Zonnepanelen op ruimtevaartuig

Ruimtevaartuig die in de binnenzonnestelsel doorgaans afhankelijk van het gebruik van fotovoltaïsche zonnepanelen om elektriciteit ontlenen zonlicht. In het buitenzonnestelsel, waarbij het zonlicht te zwak is om voldoende stroom te produceren, zijn radio-isotoop thermische generatoren gebruikt als energiebron.

Geschiedenis

Het eerste ruimtevaartuig om zonnepanelen te gebruiken was de Vanguard 1 satelliet, gelanceerd door de VS in 1958. Dit was grotendeels te wijten aan de invloed van Dr. Hans Ziegler, die als de vader van het ruimtevaartuig van zonne-energie kan worden beschouwd.

Toepassingen

Zonnepanelen op de macht ruimtevaartuig voeding voor 2 belangrijkste toepassingen:

  • macht aan de sensoren, actieve verwarming, koeling en telemetrie draaien.
  • vermogen voor de voortstuwing van ruimtevaartuigen - elektrische aandrijving, ook wel zonne-elektrische voortstuwing.

Voor beide toepassingen een belangrijke kwaliteitsfactor van de zonnepanelen is het specifiek vermogen, dat aangeeft relatief gezien hoeveel stroom ene array genereert voor een gegeven lanceermassa opzichte van een ander. Een andere belangrijke maatstaf wordt opgeborgen packing efficiency, die aangeeft hoe gemakkelijk de array zal passen in een draagraket. Nog een belangrijke maatstaf is de kosten.

Om de specifieke macht te vergroten, typisch zonnepanelen op ruimtevaartuig gebruik dichtgepakte zonnecel rechthoeken dat bijna 100% van de zon-zichtbare gebied van de zonnepanelen in plaats van de zonnewafeltje cirkels die, hoewel dichtgepakte, beslaan ongeveer bestrijken 90% van de zon-zichtbare gebied van typische zonnepanelen op aarde. Sommige zonnepanelen op ruimtevaartuigen hebben zonnecellen dat slechts 30% van de zon-zichtbare gebied bestrijken.

Uitvoering

Zonnepanelen moeten veel ruimte die kan worden gewezen naar de Zon als het ruimtevaartuig moves hebben. Meer blootgesteld oppervlak betekent meer elektriciteit kan worden omgezet van licht energie van de zon Aangezien ruimtevaartuig moet klein zijn, dit beperkt de hoeveelheid stroom die kan worden geproduceerd.

Alle elektrische circuits genereren restwarmte; bovendien zonnepanelen fungeren als optische en thermische en elektrische collectors. Warmte moet worden uitgestraald hun oppervlak. High-power ruimtevaartuig kan hebben zonnepanelen die concurreren met de actieve lading zelf voor de thermische dissipatie. De binnenste paneel van arrays kunnen "leeg" zijn om de overlap van het uitzicht op de ruimte te verminderen. Dergelijke ruimtevaartuigen zijn het hogere vermogen communicatiesatellieten en Venus Express, niet high-powered, maar dichter bij de Zon

Ruimtevaartuigen gebouwd zodat de zonnepanelen worden gezwenkt als de sonde beweegt. Zo kunnen ze altijd in de directe pad van de lichtstralen niet uit hoe het ruimtevaartuig wordt gewezen. Ruimtevaartuigen zijn meestal ontworpen met zonnepanelen die altijd kan worden gewezen op de zon, zelfs als de rest van het lichaam van het ruimtevaartuig beweegt, veel als een tank turret kan onafhankelijk van de plaats waar de tank zal worden gericht. Een tracking-mechanisme wordt vaak verwerkt in de zonnepanelen aan de array wees naar de zon te houden.

Soms, satelliet operators doelgericht oriënteren de zonnepanelen op "off point," of uit de directe lijn van de Zon Dit gebeurt als de batterijen volledig zijn opgeladen en de hoeveelheid elektriciteit die nodig is lager dan de hoeveelheid elektriciteit gemaakt; off-aanwijsapparaat wordt soms ook gebruikt op het International Space Station voor orbitale luchtweerstand verminderen.

Typen zonnecellen typisch gebruikt

Gallium-arsenide zonnecellen typisch voorkeur boven kristallijn silicium in de industrie, omdat zij een hogere efficiëntie. De meest efficiënte zonnecellen die momenteel in productie zijn multi-junctie zonnecellen. Deze gebruiken een combinatie van verscheidene lagen van zowel galliumarsenide en silicium de grootste lichtspectrum mogelijke vangen. Voorrand multi-junctie cellen kunnen bijna 29% rendement onder ideale omstandigheden.

Ruimtevaartuig dat zonne-energie gebruikt

Tot op heden, zonne-energie, anders dan voor de voortstuwing, is praktisch voor ruimtevaartuigen zijn niet verder van de zon werken dan de baan van Jupiter. Bijvoorbeeld Juno, Magellan, Mars Global Surveyor en Mars Observer gebruikt zonne-energie net als de baan om de aarde, de Hubble Space Telescope. De Rosetta ruimtesonde gelanceerd March 2, 2004, gebruikt zonnepanelen tot aan de baan van Jupiter; voorheen het verst gebruik was het ruimtevaartuig Stardust 2 AU. Zonne-energie voor de voortstuwing werd ook gebruikt op de Europese maanmissie SMART-1 met een Hall-effect boegschroef.

De Juno missie is de eerste missie naar Jupiter om zonnepanelen in plaats van de traditionele RTG's die worden gebruikt door de eerdere buitenste zonnestelsel missies te gebruiken. Het heeft 60 vierkante meter panelen.

Een ander ruimtevaartuig van belang is Dawn, die in 2011 ongeveer 4 Vesta ging in een baan wordt met behulp van ionen stuwraketten om Ceres te krijgen.

Het potentieel voor zonne-energie aangedreven ruimteschepen voorbij Jupiter is onderzocht.

Vermogen beschikbaar

In 2005 werden Rigid-Panel Stretched Lens Arrays produceren 7 kW per vleugel. Zonnepanelen produceren van 300 W / kg en 300 W / m² van 1.366 W / m² kracht van de zon in de buurt van de aarde beschikbaar zijn. Entech Inc. hoopt 100 kW panelen ontwikkelen door 2010 en 1 MW panelen in 2015.

Toekomstig gebruik

Voor toekomstige missies, is het gewenst om zonnepaneel massa verminderen en om de opgewekte energie per oppervlakte-eenheid te verhogen. Dit zal de totale ruimtevaartuig massa te verminderen, en de werking van zonne-energie ruimtevaartuig mogelijk op grotere afstand van de zon te maken. Zonnepaneel massa zou kunnen worden verminderd met dunne-film fotovoltaïsche cellen, flexibele deken substraten en composiet draagconstructies. Zonnepaneel efficiency kan worden verbeterd door het gebruik van nieuwe fotovoltaïsche cel materialen en zonne-concentrators dat het invallende zonlicht intensiveren. Concentrator fotovoltaïsche zonnepanelen voor primair ruimtevaartuigen macht zijn apparaten die het zonlicht op de fotovoltaïsche intensiveren. Dit ontwerp gebruikt een vlakke lens, een zogenaamde Fresnel lens, die een groot deel uit kan zonlicht concentreert op een kleinere vlek. Hetzelfde principe wordt gebruikt om branden te beginnen met een vergrootglas op een zonnige dag.

Solar concentrators zet een van deze lenzen over elke zonnecel. Deze richt zich licht van de grote concentrator areaal dat met de kleinere cel gebied. Hierdoor kan de hoeveelheid dure zonnencellen verminderd met de concentratie. Concentrators werken het beste wanneer er een enkele bron van licht en de concentrator kan worden gewezen direct bij het. Dit is ideaal in de ruimte, waar de Zon is een enkele lichtbron. Zonnecellen zijn het duurste onderdeel van zonnepanelen en arrays zijn vaak zeer duur deel van het ruimtevaartuig. Deze technologie kan toestaan ​​aanzienlijk te snijden als gevolg van het gebruik van minder materiaal.

Er is voorgesteld dat het mogelijk kan zijn om ruimtegebaseerde zonne installaties zonnestroom satellieten met grote arrays van fotovoltaïsche cellen die zou de bundel energie die ze produceren om de aarde via microgolven of lasers ontwikkeld. Dit zou, in principe, zijn een belangrijke bron van elektrische energie die wordt opgewekt met behulp van niet-fossiele brandstoffen. Japanse en Europese ruimtevaartorganisaties, onder anderen, zijn het analyseren van de mogelijkheid van de ontwikkeling van dergelijke centrales in de 21e eeuw.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha