag-install ay magiging 5-6 thousand square meters. km. Ayon sa mga kalkulasyon ng eksperto, ang naturang istasyon ay mangongolekta ng solar rays sa 99% ng oras, at ang mga space solar panel ay makakapag-generate ng 10 beses na mas maraming kuryente sa bawat unit area kaysa sa kanilang mga ground-based na katapat. Ipinapalagay na ang nabuong kuryente ay gagawing microwaves o sinag ng laser. Ang konstruksyon ay nakatakdang magsimula sa 2030, at ang proyekto ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang $1 trilyon.
Ang mga inhinyero sa buong mundo ay tinatasa ang mga posibilidad ng pagtatayo ng mga solar space power plant hindi lamang sa orbit, kundi pati na rin sa mga lugar na mas malapit sa Araw, malapit sa Mercury. Sa kasong ito, halos 100 beses na mas kaunting solar panel ang kakailanganin. Sa kasong ito, ang mga tumatanggap na device ay maaaring ilipat mula sa ibabaw ng Earth patungo sa stratosphere, na magbibigay-daan sa mahusay na paglipat ng enerhiya sa mga saklaw ng milimetro at submillimeter.
Ang mga proyekto para sa lunar solar power plants ay ginagawa din.
Halimbawa, iminungkahi ng kumpanya ng Hapon na si Shimizu na lumikha ng isang sinturon ng mga solar panel na umaabot sa buong ekwador ng Buwan para sa 11 libong km at isang lapad na 400 km.
Ipo-post ito sa likurang bahagi satellite ng Earth upang ang sistema ay palaging nasa ilalim sinag ng araw. Ang mga panel ay maaaring konektado gamit ang mga regular na power cable o optical system. Ang nabuong kuryente ay binalak na maipadala gamit ang malalaking antenna at matanggap gamit ang mga espesyal na receiver sa Earth.
Sa teorya, ang proyekto ay mukhang mahusay, ang natitira lamang ay upang malaman kung paano maghatid ng daan-daang libong mga panel sa satellite ng Earth at i-install ang mga ito doon, pati na rin kung paano maghatid ng enerhiya mula sa Buwan patungo sa ating planeta nang hindi nawawala ang isang makabuluhang bahagi nito sa daan: pagkatapos ng lahat, kakailanganin mong masakop ang 364 libong km. Kaya't ang mga ideya ng paglikha ng mga lunar power plant ay napakalayo sa katotohanan at kung ito ay maisasakatuparan, ito ay hindi masyadong malapit.
Tatyana Gromova
Mahigit animnapung taon na ang nakalilipas, nagsimula ang panahon ng praktikal na solar power. Noong 1954, ipinakilala ng tatlong Amerikanong siyentipiko ang mundo sa unang mga solar cell na nakabatay sa silikon. Ang pag-asam na makatanggap ng libreng kuryente ay natanto nang napakabilis, at nanguna mga sentrong pang-agham sa buong mundo ay nagsimulang magtrabaho sa paglikha ng mga solar power plant. Ang unang "consumer" ng mga solar panel ay ang industriya ng espasyo. Dito, tulad ng saanman, kailangan ang mga mapagkukunan ng nababagong enerhiya, dahil ang mga on-board na baterya sa mga satellite ay mabilis na nauubos ang kanilang mga mapagkukunan.
At pagkaraan lamang ng apat na taon, ang mga solar panel sa kalawakan ay nagsimula sa kanilang walang tiyak na tungkulin. Noong Marso 1958, inilunsad ng Estados Unidos ang isang satellite na may mga solar panel na nakasakay. Wala pang dalawang buwan, noong Mayo 15, 1958, inilunsad ng Unyong Sobyet ang Sputnik 3 sa isang elliptical orbit sa paligid ng Earth na may mga solar panel na nakasakay.
Ang unang domestic solar power plant sa kalawakan
Ang mga silicone solar panel ay na-install sa ilalim at ilong ng Sputnik 3. Ang kaayusan na ito ay naging posible na makatanggap ng karagdagang kuryente nang halos tuloy-tuloy, anuman ang posisyon ng satellite sa orbit na may kaugnayan sa araw.
Ang ikatlong artipisyal na satellite. Ang solar panel ay malinaw na nakikita
Naubos ng mga onboard na baterya ang kanilang buhay ng serbisyo sa loob ng 20 araw, at noong Hunyo 3, 1958, karamihan sa mga instrumentong naka-install sa satellite ay na-de-energized. Gayunpaman, ang aparato para sa pag-aaral ng radiation ng Araw, ang radio transmitter na nagpadala ng natanggap na impormasyon sa lupa, at ang radio beacon ay patuloy na gumagana. Matapos maubos ang mga on-board na baterya, ang mga device na ito ay ganap na pinapagana ng mga solar panel. Ang radio beacon ay gumana halos hanggang sa masunog ang satellite sa atmospera ng Earth noong 1960.
Pag-unlad ng domestic space photoenergy
Inisip ng mga taga-disenyo ang supply ng kuryente para sa spacecraft kahit na sa yugto ng disenyo ng pinakaunang paglulunsad ng mga sasakyan. Pagkatapos ng lahat, ang mga baterya ay hindi maaaring palitan sa espasyo, na nangangahulugan na ang aktibong buhay ng serbisyo ng isang spacecraft ay tinutukoy lamang ng kapasidad ng mga onboard na baterya. Una at pangalawa mga artipisyal na satellite Ang mga lupain ay nilagyan lamang ng mga on-board na baterya, na naubos pagkatapos ng ilang linggong operasyon. Simula sa ikatlong satellite, lahat ng kasunod na spacecraft ay nilagyan ng mga solar panel.
Ang pangunahing developer at tagagawa ng space solar power plants ay ang Kvant research and production enterprise. Ang mga Kvant solar panel ay naka-install sa halos lahat ng domestic spacecraft. Sa simula ito ay silicon solar cells. Ang kanilang kapangyarihan ay limitado sa pamamagitan ng parehong ibinigay na sukat at timbang. Ngunit pagkatapos ay binuo at ginawa ng mga siyentipiko ng Kvant ang unang solar cell sa mundo batay sa isang ganap na bagong semiconductor - gallium arsenide (GaAs).
Bilang karagdagan, ang ganap na bagong mga panel ng helium ay inilagay sa produksyon, na walang mga analogue sa mundo. Ang bagong produktong ito ay napakahusay na helium panel sa isang substrate na may mesh o string na istraktura.
Helium panel na may mesh at string backing
Ang mga silicone helium panel na may bidirectional sensitivity ay idinisenyo at partikular na ginawa para sa pag-install sa low-orbit spacecraft. Halimbawa, para sa Russian segment ng international space station (ang Zvezda spacecraft), ginawa ang mga panel na nakabatay sa silicon na may bidirectional sensitivity, at ang lugar ng isang panel ay 72 m².
Solar na baterya ng Zvezda spacecraft
Ang mga flexible solar cell na may mahusay na specific gravity na katangian ay binuo din batay sa amorphous na silicon at inilagay sa produksyon: na may timbang na 400 g/m² lamang, ang mga bateryang ito ay nakabuo ng kuryente na may indicator na 220 W/kg.
Flexible na gel na baterya batay sa amorphous na silikon
Upang mapabuti ang kahusayan ng mga solar cell, isinagawa ang malawak na pananaliksik at pagsubok sa lupa upang ipakita ang mga negatibong epekto ng Big Space sa mga helium panel. Ginawa nitong posible na magpatuloy sa paggawa ng mga solar na baterya para sa spacecraft. iba't ibang uri may deadline aktibong gawain hanggang 15 taon.
Venus mission spacecraft
Noong Nobyembre 1965, na may pagitan ng apat na araw, dalawang spacecraft, Venera 2 at Venera 3, ang inilunsad sa aming pinakamalapit na kapitbahay, Venus. Ang mga ito ay dalawang ganap na magkaparehong space probe, ang pangunahing gawain ay ang makarating sa Venus. Ang parehong spacecraft ay nilagyan ng mga solar panel batay sa gallium arsenide, na napatunayan ang kanilang mga sarili sa nakaraang malapit-Earth spacecraft. Sa panahon ng paglipad, ang lahat ng kagamitan ng parehong mga probe ay gumana nang walang patid. 26 na mga sesyon ng komunikasyon ang isinagawa sa istasyon ng Venera-2, at 63 sa istasyon ng Venera-3. Kaya, ang pinakamataas na pagiging maaasahan ng mga solar na baterya ng ganitong uri ay nakumpirma.
Dahil sa mga pagkabigo sa control equipment, nawala ang komunikasyon sa Venera 2, ngunit nagpatuloy ang istasyon ng Venera 3. Sa pagtatapos ng Disyembre 1965, kasunod ng isang utos mula sa Earth, ang trajectory ay naitama, at noong Marso 1, 1966, ang istasyon ay nakarating sa Venus.
Ang data na nakuha bilang resulta ng paglipad ng dalawang istasyon na ito ay isinasaalang-alang sa paghahanda ng bagong misyon, at noong Hunyo 1967 isang bagong awtomatikong istasyon, Venera-4, ang inilunsad patungo sa Venus. Tulad ng dalawang nauna nito, nilagyan ito ng gallium arsenide solar panel na may kabuuang lawak na 2.4 m². Sinuportahan ng mga bateryang ito ang pagpapatakbo ng halos lahat ng kagamitan.
Istasyon "Venera-4". Nasa ibaba ang descent module
Noong Oktubre 18, 1967, pagkatapos na maghiwalay ang descent module at pumasok sa atmospera ng Venus, ipinagpatuloy ng istasyon ang trabaho nito sa orbit, kabilang ang pagsisilbing relay ng mga signal mula sa radio transmitter ng descent vehicle sa Earth.
Spacecraft ng misyon ng Luna
Ang mga solar na baterya batay sa gallium arsenide ay Lunokhod-1 at Lunokhod-2. Ang mga solar panel ng parehong mga aparato ay naka-mount sa mga hinged na takip at nagsilbi nang tapat sa buong panahon ng pagpapatakbo. Bukod dito, sa Lunokhod-1, ang programa at mapagkukunan kung saan idinisenyo para sa isang buwan ng operasyon, ang mga baterya ay tumagal ng tatlong buwan, tatlong beses na mas mahaba kaysa sa binalak.
Ang Lunokhod-2 ay nagtrabaho sa ibabaw ng Buwan sa loob lamang ng higit sa apat na buwan, na sumasaklaw sa layo na 37 kilometro. Maaari pa rin itong gumana kung ang kagamitan ay hindi nag-overheat. Ang aparato ay nahulog sa isang sariwang bunganga na may maluwag na lupa. Matagal akong nadulas, ngunit sa huli ay nakalabas din ako ng reverse gear. Sa pag-akyat niya sa butas, isang maliit na dami ng lupa ang nahulog sa takip na may mga solar panel. Upang mapanatili ang isang ibinigay na thermal regime, ang mga nakatiklop na solar panel ay ibinaba sa tuktok na takip ng kompartimento ng hardware sa gabi. Pagkatapos umalis sa bunganga at isara ang takip, ang lupa mula dito ay nahulog sa kompartamento ng hardware, na naging isang uri ng heat insulator. Sa araw na tumaas ang temperatura sa itaas ng isang daang degrees, ang kagamitan ay hindi makayanan at nabigo.
Ang mga modernong solar panel, na ginawa gamit ang pinakabagong nanotechnology, gamit ang mga bagong semiconductor na materyales, ay naging posible upang makamit ang kahusayan ng hanggang sa 35% na may makabuluhang pagbawas sa timbang. At ang mga bagong helium panel na ito ay matapat na nagsisilbi sa lahat ng device na ipinadala sa mga malapit sa Earth orbit at sa malalim na kalawakan.
Ito ay mga photovoltaic converter - mga semiconductor device na nagko-convert ng solar energy sa direktang electric current. Sa madaling salita, ito ang mga pangunahing elemento ng device na tinatawag nating "solar panels." Sa tulong ng naturang mga baterya, ang mga artipisyal na Earth satellite ay nagpapatakbo sa mga orbit sa kalawakan. Ang mga naturang baterya ay ginawa dito sa Krasnodar - sa planta ng Saturn. Inimbitahan ng pamunuan ng halaman ang may-akda ng blog na ito na tingnan proseso ng pagmamanupaktura at sabihin ang tungkol dito sa iyong diary.
1. Ang negosyo sa Krasnodar ay bahagi ng Federal Space Agency, ngunit ang Saturn ay pag-aari ng kumpanyang Ochakovo, na literal na nagligtas sa produksyong ito noong 90s. Ang mga may-ari ng Ochakovo ay bumili ng isang controlling stake, na halos napunta sa mga Amerikano. Si Ochakovo ay namuhunan nang malaki dito, bumili ng mga modernong kagamitan, pinamamahalaang mapanatili ang mga espesyalista, at ngayon si Saturn ay isa sa dalawang pinuno sa merkado ng Russia produksyon ng mga solar at rechargeable na baterya para sa mga pangangailangan ng industriya ng espasyo - sibil at militar. Ang lahat ng mga kita na natatanggap ni Saturn ay nananatili dito sa Krasnodar at papunta sa pag-unlad ng base ng produksyon.
2. Kaya, dito nagsisimula ang lahat - sa tinatawag na site. gas phase epitaxy. Sa silid na ito mayroong isang gas reactor, kung saan ang isang mala-kristal na layer ay lumago sa isang germanium substrate sa loob ng tatlong oras, na magsisilbing batayan para sa hinaharap na solar cell. Ang halaga ng naturang pag-install ay halos tatlong milyong euro.
3. Pagkatapos nito, ang substrate ay mayroon pa ring mahabang paraan upang pumunta: ang mga de-koryenteng contact ay ilalapat sa magkabilang panig ng photocell (bukod dito, sa nagtatrabaho na bahagi ang contact ay magkakaroon ng "comb pattern", ang mga sukat nito ay maingat na kinakalkula upang matiyak ang maximum na paghahatid sikat ng araw), lalabas ang isang antireflective coating sa substrate, atbp. - isang kabuuang higit sa dalawang dosenang mga teknolohikal na operasyon sa iba't ibang mga pag-install bago ang photocell ay naging batayan ng solar na baterya.
4. Dito, halimbawa, ay isang pag-install ng photolithography. Dito, ang "mga pattern" ng mga de-koryenteng contact ay nabuo sa mga photocell. Awtomatikong ginagawa ng makina ang lahat ng operasyon, ayon sa isang ibinigay na programa. Narito ang ilaw ay angkop, na hindi nakakapinsala sa photosensitive layer ng photocell - tulad ng dati, sa panahon ng analog photography, gumamit kami ng "pula" na mga lamp.
5. Sa vacuum ng sputtering installation, ang mga electrical contact at dielectrics ay idineposito gamit ang isang electron beam, at inilapat din ang mga antireflective coatings (tinataasan nila ang kasalukuyang nabuo ng photocell ng 30%).
6. Well, handa na ang photocell at maaari mong simulan ang pag-assemble ng solar battery. Ang mga busbar ay ibinebenta sa ibabaw ng photocell upang pagkatapos ay ikonekta ang mga ito sa isa't isa, at ang proteksiyon na salamin ay nakadikit sa mga ito, kung wala ito sa espasyo, sa ilalim ng mga kondisyon ng radiation, ang photocell ay maaaring hindi makatiis sa mga naglo-load. At, kahit na ang kapal ng salamin ay 0.12 mm lamang, ang isang baterya na may ganitong mga photocell ay gagana nang mahabang panahon sa orbit (sa mga matataas na orbit nang higit sa labinlimang taon).
7. Ang mga de-koryenteng koneksyon ng mga photocell sa bawat isa ay isinasagawa gamit ang mga pilak na contact (tinatawag silang mga bar) na may kapal na 0.02 mm lamang.
8. Upang makuha ang kinakailangang boltahe ng network na nabuo ng solar battery, ang mga photocell ay konektado sa serye. Ganito ang hitsura ng isang seksyon ng mga photocell na konektado sa serye (mga photoelectric converter - tama iyan).
9. Sa wakas, ang solar na baterya ay binuo. Bahagi lang ng baterya ang ipinapakita dito - ang panel sa mockup na format. Maaaring mayroong hanggang walong ganoong panel sa isang satellite, depende sa kung gaano karaming kapangyarihan ang kailangan. Sa modernong mga satellite ng komunikasyon umabot ito sa 10 kW. Ang nasabing mga panel ay mai-mount sa isang satellite, sa kalawakan ay magbubukas sila tulad ng mga pakpak at sa kanilang tulong ay manonood kami ng satellite telebisyon, gagamit ng satellite Internet, mga sistema ng nabigasyon (ang mga satellite ng GLONASS ay gumagamit ng mga solar panel ng Krasnodar).
10. Kapag ang isang spacecraft ay naiilaw ng Araw, ang kuryenteng nabuo ng solar battery ay nagpapagana sa mga system ng spacecraft, at ang sobrang enerhiya ay nakaimbak sa baterya. Kapag ang spacecraft ay nasa anino ng Earth, ang aparato ay gumagamit ng kuryente na nakaimbak sa baterya. Ang nickel-hydrogen na baterya, na may mataas na kapasidad ng enerhiya (60 W h/kg) at halos hindi mauubos na mapagkukunan, ay malawakang ginagamit sa spacecraft. Ang paggawa ng naturang mga baterya ay isa pang bahagi ng gawain ng planta ng Saturn. Sa larawang ito, ang pagpupulong ng isang nickel-hydrogen na baterya ay isinasagawa ni Anatoly Dmitrievich Panin, may hawak ng medalya ng Order of Merit para sa Fatherland, II degree.
11. Lugar ng pagpupulong para sa mga bateryang nickel-hydrogen. Ang mga nilalaman ng baterya ay inihanda para sa paglalagay sa pabahay. Ang pagpuno ay positibo at negatibong mga electrodes na pinaghihiwalay ng papel ng separator - nasa kanila na nangyayari ang pagbabagong-anyo at akumulasyon ng enerhiya.
12. Pag-install para sa electron beam welding sa isang vacuum, sa tulong ng kung saan ang kaso ng baterya ay ginawa mula sa manipis na metal.
13. Seksyon ng workshop kung saan ang mga pabahay ng baterya at mga piyesa ay sinusuri para sa epekto altapresyon. Dahil sa katotohanan na ang akumulasyon ng enerhiya sa baterya ay sinamahan ng pagbuo ng hydrogen, at ang presyon sa loob ng baterya ay tumataas, ang pagsusuri sa pagtagas ay isang mahalagang bahagi ng proseso ng pagmamanupaktura ng baterya.
14. Ang pabahay ng isang nickel-hydrogen na baterya ay isang napakahalagang bahagi ng buong aparato na tumatakbo sa kalawakan. Ang pabahay ay idinisenyo para sa isang presyon na 60 kg s/cm 2; sa panahon ng pagsubok, naganap ang pagkalagot sa presyon na 148 kg s/cm 2.
15. Ang mga nasubok na baterya ay sinisingil ng electrolyte at hydrogen, pagkatapos ay handa na silang gamitin.
16. Ang katawan ng isang nickel-hydrogen na baterya ay gawa sa isang espesyal na metal alloy at dapat na mekanikal na malakas, magaan at may mataas na thermal conductivity. Ang mga baterya ay naka-install sa mga cell at hindi hawakan ang isa't isa.
17. Ang mga rechargeable na baterya at mga baterya na binuo mula sa mga ito ay sumasailalim sa mga pagsusuring elektrikal sa mga instalasyon ng sarili nating produksyon. Sa kalawakan ay hindi na posible na itama o palitan ang anuman, kaya ang bawat produkto ay maingat na nasubok dito.
18. Lahat teknolohiya sa espasyo ay sumasailalim sa mga pagsubok para sa mekanikal na stress gamit ang vibration stand na gayahin ang mga load kapag naglulunsad ng spacecraft sa orbit.
19. Sa pangkalahatan, ang halaman ng Saturn ay gumawa ng pinaka-kanais-nais na impresyon. Ang produksyon ay maayos na organisado, ang mga workshop ay malinis at maliwanag, ang mga taong nagtatrabaho ay kwalipikado, ang pakikipag-usap sa mga naturang espesyalista ay isang kasiyahan at napaka-interesante para sa isang tao na hindi bababa sa ilang lawak na interesado sa aming espasyo. Iniwan ang Saturn sa magandang kalooban- Laging magandang tingnan ang isang lugar dito kung saan hindi sila nakikipag-usap sa walang ginagawa at hindi nagpapasa ng mga papel sa paligid, ngunit gumagawa ng tunay, seryosong trabaho, matagumpay na nakikipagkumpitensya sa mga katulad na tagagawa sa ibang mga bansa. Magkakaroon ng higit pa nito sa Russia.
Solar na baterya sa ISS
Ang solar battery ay ilang pinagsamang photoelectric converter (photocells) - mga semiconductor device na direktang nagko-convert ng solar energy sa direktang electric current, kabaligtaran sa mga solar collector na nagpapainit sa coolant material.
Ang iba't ibang mga aparato na ginagawang posible na i-convert ang solar radiation sa thermal at electrical energy ay ang object ng pananaliksik sa solar energy (mula sa Greek helios Ήλιος, Helios -). Ang produksyon ng mga photovoltaic cell at solar collectors ay umuunlad sa iba't ibang direksyon. Ang mga solar panel ay may iba't ibang laki, mula sa mga binuo sa microcalculators hanggang sa mga sumasakop sa mga bubong ng mga kotse at gusali.
Kwento
Ang mga unang prototype ng solar cell ay nilikha ng isang Italyano na photochemist ng Armenian na pinagmulan, si Giacomo Luigi Ciamician.
Noong Abril 25, 1954, inihayag ng Bell Laboratories ang paglikha ng unang mga solar cell na nakabatay sa silikon upang makagawa agos ng kuryente. Ang pagtuklas na ito ay ginawa ng tatlong empleyado ng kumpanya - Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin at Gerald Pearson. Pagkalipas lamang ng 4 na taon, noong Marso 17, 1958, ang unang may mga solar panel, ang Vanguard 1, ay inilunsad sa Estados Unidos. Pagkalipas lamang ng ilang buwan, noong Mayo 15, 1958, inilunsad ang Sputnik 3 sa USSR, din gamit ang mga solar panel.
Gamitin sa espasyo
Ang mga solar panel ay isa sa mga pangunahing paraan upang makuha enerhiyang elektrikal on: nagtatrabaho sila sa mahabang panahon nang walang pag-ubos ng anumang mga materyales, at sa parehong oras ay environment friendly, hindi tulad ng nuclear at.
Gayunpaman, kapag lumilipad sa malaking distansya mula sa Araw (sa kabila ng orbit), ang kanilang paggamit ay nagiging problema, dahil ang daloy ng solar energy ay inversely proportional sa square ng distansya mula sa Araw. Kapag lumilipad papunta at, sa kabaligtaran, ang kapangyarihan ng mga solar panel ay tumataas nang malaki (sa rehiyon ng Venus ng 2 beses, sa rehiyon ng Mercury ng 6 na beses).
Kahusayan ng mga photocell at module
Ang lakas ng solar radiation flux sa pasukan sa atmospera (AM0) ay humigit-kumulang 1366 watts bawat metro kwadrado(tingnan din ang AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D). Kasabay nito, ang tiyak na kapangyarihan ng solar radiation sa Europe sa napakaulap na panahon, kahit na sa araw, ay maaaring mas mababa sa 100 W/m². Gamit ang karaniwang mga solar panel na ginawa sa industriya, ang enerhiya na ito ay maaaring ma-convert sa kuryente na may kahusayan na 9-24%. Sa kasong ito, ang presyo ng baterya ay mga 1-3 US dollars bawat watt ng rated power. Para sa pang-industriyang henerasyon ng kuryente gamit ang mga solar cell, ang presyo sa bawat kWh ay magiging $0.25. Ayon sa European Photovoltaics Association (EPIA), pagsapit ng 2020 ang halaga ng kuryente na nalilikha ng mga solar system ay bababa sa mas mababa sa €0.10 bawat kW. h para sa industriyal mga instalasyon at mas mababa sa 0.15 € bawat kWh para sa mga instalasyon sa mga gusali ng tirahan.
Noong 2009, ang Spectrolab (isang subsidiary ng Boeing) ay nagpakita ng solar cell na may kahusayan na 41.6%. Noong Enero 2011, ang mga solar cell mula sa kumpanyang ito na may kahusayan na 39% ay inaasahang papasok sa merkado. Noong 2011, nakamit ng kumpanya ng California na Solar Junction ang kahusayan na 43.5% para sa isang 5.5x5.5 mm solar cell, na 1.2% na mas mataas kaysa sa nakaraang tala.
Noong 2012, nilikha ni Morgan Solar ang Sun Simba system mula sa polymethylmethacrylate (plexiglass), germanium at gallium arsenide, na pinagsama ang concentrator na may panel kung saan naka-mount ang solar cell. Ang kahusayan ng system kapag ang panel ay nakatigil ay 26-30% (depende sa oras ng taon at ang anggulo kung saan matatagpuan ang Araw), dalawang beses ang praktikal na kahusayan ng mga solar cell batay sa kristal na silikon.
Noong 2013, lumikha si Sharp ng tatlong-layer na solar cell na may sukat na 4x4 mm sa indium gallium arsenide base na may kahusayan na 44.4%, at isang grupo ng mga espesyalista mula sa Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Soitec, CEA-Leti at Helmholtz Center Lumikha ang Berlin ng isang photocell gamit ang mga lente ng Fresnel na may kahusayan na 44.7%, na lumampas sa kanyang sariling tagumpay na 43.6%. Noong 2014, ang Fraunhofer Institute para sa Solar Energy Systems ay lumikha ng mga solar cell na, salamat sa isang lens na tumututok sa liwanag sa isang napakaliit na photocell, ay may kahusayan na 46%.
Noong 2014, nakabuo ang mga Spanish scientist ng photovoltaic cell na gawa sa silicon na maaaring mag-convert ng infrared radiation mula sa araw sa kuryente.
Ang isang promising na direksyon ay ang paglikha ng mga photocell batay sa nanoantennas na gumagana sa pamamagitan ng direktang pagwawasto ng mga alon na idinulot sa isang maliit na antena (mga 200-300 nm) sa pamamagitan ng liwanag (i.e., electromagnetic radiation na may dalas na humigit-kumulang 500 THz). Ang mga nanoantenna ay hindi nangangailangan ng mamahaling hilaw na materyales para sa produksyon at may potensyal na kahusayan na hanggang 85%.
| Uri | Photoelectric conversion coefficient, % |
|---|---|
| Silicon | |
| Si (kristal) | 24,7 |
| Si (polycrystalline) | 20,3 |
| Si (pagpapadala ng manipis na pelikula) | 16,6 |
| Si (submodule ng manipis na pelikula) | 10,4 |
| III-V | |
| GaAs (kristal) | 25,1 |
| GaAs (manipis na pelikula) | 24,5 |
| GaAs (polycrystalline) | 18,2 |
| InP (kristal) | 21,9 |
| Mga manipis na pelikula ng chalcogenides | |
| CIGS (photocell) | 19,9 |
| CIGS (submodule) | 16,6 |
| CdTe (photocell) | 16,5 |
| Amorphous/Nanocrystalline na silikon | |
| Si (amorphous) | 9,5 |
| Si (nanocrystalline) | 10,1 |
| Photochemical | |
| Batay sa mga organikong tina | 10,4 |
| Batay sa mga organikong tina (submodule) | 7,9 |
| Organiko | |
| Organikong polimer | 5,15 |
| Multilayer | |
| GaInP/GaAs/Ge | 32,0 |
| GaInP/GaAs | 30,3 |
| GaAs/CIS (manipis na pelikula) | 25,8 |
| a-Si/mc-Si (manipis na submodule) | 11,7 |
Mga salik na nakakaapekto sa kahusayan ng mga photocell
Ang mga tampok na istruktura ng mga photocell ay nagdudulot ng pagbaba sa pagganap ng mga panel na may pagtaas ng temperatura.
Mula sa mga katangian ng pagganap ng photovoltaic panel ay malinaw na upang makamit ang pinakadakilang kahusayan na kinakailangan nito tamang pagpili paglaban sa pagkarga. Upang gawin ito, ang mga photovoltaic panel ay hindi direktang konektado sa load, ngunit gumamit ng isang photovoltaic system control controller na nagbibigay ng pinakamainam na mode pagpapatakbo ng panel.
Produksyon
Kadalasan ang mga solong photocell ay hindi gumagawa ng sapat na kapangyarihan. kaya lang isang tiyak na halaga ng Ang mga photovoltaic cell ay konektado sa tinatawag na photovoltaic solar modules at isang reinforcement ay ini-mount sa pagitan ng mga glass plate. Ang pagpupulong na ito ay maaaring ganap na awtomatiko.