Следующая большая вещь в области чистой энергетики буквально над нашими головами.
Большинство из нас видели солнечные фермы, разбросанные по всему ландшафту. А теперь представьте себе это, но на орбите. Концепция космических солнечных панелей всегда была на горизонте науки. Наконец, однако, эта концепция находится в пределах досягаемости.
Новое исследование университетов Суррея и Суонси, опубликованное в журнале Acta Astronautica, может проложить путь к коммерчески жизнеспособным космическим солнечным фермам. В ходе исследования в течение более шести лет следил за спутником под названием AlSat-1N, который вырабатывал энергию и выдерживал солнечную радиацию на протяжении 30 000 орбит.
Будущее светлое и оно приходит из космоса
Большинство солнечных элементов исторически изготавливались из кремния, но этот материал представляет некоторые трудности, особенно при применении в космических миссиях. При разработке космической техники важно учитывать как вес, так и адаптируемость. Красота тонкопленочных солнечных элементов заключается в их легкости и пластичности, что делает их подходящим кандидатом, поскольку на счету каждый грамм и дюйм.
Тонкопленочный теллурид кадмия (CdTe) использовался для создания элементов, обеспечивающих питание эксперимента с тонкопленочными солнечными элементами AlSat-1N (TFSC). Совет по исследованиям в области инженерных и физических наук (EPSRC) Соединенного Королевства профинансировал трехлетний проект, который поддержал эти усилия. Ко всеобщему волнению, спутник все еще вырабатывает электроэнергию.
«Мы очень рады, что миссия, рассчитанная на один год, все еще работает после шести лет», — сказал Крейг Андервуд, почетный профессор разработки космических кораблей в Космическом центре Суррея Университета Суррея. «Эти подробные данные показывают, что панели устойчивы к радиации, и их тонкопленочная структура не ухудшилась в суровых термических и вакуумных условиях космоса».
Цифры были многообещающими. Ячейки TFSC не только доказали, что имеют первоначальную эффективность около 12%, но также с поразительным успехом выдерживают жесткое ионизирующее излучение космоса. Они защищены от затемняющего воздействия радиации благодаря новой конструктивной особенности: алюмосиликатному покровному стеклу, легированному церием. Эта долговечность и эффективность необходимы для использования в космическом пространстве из-за суровых условий там.
«Эта технология солнечных элементов со сверхмалой массой может привести к созданию крупных и недорогих солнечных электростанций, развернутых в космосе, которые будут возвращать чистую энергию обратно на Землю – и теперь у нас есть первые доказательства того, что эта технология надежно работает на орбите», – сказал Андервуд.
Универсальность тонкопленочных солнечных элементов является дополнительным преимуществом, помимо их низкой цены и высокой эффективности. Эти элементы, в отличие от своих кремниевых аналогов, могут быть изготовлены в широком диапазоне размеров и форм. Их можно легко встроить в различные каркасы: от мягких и надувных до более жестких форм. Такая адаптируемость означает, что они отлично подходят для разнообразных космических проектов, будь то небольшие спутники CubeSat или обширные космические энергетические системы.
Хотя эффективность фотоэлектрических элементов не является фантастической, выход энергии по-прежнему значителен, поскольку нет атмосферы, которая могла бы блокировать или ослаблять солнечный свет. Затем солнечную энергию космического базирования можно будет безопасно передать обратно на Землю с помощью микроволнового или лазерного луча, где ее можно будет собрать на земле с помощью тонкой проволочной сетки.
Потребность в космических источниках энергии растет вместе с космическими исследованиями и миссиями. Массивные солнечные фотоэлектрические (PV) массивы, которые могут обеспечить на порядки больше энергии, чем нынешние предложения, срочно необходимы прямо сейчас. Тонкопленочные солнечные элементы предлагают заманчивое решение этой проблемы. Они дешевле, чем другие виды солнечной фотоэлектрической технологии космического уровня, и обещают производить большую удельную мощность.
«Успешные летные испытания этой новой полезной нагрузки тонкопленочных солнечных элементов позволили использовать возможности финансирования для дальнейшего развития этой технологии», — сказал Дэн Лэмб из Университета Суонси и автор исследования. «Солнечные батареи большой площади для космического применения представляют собой быстро растущий рынок, и подобные демонстрации помогают укрепить репутацию Великобритании в области космических технологий мирового класса».