Forrás: solar.com
Mindannyian ismerjük a lakossági és kereskedelmi napelemeket. Megtalálhatók minden állam körül, például Kaliforniában, New Yorkban, Massachusettsben és még sok másban. A kék és a fekete panelek jól felismerhetők, és kilépnek a háztetőkből vagy a hagyományos háztetőkből.
Az űralapú napenergia viszont olyan téma, amelyet még azok, akik ismerik az otthoni és kereskedelmi napelemeket, nem ismerik jól. Tehát, mi a napenergia az űrben, és miben különbözik a hagyományos napenergia technológiától?
Napenergia használata űrhajókban
A fotovoltaikus elemeket először a Vanguard 1 műholdon használták fel , amelyet az Egyesült Államok 1958-ban indított el. Azóta a napenergia technológiát nagymértékben adaptálták és optimalizálták az űrviszonyokhoz.
A Vanguard 1 műhold és kis PV cellák
A lakásban és a kereskedelemben használt hagyományos monokristályos vagy polikristályos napelemek nem elég tartósak ahhoz, hogy ellenálljanak a világűrben jelentkező szélsőséges körülményeknek, például a túlzott hőnek és hidegnek, valamint a folyamatos napsugárzásnak. Ezen egyedi környezeti tényezők miatt a világűrben alkalmazott napelemes technológia meglehetősen eltér a hagyományos panelektől.
Miért van szükség napelemekre a műholdakon?
Az űrhajók és az űrben lévő műholdak óriási energiát igényelnek a működéshez. Mielőtt a napenergia életképes megoldás volt az energiaellátás biztosítására, elemeket használtak. Az egyetlen probléma az, hogy az akkumulátorok meghatározott kapacitással rendelkeznek, és az elemek újratöltésére szolgáló eszközök nélkül használhatatlanná válnak, ha elfogy az energia.
Az elemekkel párosított napelemek sokkal jobb választás, mivel állandó megújuló energiát biztosítanak. Jelenleg a szolár energiát szolgáltatja a számítógépes rendszereknek és más rendszereknek, amelyeket az űrhajó különféle részeinek megfigyelésére és vezérlésére használnak.
A végső cél azonban a napenergia felhasználása az űrhajók meghajtására és az egyéb üzemanyagforrások igényének minimalizálására vagy teljes mértékű megszüntetésére. Ennek nagyon pozitív módon súlyos következményei lennének az űrutazásnak.
Milyen napenergia-technológiát használnak az űrhajók?
Két típusú napelem van, amelyek általánosak az űrhajókban:
Szilikoncellák vékony üveggel borítva és
Több csatlakozású cellák, amelyek gallium-arzenidből és más hasonló anyagokból állnak.
Az üveggel borított szilíciumcellák nagyon hasonlítanak a szokásos napelemekhez , de tovább fejlesztik őket a sugárzás és a szélsőséges hőmérsékletek kezelésére. Az ilyen típusú panelek megtalálhatók a Nemzetközi Űrállomáson , amely jelenleg az űrben található napelemek nagy részét tartja fenn.
A gallium-arzenidből álló napelemek sokkal hatékonyabbak, és ennek eredményeként néha jobb választás, ha a fizikai tér aggodalomra ad okot. Ezek a panelek akár 34% hatékonyságot is elérhetnek, szemben a legtöbb kereskedelmi napelemek 15-20% -ával.
A Dawn műhold nagy hatékonyságú gallium-arzenid panelei
Az űrben lévő műholdak napelemekkel vannak felszerelve, amelyek követik a nap irányát, hogy maximalizálják a napfény elnyelését. A légkör hiánya miatt az űrben a napsugarak még bőségesebbek, mint a Földön. A napenergia kb. 55-60% -a visszatükröződik vagy felszívódik a Föld felszínére vezető úton felhők, gázok és por útján.
Az űrben sok műholdasban található napelemek tartalmaznak egy összecsukható szerkezetet is, amely lehetővé teszi a panelek kiszélesedését, miközben az űrhajó pályája van. Ezt a formátumot a Nemzetközi Űrállomáson is használják.
Végül, a világűrben lévő napelemeknek nem kell egyenáramú áramot váltaniuk váltakozó áramúvá. A Földön az összes elektronika váltakozó áramú. Ezért van szükség napelemes inverterre a panelek alap DC áramának váltakozóá történő átalakításához. A váltóáramú energia akkor is hasznos, ha nagy távolságokon továbbítják az áramot.
Mivel az elektromos áramnak, amelyet az űrben lévő műholdnak vagy más űrhajónak nem kell megtennie ezeket a távolságokat, DC-formátumban maradhat. Ez hozzájárul az ezen rendszerekhez szükséges hardver mennyiségének csökkentéséhez is.
A Space Solar Tech sokkal tartósabb és hatékonyabb
Összességében sok hasonlóság van az űr alapú napelemek és a hagyományos napelemek között. Mindkettő olyan cellákat tartalmaz, amelyek vezetőképes anyagból (általában szilícium) készülnek és tömbökbe illeszkednek. A legnagyobb különbség a modulok általános minőségén és tartósságán van.
Az űrben szélsőséges hő, hideg és sugárzás van. Ezt figyelembe veszik az űrben működő napelemek és természetesen befolyásolják a hardver állapotát. A NASA emellett folyamatosan kísérletezik különböző félvezető anyagokkal, hogy jobb napelemeket állítson elő az űrben. A gallium-arzenid ennek egyik példája, és újabb újításokra van szükség úton!
