Aceste dispozitive semiconductoare transformă energia solară în curent electric continuu. Mai simplu spus, acestea sunt elementele de bază ale dispozitivului pe care îl numim „panouri solare”. Cu ajutorul unor astfel de baterii, sateliții artificiali Pământeni operează pe orbite spațiale. Astfel de baterii sunt fabricate aici în Krasnodar - la uzina Saturn. Să mergem acolo într-o excursie.
Fotografii și text de Rustem Adagamov
Întreprinderea din Krasnodar face parte din Agenția Spațială Federală, dar Saturn este deținută de compania Ochakovo, care a salvat literalmente această producție în anii '90. Proprietarii de la Ochakovo au cumpărat un pachet de control, care aproape a ajuns la americani.
Aici s-au investit sume mari de bani și echipamente moderne, iar acum Saturn este unul dintre cei doi lideri pe piata ruseasca producerea de baterii solare și reîncărcabile pentru nevoi industria spațială- civile si militare. Toate profiturile pe care le primește Saturn rămân aici în Krasnodar și merg către dezvoltarea bazei de producție.
Deci, totul începe aici - pe așa-numitul site. epitaxie în fază gazoasă. În această cameră există un reactor cu gaz, în care un strat cristalin este crescut pe un substrat de germaniu timp de 3 ore, care va servi drept bază pentru o viitoare celulă solară. Costul unei astfel de instalații este de aproximativ 3 milioane de euro:
După aceasta, substratul mai are un drum lung de parcurs: contactele electrice vor fi aplicate pe ambele părți ale fotocelulei (mai mult, pe partea de lucru contactul va avea un „model pieptene”, ale cărui dimensiuni sunt atent calculate pentru a asigura trecerea maximă a razelor solare), va apărea un strat antireflex pe substrat și etc. - mai mult de două duzini în total operațiuni tehnologiceîn diverse instalaţii înainte ca fotocelula să devină baza celulei solare.
Aici, de exemplu, instalatie de fotolitografie. Aici, pe fotocelule se formează „modele” de contacte electrice. Aparatul efectuează automat toate operațiunile, conform unui program dat. Aici lumina este potrivită, ceea ce nu dăunează stratului fotosensibil al celulei foto - ca și înainte, în era fotografiei analogice, am folosit lămpi „roșii”^
În vidul instalației de pulverizare, contactele electrice și dielectricii sunt depuse cu ajutorul unui fascicul de electroni și se aplică și acoperiri antireflex (acestea cresc curentul generat de fotocelula cu 30%):
Ei bine, fotocelula este gata și poți începe asamblarea bateriei solare. Barele colectoare sunt lipite de suprafața fotocelulei pentru a le conecta apoi între ele, iar pe ele este lipită sticlă de protecție, fără de care în spațiu, în condiții de radiație, fotocelula ar putea să nu reziste la sarcini. Și, deși grosimea sticlei este de doar 0,12 mm, o baterie cu astfel de fotocelule va funcționa mult timp pe orbită (pe orbite înalte mai mult de 15 ani).
Conexiunea electrică a fotocelulelor între ele se realizează prin contacte de argint (se numesc bare) cu o grosime de numai 0,02 mm.
Pentru a obține tensiunea de rețea necesară generată de bateria solară, fotocelulele sunt conectate în serie. Iată cum arată o secțiune de fotocelule conectate în serie (convertoare fotoelectrice - este corect):
La final, panoul solar este asamblat. Aici este afișată doar o parte a bateriei - panoul în format mockup. Pe un satelit pot exista până la opt astfel de panouri, în funcție de cantitatea de energie necesară. Pe sateliții moderni de comunicații atinge 10 kW. Panourile vor fi montate pe satelit, în spațiu se vor deschide ca niște aripi și cu ajutorul lor ne vom uita la televiziunea prin satelit, vom folosi internet prin satelit, sisteme de navigație (sateliții GLONASS folosesc panouri solare Krasnodar):
Când nava este iluminată de Soare, electricitatea generată de bateria solară alimentează sistemele navei spațiale, iar excesul de energie este stocat în baterie. Când nava spațială se află în umbra Pământului, dispozitivul folosește electricitatea stocată în baterie. Baterie nichel-hidrogen, având o intensitate energetică mare (60 W h/kg) și o resursă practic inepuizabilă, este utilizat pe scară largă pe nave spațiale. Producția de astfel de baterii este o altă parte a activității plantei Saturn.
În această fotografie, asamblarea unei baterii cu nichel-hidrogen este efectuată de Anatoly Dmitrievich Panin, deținătorul medaliei Ordinului de Meritul pentru Patrie, gradul II:
Zona de asamblare a bateriei nichel-hidrogen. Conținutul bateriei este pregătit pentru a fi plasat în carcasă. Umplerea este electrozi pozitivi și negativi separați de hârtie separatoare - în ei are loc transformarea și acumularea de energie:
Instalatie pentru sudarea cu fascicul de electroniîn vid, cu ajutorul căruia carcasa bateriei este realizată din metal subțire:
Zona atelierului unde carcasele bateriilor și piesele sunt testate pentru presiune înaltă. Datorită faptului că acumularea de energie în baterie este însoțită de formarea hidrogenului, iar presiunea din interiorul bateriei crește, teste de scurgere - parte integrantă procesul de fabricare a bateriei:
Carcasa unei baterii nichel-hidrogen este o parte foarte importantă a întregului dispozitiv care funcționează în spațiu. Carcasa este proiectată pentru o presiune de 60 kg s/cm 2 în timpul testării, ruperea a avut loc la o presiune de 148 kg s/cm 2:
Bateriile testate cu rezistență sunt încărcate cu electrolit și hidrogen, după care sunt gata de utilizare:
Corpul unei baterii nichel-hidrogen este realizat dintr-un aliaj metalic special și trebuie să fie rezistent mecanic, ușor și să aibă o conductivitate termică ridicată. Bateriile sunt instalate în celule și nu se ating între ele:
Bateriile reîncărcabile și bateriile asamblate din acestea sunt supuse testelor electrice la instalații producție proprie. În spațiu nu se va mai putea corecta sau înlocui nimic, așa că fiecare produs este atent testat aici.
Toată tehnologia spațială este supusă testării pentru solicitarea mecanică folosind suporturi de vibrații care simulează sarcinile în timpul inserției nava spatiala pe orbită.
În general, planta Saturn a făcut cea mai favorabilă impresie. Producția este bine organizată, atelierele curate și luminoase, oamenii care lucrează sunt calificați, comunicarea cu astfel de specialiști este o plăcere și foarte interesantă pentru o persoană care este cel puțin într-o oarecare măsură interesată de spațiul nostru. L-a lăsat pe Saturn într-o dispoziție grozavă- Este întotdeauna plăcut să te uiți la un loc aici în care nu se implică în discuții inactiv și nu trimit documente, ci fac o muncă reală, serioasă, concurează cu succes cu producători similari din alte țări. Ar fi mai multe din asta în Rusia.
Invenția se referă la sisteme energetice pentru obiecte spațiale bazate pe conversia directă a energiei radiante de la Soare în electricitate și poate fi utilizată pentru a crea panouri solare economice de suprafață mare. Esență: într-o baterie solară spațială care conține un cadru de susținere, fotocelule plasate pe ea, inclusiv doi electrozi conductori separați printr-un gol, dintre care unul este translucid, pe suprafața interioară există un înveliș din materiale cu funcție de lucru mai mică decât funcția de lucru a materialului electrodului, iar dimensiunea golului nu depășește calea liberă a fotoelectronilor. 5 bolnavi.
Invenția se referă la sisteme energetice ale obiectelor spațiale bazate pe conversia directă a energiei radiante de la Soare în electricitate și poate fi utilizată pentru a crea panouri solare spațiale de suprafață mare (SB). Bateriile solare cunoscute conțin un cadru, fotocelule plasate pe acesta, inclusiv doi electrozi conductori separați printr-un spațiu, dintre care unul este translucid, bazat pe structuri semiconductoare diverse tipuri au o eficiență de conversie destul de mare energie solară . Dezavantajele SB-urilor cunoscute bazate pe efectul fotoelectric intern sunt complexitatea structurii PV cu utilizarea materialelor rare, cum ar fi arseniura de galiu; limitarea fundamentală de jos a grosimii celulei solare datorită structurii multistrat, în special gradat-gap, a convertorului folosind substraturi, diferite acoperiri optice și de protecție și, ca urmare, masa relativ mare a celulei solare, depășind masa cadrului panoului solar din materiale de înaltă rezistență; sensibilitatea la efectele mediului spațial, în special la radiațiile corpusculare, care determină degradarea rapidă a caracteristicilor de performanță, reducând durata de viață. Ca urmare, aceste neajunsuri duc la costul ridicat al energiei electrice generate de astfel de SB. Cea mai apropiată de soluția tehnică propusă este o baterie solară spațială selectată ca prototip, care conține un cadru de susținere, fotocelule așezate pe ea, inclusiv doi electrozi conductori separați printr-un gol, dintre care unul este translucid Ca o zonă generatoare de curent între suprafețele celulei solare, într-o astfel de celulă solară se utilizează un strat(e) homo- sau heterostructural(e) pe care se aplică electrozi (de exemplu, optici și de barieră) și acoperirile necesare. Elementele colectoare de curent pot fi realizate sub formă de plase conductoare subțiri formate pe suprafețele electrozilor. Cadrul de susținere este o structură de fermă realizată din elemente de tijă de înaltă rezistență, de exemplu fibră de carbon, pe care FEP este întins sub formă de panouri flexibile pe un substrat de plasă, fixate de cadru de-a lungul periferiei. SB cunoscut are o eficiență destul de ridicată (aproape până la 15-20%) și o grosime mică a panourilor SB flexibile (până la 100-200 microni), facilitând depozitarea, transportul și punerea în funcțiune a SB, de exemplu, dintr-un sul. Dezavantajele SB cunoscute sunt cele deja notate mai sus, care sunt tipice pentru celulele solare semiconductoare. Aceste neajunsuri, în cele din urmă, se exprimă în caracteristici energetice specifice insuficient de ridicate (puterea nu depășește 0,2 kW/kg sau 0,16 kW/m2) și caracteristici operaționale și tehnologice (gravitatea specifică semnificativă a panourilor solare datorită PV, complexitatea producției, sensibilitatea la influențe cosmice etc.), ceea ce duce la un cost crescut de generare a energiei electrice din sistemele solare de acest tip. Scopul invenției este de a crește puterea electrică specifică pe unitatea de masă în timp ce crește simultan rezistența la influențele externe în condițiile spațiului cosmic. Acest obiectiv este atins prin faptul că într-o baterie solară spațială care conține un cadru de susținere, fotocelule plasate pe ea, inclusiv doi electrozi conductori separați printr-un spațiu, dintre care unul este translucid, pe suprafața interioară a unuia dintre electrozi există o acoperire realizată dintr-un material cu o funcție de lucru mai mică decât randamentul funcției de lucru a materialului său, iar dimensiunea golului nu depășește calea liberă a fotoelectronilor. Esența invenției este utilizarea SB propus în proiectare, spre deosebire de principii tradiționale efect fotoelectric extern, cu unul dintre electrozii conductori servind ca fotocatod, din care fotoelectronii pot fi ejectați predominant fie în direcția luminii incidente de pe suprafața de umbră a filmului, fie în direcția opusă față de suprafața iluminată a filmului. Fotoelectronii sunt captati de un alt film cu un electrod conductor, care actioneaza ca un anod. Deoarece filmele catodice și anodice sunt realizate din materiale cu diferite funcții de lucru a electronilor, atunci când SB este expus unui flux luminos între pelicule, se stabilește o anumită diferență de potențial de echilibru (EMF de ordinul a 0,6-0,8 V) cu condiția ca decalajul dintre pelicule este mai mic decât lungimea liberă a drumului fotoelectronilor în mediul golului (această condiție este îndeplinită pentru vidul cosmic cu un câmp magnetic extern slab). Cel mai important lucru este că peliculele conductoare (inclusiv metalice) pot fi realizate mult mai subțiri decât panourile semiconductoare SB de ordinul a 0,5 microni sau mai puțin, astfel încât caracteristicile specifice ale SB propuse sunt mult mai mari decât cele ale SB tradiționale. În plus, sensibilitatea caracteristicilor electrofizice ale SB propus la efectele factorilor din mediul spațial (micrometeoriți, radiații corpusculare) este mult mai slabă. Producția de filme și asamblarea panourilor solare din acestea pe un cadru de susținere sunt simple din punct de vedere tehnologic, iar condițiile de gravitate scăzută (imponderabilitate) fac posibilă crearea de panouri solare ușoare de o suprafață foarte mare și, prin urmare, de putere. Realizarea preferată a SB propus este un design în care fiecare dintre peliculele cu un electrod conductiv este realizată sub formă de benzi izolate unele de altele, iar benzile diferitelor filme în perechi formează secțiuni ale unui convertor fotoelectric, combinate într-o serie. circuit în care fiecare bandă din spate a uneia dintre secțiunile convertorului este conectată electric cu banda orientată spre solar a secțiunii adiacente a convertorului, iar elementele de colectare a curentului sunt conectate electric la banda din spate la un capăt al circuitului și la banda orientată spre solar de la capătul opus al circuitului. Acest design a crescut capacitatea de fabricație atunci când se construiește o suprafață mare SB. În același timp, acest design al SB face posibilă reducerea cantității de curent care curge prin secțiunile fotovoltaice pe unitatea de putere generată și, prin urmare, reducerea grosimii filmelor, adică reducerea suplimentară a masei SB. În SB propus, pe suprafața filmului se aplică o acoperire cu un electrod conductor (fotocatod), care reduce funcția de lucru a electronilor din acest film. Acest lucru se poate face, de exemplu, prin oxidarea unei pelicule metalice corespunzătoare (de exemplu, aluminiu). Atunci când anodul este situat deasupra fotocatodului, primul trebuie să fie translucid, prin urmare această opțiune Filmul conductiv SB propus, orientat spre Soare, poate fi realizat dintr-o structură perforată sau plasă cu umbrirea minimă posibilă a filmului catodic. Esenţa invenţiei este ilustrată prin desene, în care Fig. 1 prezintă o diagramă a unui sistem solar cu un fotocatod de peliculă orientat spre Soare; Fig. 2 prezintă o diagramă a unui SB cu un fotocatod pe suprafața posterioară; figura 3 arată schema circuitului SB cu compartimentare; Figura 4 prezintă circuitul electric echivalent al SB; Figura 5 prezintă o opțiune de proiectare pentru SB. După cum se arată în Fig. 1, SB conține pelicule conductoare plasate pe un cadru dielectric de susținere 1, dintre care unul servește ca catod fotoemisiv 2, iar celălalt ca anod 3. Filmul 2 este situat de-a lungul suprafeței orientate către lumina solară. flux 4. Prin elementele colectoare de curent 5, peliculele conductoare pot fi conectate la sarcina 6. Conform unei alte variante de realizare a SB, prezentată în Fig. 2, fotocatodul 2 poate fi amplasat de-a lungul suprafeței posterioare, iar filmul anod 3 este făcute transparente, în special perforate sau realizate sub formă de plasă de sârmă fină. Materialele electrozilor pot include metale precum aluminiu, argint, aur, platină, unele aliaje, oxizi de metale alcaline și alți compuși. Lucrări diverse randamentul de electroni a fost obținut pentru filmele din același metal datorită oxidării unuia dintre ele sau a altui tratament de suprafață. După cum se arată în Fig. 3, filmele catodice și anodice pot fi realizate sub formă de benzi 7 și 8 izolate una de cealaltă, cu benzi de un tip (anodic) conectate electric la benzi de alt tip (catod) de-a lungul îmbinărilor de contact ( cusături) 9 astfel încât aici o celulă solară cu suprafață mare este un sistem (lanț) de secțiuni generatoare de energie conectate în serie de 10 dimensiuni mai mici. Fiecare secțiune crește tensiunea furnizată sarcinii 6 în conformitate cu schema de circuit echivalentă prezentată în fig. După cum se arată în Fig. 5, structural SB cu diagrama conform Fig. 3 poate conţine un cadru pliabil sau prefabricat cu elemente portante longitudinale 11 şi transversale 12. Fragmente de FEP 13 sub formă de benzi îmbinate de diferite tipuri sunt întinse pe cadru, trecându-le prin elementele transversale 12 și fixarea de-a lungul marginilor de aceleași elemente 12, de exemplu, folosind țesături elastice dielectrice (plasă, bretele etc. ) 14. Rigiditatea SB în starea de desfăşurare este asigurată de bretele 15, care strâng capetele elementelor de tijă longitudinale 11, articulate în părţile centrale ale acestora. Funcționarea și funcționarea SB conform invenției se realizează după cum urmează. Fie întregul SB în formă pliată, fie fragmentele sale sunt lansate în spațiul cosmic, apoi asamblate în sistem unificat. Când este pus în stare de funcționare, SB este orientat spre Soare cu una dintre suprafețele sale de film, în funcție de tipul de fotocatod (vezi Figurile 1 și 2). Datorită rezultatului emisii electronice Un câmp electric apare în golul dintre filme, creând o diferență de potențial între filmele anodice și catodice egală cu diferența în funcțiile de lucru ale acestor filme. Când o anumită sarcină 6 este conectată la SB prin elementele de colectare a curentului 5, în circuitul fotovoltaic ia naștere un curent electric, furnizând sarcina cu electricitatea necesară. Domeniul principal de aplicare a SB-urilor propuse este mare, în special orbitele geostaționare, unde influența atmosferei, a câmpului magnetic al planetei și a gradientului gravitațional al acesteia este minimă, ceea ce face posibilă crearea SB-urilor de o suprafață foarte mare. și, prin urmare, putere mare. Eficiența tehnică și economică a invenției propuse poate fi confirmată prin următoarele estimări. Se știe că eficiența conversiei energiei cu efect fotoelectric extern este de 2-10%. Având în vedere că puterea fluxului de lumină solară în apropierea Pământului este de aproximativ 1,4 kW/m 2, puterea electrică generată pe unitatea de suprafață a soarelui. panoul va fi de aproximativ 0,051400 70 W/m 2 , dacă luăm o eficiență de 5%, această cifră este vizibil mai slabă decât cea a SB-urilor de siliciu seriale, unde se atinge 110 W/m2. Cu toate acestea, grosimea filmelor poate fi mărită la 0,5 microni. Apoi masa a 1 m 2 de peliculă, de exemplu, din aluminiu va fi 110,510 -6 2,710 3 1,3510 -3 kg 1,35 g pentru o grosime de 0,5 microni. Prin urmare, puterea electrică specifică (pe baza masei PV), ținând cont de utilizarea a două filme, va fi Pentru un PV cu o masă specifică de 25 10 g/m2 și un cadru cu aceeași masă specifică medie, adică dacă masa specifică a bateriei solare este de aproximativ 20 g/m2, puterea electrică specifică a SB va fi 
Acest indicator principal al SB propus este de aproape 20 de ori mai mare decât același indicator pentru SB semiconductoare promițătoare, ajungând la 200 W/kg, iar implementarea SB propusă nu necesită materiale rare și tehnologii complexe, deoarece producția de conductoare foarte subțiri. filmele este un proces practic stăpânit. Costul creării SB propus ar trebui să fie așteptat la nivelul costului punerii lor pe orbită și, deoarece acesta din urmă este proporțional cu masa SB, câștigul în costul generării de energie electrică folosind SB propus devine destul de evident . În plus, SB-urile propuse se caracterizează printr-o durată de viață mai lungă și cerințe operaționale mai puțin stricte. SB-urile propuse permit posibilitatea utilizării lor efective ca organe de control (solar-sail) pentru orientarea și corectarea orbitei obiectelor spațiale. Perspectivele de îmbunătățire a SB-urilor propuse sunt asociate în principal cu crearea de filme conductoare deosebit de subțiri (mai puțin de 0,1 microni) și cadre portante ultra-ușoare. Se efectuează cercetări relevante în domeniul dispozitivelor solare cu vele. Surse de informare 1. Koltun M.M. Celule solare. M. Science, 1987, p. 136-154. 2. Grilikhes V.A. și altele. Energie solară și zboruri spațiale. M. Știință, 1984 p.144 (prototip).
Baterii si panouri solare, panouri solare, energie alternativa, energie solara
Pe primii sateliți Pământeni, echipamentul consuma relativ puțină putere de curent și timpul său de funcționare a fost foarte scurt. Prin urmare, sursele obișnuite de energie spațială au fost utilizate cu succes ca primele surse de energie spațială. baterii.
După cum știți, pe un avion sau mașină, bateria este o sursă de curent auxiliară și funcționează împreună cu un generator de mașină electrică, de la care este reîncărcată periodic.
Principalele avantaje ale bateriilor sunt fiabilitatea lor ridicată și performanța excelentă. Un dezavantaj semnificativ al bateriilor reîncărcabile este greutate mare cu consum redus de energie. De exemplu, o baterie argint-zinc cu o capacitate de 300 Ah cântărește aproximativ 100 kg. Aceasta înseamnă că cu o putere curentă de 260 W (consum normal pe satelitul Mercury cu echipaj), o astfel de baterie va funcționa mai puțin de două zile. Greutatea specifică a bateriei, care caracterizează perfecțiunea în greutate a sursei de curent, va fi de aproximativ 450 kg/kW.
Prin urmare, bateria ca sursă de curent autonomă a fost folosită până acum în spațiu doar cu un consum redus de energie (până la 100 de wați) și o durată de viață de câteva zeci de ore.
Pentru sateliții automati mari ai Pământului, saturati cu o varietate de echipamente, au fost necesare surse de curent mai puternice și mai ușoare, cu o durată de viață foarte lungă - până la câteva săptămâni și chiar luni.
Astfel de surse de curent erau generatoare pur spațiale - elemente fotovoltaice semiconductoare care funcționează pe principiul transformării energiei luminoase a radiației solare direct în electricitate. Aceste generatoare sunt numite panouri solare .
Am vorbit deja despre puterea radiației termice de la Soare. Să ne amintim că în afara atmosferei terestre intensitatea radiației solare este destul de semnificativă: fluxul de energie incident pe suprafață perpendicular pe razele solare este de 1340 de wați pe 1 m2. Această energie, sau mai degrabă, capacitatea radiației solare de a crea fotoelectrice efecte, este folosit în bateriile solare. Principiul de funcționare al unei celule solare cu siliciu este prezentat în Fig. 30.
O napolitană subțire constă din două straturi de siliciu cu proprietăți fizice diferite. Stratul interior este siliciu monocristalin pur. Exteriorul este foarte acoperit strat subțire siliciu „contaminat”, de exemplu cu un amestec de fosfor. După iradierea unei astfel de „plachete” cu lumina soarelui, apare un flux de electroni între straturi și se formează o diferență de potențial, iar un curent electric apare în circuitul extern care conectează straturile.
Grosimea stratului de siliciu necesară este nesemnificativă, dar din cauza tehnologiei imperfecte este de obicei de la 0,5 la 1 mm, deși doar aproximativ 2% din grosimea acestui strat participă la crearea curentului. Din motive tehnologice, suprafața unui element al unei baterii solare este foarte mică, ceea ce necesită o conexiune în serie într-un circuit număr mare elemente.
O baterie solară cu siliciu produce curent numai atunci când razele soarelui cad pe suprafața sa, iar curentul maxim va fi tras atunci când planul bateriei este perpendicular pe razele soarelui. Aceasta înseamnă că atunci când se deplasează nava spatiala sau OK pe orbită, este necesară orientarea constantă a bateriilor spre Soare. Bateriile nu vor furniza curent la umbră, așa că trebuie utilizate în combinație cu o altă sursă de curent, cum ar fi o baterie. Acesta din urmă va servi nu numai ca dispozitiv de stocare, ci și ca amortizor pentru eventualele fluctuații ale cantității de energie necesară.
Eficienţă panourile solare sunt mici, nu depășește încă 11-13%. Aceasta înseamnă că din 1 m 2 de panouri solare moderne, puterea este de aproximativ 100-130 wați. Adevărat, există posibilități de creștere a eficienței. baterii solare (teoretic până la 25%) prin îmbunătățirea designului acestora și îmbunătățirea calității stratului semiconductor. Se propune, de exemplu, stivuirea a două sau mai multe baterii una peste alta, astfel încât suprafața inferioară să utilizeze acea parte a spectrului de energie solară pe care stratul superior o transmite fără a o absorbi.
Eficienţă bateria depinde de temperatura suprafeței stratului semiconductor. Eficiența maximă este atinsă la 25°C, iar când temperatura crește la 300C randamentul este scade cu aproape jumatate. Bateriile solare sunt avantajoase de utilizat, la fel ca și bateriile, pentru un consum redus de curent datorită suprafeței lor mari și a greutății specifice ridicate. Pentru a obține, de exemplu, o putere de 3 kW, este necesară o baterie formată din 100.000 de celule cu o greutate totală de aproximativ 300 kg, adică. la greutate specifică 100 kg/kw. Astfel de baterii vor ocupa o suprafață de peste 30 m2.
Cu toate acestea, panourile solare s-au dovedit bine în spațiu ca fiind o sursă de energie destul de fiabilă și stabilă, capabilă să funcționeze pentru o perioadă foarte lungă de timp.
Principalul pericol pentru celulele solare din spațiu este radiația cosmică și praful de meteori, care provoacă eroziunea suprafeței celulelor de siliciu și limitează durata de viață a bateriilor.
Pentru stațiile locuite mici, această sursă de curent va rămâne aparent singura acceptabilă și destul de eficientă, dar NCS mari vor necesita alte surse de energie, mai puternice și cu o greutate specifică mai mică. În același timp, este necesar să se țină cont de dificultățile de obținere a curentului alternativ cu ajutorul panourilor solare, care vor fi necesare pentru marile laboratoare spațiale științifice.
Recent, în Colorado a avut loc o conferință „Noua generație de exploratori suborbitali”, la care au fost discutate, în special, proiecte de construcție de stații solare spațiale. Și dacă nimeni nu a luat astfel de idei în serios înainte, acum sunt foarte aproape de implementare.
Astfel, Congresul SUA pregătește un plan pentru tranziția treptată a Americii de la combustibilii fosili la energia spațială. Un departament spațial special creat va fi responsabil de implementarea proiectului NASA, Departamentul de Energie și alte organizații vor juca un rol activ în activitatea sa.
Până în octombrie a acestui an, Departamentul de Justiție trebuie să prezinte Congresului toate modificările și completările necesare la legislația federală actuală pentru a începe construcția de centrale solare spațiale. Ca parte a programului, la etapa inițială este planificată dezvoltarea sistemelor nucleare motoarele spațiale, să utilizeze nave reutilizabile pentru logistica spațială și construcția de centrale solare pe orbită.
Tehnologii care se vor transforma lumina soareluiîn electricitate și teleportați-o pe Pământ.
În special, experții de la Institutul de Tehnologie din California propun iluminarea planetei folosind „covoare zburătoare” orbitale. Acestea sunt sisteme de 2.500 de panouri, 25 mm grosime și 2/3 dintr-un teren de fotbal lungime. Elementele unei astfel de stații vor fi puse pe orbită de rachete precum Space Launch System, un vehicul de lansare super-greu american dezvoltat de NASA. Centrala electrică spațială este creată ca parte a SSPI (Space Solar Power Initiative), un parteneriat între California Tech University și Northrup Grumman. Acesta din urmă a investit 17,5 milioane de dolari pentru a dezvolta componentele de bază ale sistemului în următorii trei ani. Inițiativa a fost susținută și de cercetătorii de la Jet Propulsion Laboratory al NASA.
Potrivit profesorului de la Caltech, Harry Atwater, care a condus Space Solar Power Initiative, „covoarele magice” transformă energia solară în unde radio și le trimit pe pământ. Energia va fi transmisă folosind principiul phased array utilizat în sistemele radar. Acest lucru va crea un flux care se mișcă în orice direcție.
Panourile solare constau din placi cu dimensiunile 10x10 cm si cu o greutate de aproximativ 0,8 g, ceea ce va asigura un cost relativ mic de lansare a structurii. Fiecare țiglă va transmite energia convertită în mod autonom și dacă una dintre ele eșuează, restul va continua să funcționeze. Pierderea câtorva elemente din cauza erupțiilor solare sau meteoriților mici nu va dăuna centralei electrice. Conform calculelor oamenilor de știință, când producţie în masă costul energiei electrice dintr-o astfel de sursă va fi mai mic decât atunci când se utilizează cărbune sau gaz natural.
Procentul de terestre instalatii solareîn balanța generală a aprovizionării cu energie în multe țări ale lumii devine din ce în ce mai mare. Dar capacitățile unor astfel de centrale electrice sunt limitate: noaptea și în norii grei, panourile solare își pierd capacitatea de a genera electricitate. Prin urmare, varianta ideală este plasarea centralelor solare pe orbită, unde ziua nu lasă loc nopții, iar norii nu creează bariere între Soare și panouri. Principalul avantaj al construirii unei centrale electrice în spațiu este potențiala eficiență. Panourile solare situate în spațiu pot genera de zece ori mai multă energie decât bateriile situate pe suprafața Pământului.
Ideea centralelor orbitale a fost dezvoltată de mult timp, oamenii de știință de la NASA și de la Pentagon au fost implicați în cercetări similare încă din anii 60. Anterior, implementarea unor astfel de proiecte a fost îngreunată de costul ridicat al transportului, dar odată cu dezvoltarea tehnologiei, centralele spațiale pot deveni o realitate în viitorul apropiat.
Sunt deja mai multe proiecte interesante pentru construirea instalaţiilor solare pe orbită. În plus față de Space Solar Power Initiative, americanii dezvoltă un panou solar orbital care va absorbi radiația solară și va transmite fascicule de electroni folosind unde radio către un receptor de pe pământ. Autorii dezvoltării au fost specialiști de la Laboratorul de Cercetare al Marinei SUA. Au construit un modul solar compact cu un panou fotovoltaic pe o parte. În interiorul panoului există electronice care convertesc curentul continuu în frecvență radio pentru transmiterea semnalului, cealaltă parte susține o antenă pentru transmiterea fasciculelor de electroni către Pământ.
Potrivit autorului principal al dezvoltării, Paul Jaffe, cu cât frecvența fasciculului de electroni care transportă energie este mai mică, cu atât este mai fiabilă transmiterea acestuia către vreme rea. Și la o frecvență de 2,45 GHz, puteți primi energie chiar și în timpul sezonului ploios. Receptorul solar va furniza energie pentru toate operațiunile militare, generatoarele diesel pot fi uitate pentru totdeauna.
Statele Unite nu sunt singura țară care intenționează să primească energie electrică din spațiu. Lupta acerbă pentru resursele energetice tradiționale a forțat multe state să caute surse alternative de energie.
Agenția japoneză de explorare spațială JAXA a dezvoltat o platformă fotovoltaică pentru instalare pe orbita Pământului. Energia solară colectată cu ajutorul instalației va fi furnizată stațiilor de recepție de pe Pământ și transformată în energie electrică. Energia solară va fi colectată la o altitudine de 36 mii km.
Un astfel de sistem, constând dintr-o serie de stații terestre și orbitale, ar trebui să înceapă să funcționeze în 2030, capacitatea sa totală va fi de 1 GW, ceea ce este comparabil cu standardul. centrala nucleara. În acest scop, Japonia intenționează să construiască o insulă artificială de 3 km lungime, pe care va fi desfășurată o rețea de 5 miliarde de antene pentru a converti undele radio de ultra-înaltă frecvență în energie electrică. Cercetătorul JAXA Susumi Sasaki, care a condus dezvoltarea, este încrezător că plasarea bateriilor solare în spațiu va duce la o revoluție a energiei, făcând posibilă în timp abandonarea completă a surselor tradiționale de energie.
China are planuri similare, care va construi o centrală solară pe orbita Pământului mai mare decât Stația Spațială Internațională. Suprafata totala Instalarea panourilor solare se va ridica la 5-6 mii de metri pătrați. km. Potrivit calculelor experților, o astfel de stație va colecta razele solare în 99% din timp, iar panourile solare spațiale vor putea genera de 10 ori mai multă energie electrică pe unitate de suprafață decât omologii lor de la sol. Se presupune că electricitatea generată va fi convertită în microunde sau într-un fascicul laser pentru transmisie la un colector de pământ. Construcția este programată să înceapă în 2030, iar proiectul va costa aproximativ 1 trilion de dolari.
Inginerii lumii evaluează posibilitățile de a construi centrale solare spațiale nu numai pe orbită, ci și în zone mai apropiate de Soare, lângă Mercur. În acest caz, vor fi necesare de aproape 100 de ori mai puține panouri solare. În acest caz, dispozitivele de recepție pot fi mutate de pe suprafața Pământului în stratosferă, ceea ce va permite un transfer eficient de energie în intervalele milimetrice și submilimetrice.
De asemenea, sunt în curs de dezvoltare proiecte pentru centrale solare lunare.
De exemplu, companie japoneză Shimizu a propus crearea unei centuri de panouri solare care se întinde pe întreg ecuatorul Lunii pe 11 mii de km și o lățime de 400 km.
Acesta va fi plasat pe partea din spate a satelitului Pământului, astfel încât sistemul să fie expus constant la razele soarelui. Panourile pot fi conectate folosind cabluri de alimentare convenționale sau sisteme optice. Electricitatea generată este planificată să fie transmisă folosind antene mari și primită cu ajutorul unor receptoare speciale de pe Pământ.
În teorie, proiectul arată grozav, tot ce rămâne este să ne dăm seama cum să livrăm sute de mii de panouri către satelitul Pământului și să le instalăm acolo, precum și cum să livrăm energie de pe Lună către planeta noastră fără a pierde o parte semnificativă. din ea pe parcurs: la urma urmei, va trebui să parcurgeți 364 de mii de km. Așa că ideile de creare a centralelor lunare sunt prea departe de realitate și dacă vor fi realizate, nu va fi foarte curând.
Tatiana Gromova
