แผงโซลาร์เซลล์วางซ้อนกันบนสถานีอวกาศได้อย่างไร แผงโซลาร์เซลล์ในอวกาศ

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์บนสถานีอวกาศนานาชาติ

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ - ตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริครวมกันหลายตัว (โฟโตเซลล์) - อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าตรงโดยตรงซึ่งแตกต่างจาก นักสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ทำให้เกิดความร้อนแก่วัสดุน้ำหล่อเย็น

อุปกรณ์ต่างๆ ที่ทำให้สามารถแปลงรังสีแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนและไฟฟ้าได้เป็นเป้าหมายของการวิจัยเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ (จากภาษากรีก helios Ήλιος, Helios -) การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์และตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์มีการพัฒนาไปในทิศทางที่ต่างกัน แผงโซลาร์เซลล์มีหลายขนาด ตั้งแต่ขนาดที่ติดตั้งไว้ในเครื่องคิดเลขขนาดเล็กไปจนถึงขนาดที่ใช้บนหลังคารถยนต์และอาคาร

เรื่องราว

ต้นแบบเซลล์แสงอาทิตย์ชุดแรกถูกสร้างขึ้นโดยนักถ่ายภาพเคมีชาวอิตาลีของ Giacomo Luigi Ciamician ชาวอาร์เมเนีย

เมื่อวันที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2497 Bell Laboratories ได้ประกาศการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนตัวแรกที่ผลิตได้ กระแสไฟฟ้า. การค้นพบนี้จัดทำโดยพนักงานสามคนของบริษัท ได้แก่ Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin และ Gerald Pearson เพียง 4 ปีต่อมา ในวันที่ 17 มีนาคม พ.ศ. 2501 ได้มีการเปิดตัวเครื่องแรกที่มีแผงโซลาร์เซลล์ Vanguard 1 ในสหรัฐอเมริกา และเพียงสองสามเดือนต่อมา ในวันที่ 15 พฤษภาคม พ.ศ. 2501 สปุตนิก 3 ก็เปิดตัวในสหภาพโซเวียตด้วย โดยใช้แผงโซลาร์เซลล์

ใช้ในอวกาศ

แผงโซลาร์เซลล์เป็นหนึ่งในวิธีหลักในการได้รับ พลังงานไฟฟ้าเมื่อ: พวกเขาทำงาน เป็นเวลานานโดยไม่ต้องใช้วัสดุใดๆ และในขณะเดียวกันก็เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมไม่เหมือนนิวเคลียร์และ

อย่างไรก็ตาม เมื่อบินในระยะไกลจากดวงอาทิตย์ (นอกวงโคจร) การใช้งานจะกลายเป็นปัญหาเนื่องจากการไหล พลังงานแสงอาทิตย์แปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ เมื่อบินไปและในทางกลับกันพลังของแผงโซลาร์เซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (ในภูมิภาคดาวศุกร์ 2 เท่า, ในภูมิภาคดาวพุธ 6 เท่า)

ประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์และโมดูล

กำลังของฟลักซ์การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ (AM0) อยู่ที่ประมาณ 1,366 วัตต์ต่อ ตารางเมตร(ดู AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D ด้วย) ในเวลาเดียวกัน พลังงานจำเพาะของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ในยุโรปในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก แม้ในระหว่างวัน อาจน้อยกว่า 100 วัตต์/ตร.ม. การใช้แผงโซลาร์เซลล์ที่ผลิตโดยทั่วไปทางอุตสาหกรรม พลังงานนี้สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ 9-24% ในกรณีนี้ราคาของแบตเตอรี่จะอยู่ที่ประมาณ 1-3 เหรียญสหรัฐต่อวัตต์ของกำลังไฟพิกัด สำหรับการผลิตไฟฟ้าทางอุตสาหกรรมโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ ราคาต่อ kWh จะอยู่ที่ 0.25 ดอลลาร์ ตามที่ European Photovoltaics Association (EPIA) ระบุว่า ภายในปี 2020 ต้นทุนไฟฟ้าที่ผลิตโดยระบบสุริยะจะลดลงเหลือน้อยกว่า 0.10 ยูโรต่อ kWh สำหรับอุตสาหกรรม การติดตั้งและน้อยกว่า 0.15 €ต่อ kWh สำหรับการติดตั้งในอาคารที่พักอาศัย

ในปี 2009 Spectrolab (บริษัทในเครือของ Boeing) สาธิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ 41.6% ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2554 คาดว่าจะเข้าสู่ตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ของบริษัทนี้ซึ่งมีประสิทธิภาพ 39% ในปี 2554 บริษัท Solar Junction ในรัฐแคลิฟอร์เนียประสบความสำเร็จในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 5.5x5.5 มม. ได้ถึง 43.5% ซึ่งสูงกว่าสถิติครั้งก่อนถึง 1.2%

ในปี 2012 Morgan Solar ได้สร้างระบบ Sun Simba จากโพลีเมทิลเมทาคริเลต (เพล็กซิกลาส) เจอร์เมเนียม และแกลเลียมอาร์เซไนด์ โดยรวมหัวรวมศูนย์กับแผงที่ติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพของระบบเมื่อแผงติดตั้งอยู่กับที่คือ 26-30% (ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและมุมที่ดวงอาทิตย์ตั้งอยู่) มีประสิทธิภาพเป็นสองเท่าของประสิทธิภาพในทางปฏิบัติของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้คริสตัลไลน์ซิลิคอน

ในปี 2013 Sharp ได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์สามชั้นขนาด 4x4 มม. บนฐานอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่มีประสิทธิภาพ 44.4% และกลุ่มผู้เชี่ยวชาญจาก Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Soitec, CEA-Leti และ Helmholtz Center เบอร์ลินสร้างตาแมวโดยใช้เลนส์ Fresnel ที่มีประสิทธิภาพ 44.7% ซึ่งเหนือกว่าความสำเร็จของเขาเองที่ 43.6% ในปี 2014 สถาบัน Fraunhofer สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นมา ซึ่งต้องขอบคุณเลนส์ที่โฟกัสแสงไปที่ตาแมวที่มีขนาดเล็กมาก จึงมีประสิทธิภาพถึง 46%

ในปี 2014 นักวิทยาศาสตร์ชาวสเปนได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่สามารถแปลงสภาพได้ รังสีอินฟราเรดดวงอาทิตย์.

ทิศทางที่น่าหวังคือการสร้างโฟโตเซลล์โดยใช้นาโนแอนเทนนาซึ่งทำงานโดยแก้ไขกระแสที่เกิดขึ้นในเสาอากาศขนาดเล็กโดยตรง (ประมาณ 200-300 นาโนเมตร) ด้วยแสง (เช่น รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ลำดับที่ 500 THz) เสาอากาศนาโนไม่จำเป็นต้องใช้วัตถุดิบราคาแพงในการผลิตและมีประสิทธิภาพศักย์สูงถึง 85%

ค่าประสิทธิภาพสูงสุดของโฟโตเซลล์และโมดูล
ทำได้ในสภาพห้องปฏิบัติการ

พิมพ์	ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงโฟโตอิเล็กทริค %
ซิลิคอน
ศรี (ผลึก)	24,7
ศรี (โพลีคริสตัลไลน์)	20,3
ศรี (การส่งผ่านฟิล์มบาง)	16,6
ศรี (โมดูลย่อยของฟิล์มบาง)	10,4
III-V
GaAs (ผลึก)	25,1
GaAs (ฟิล์มบาง)	24,5
GaAs (โพลีคริสตัลไลน์)	18,2
InP (ผลึก)	21,9
ฟิล์มบางของคาลโคเจนไนด์
CIGS (ตาแมว)	19,9
CIGS (โมดูลย่อย)	16,6
CdTe (ตาแมว)	16,5
ซิลิคอนอสัณฐาน/นาโนคริสตัลไลน์
ศรี (สัณฐาน)	9,5
ศรี (นาโนคริสตัลไลน์)	10,1
โฟโตเคมีคอล
ขึ้นอยู่กับสีย้อมออร์แกนิก	10,4
ขึ้นอยู่กับสีย้อมอินทรีย์ (โมดูลย่อย)	7,9
โดยธรรมชาติ
โพลีเมอร์อินทรีย์	5,15
หลายชั้น
GaInP/GaAs/Ge	32,0
GaInP/GaAs	30,3
GaAs/CIS (ฟิล์มบาง)	25,8
a-Si/mc-Si (โมดูลย่อยแบบบาง)	11,7

ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์

คุณสมบัติโครงสร้างของตาแมวทำให้ประสิทธิภาพของแผงลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

จากลักษณะการทำงานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นที่ชัดเจนว่าเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดที่ต้องการ การเลือกที่ถูกต้องความต้านทานโหลด ในการดำเนินการนี้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับโหลด แต่ใช้ตัวควบคุมระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ซึ่งช่วยให้แผงทำงานได้อย่างเหมาะสมที่สุด

การผลิต

โฟโตเซลล์เดี่ยวมักผลิตพลังงานได้ไม่เพียงพอ ดังนั้น เซลล์แสงอาทิตย์จำนวนหนึ่งจึงถูกรวมเข้าไว้ในสิ่งที่เรียกว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์และมีการเสริมกำลังระหว่างแผ่นกระจก แอสเซมบลีนี้สามารถทำงานอัตโนมัติได้เต็มรูปแบบ


เราจะวาง CSP ไว้ที่ไหน? เป็นไปได้มากที่สุดที่ สสจ. ในวงโคจรอื่นๆ คุณจะต้องติดตั้งเครื่องรับทั่วโลกหรือพกแบตเตอรี่ติดตัวไปด้วย

ตอนนี้เราอย่าเพิ่งเพ้อฝัน แต่มาดูความเป็นไปได้ที่มีอยู่กันดีกว่า

ยานปล่อยอังการาจากคอสโมโดรมเพลเซตสค์จะส่งน้ำหนัก 3-4 ตันไปยังวงโคจรค้างฟ้า คุณสามารถใส่อะไรลงไปได้บ้าง? แผงโซลาร์เซลล์ประมาณ 100 ตร.ม. ด้วยการมุ่งเน้นไปที่ดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพ 20 เปอร์เซ็นต์ คุณสามารถบีบกำลังไฟฟ้าออกมาได้ 300 วัตต์ต่อตารางเมตร สมมติว่าพวกมันลดลง 5% ต่อปี (ฉันหวังว่ามันจะไม่ทำให้ใครแปลกใจเลย แผงเซลล์แสงอาทิตย์ในอวกาศจะเสื่อมโทรมลงจากการแผ่รังสี อุกกาบาตขนาดเล็ก ฯลฯ)
ลองนับดู: (100*300*24*365*20)/2=2,628,000,000 Wh.
เพื่อให้เข้าใจถึงปัญหาทั้งหมด ปล่อยให้เมกะวัตต์เหล่านี้มาถึงโลกโดยไม่สูญเสีย พลังนั้นน่าประทับใจ แต่ถ้าเราไม่ได้บินไปไหนล่ะ น้ำมันก๊าดมีอยู่ 300 ตัน น้ำมันก๊าดเกือบจะเป็นน้ำมันเบนซิน เขาตั้งสมมติฐานอีกอย่างหนึ่งและใช้เครื่องกำเนิดแก๊สธรรมดา (200KW ต่อ 50 ลิตรต่อชั่วโมง)
200000*300000/50=1,200,000,000 วัตต์ชั่วโมง
จะเกิดอะไรขึ้น: เราระบายน้ำมันเบนซินออกจากจรวดและได้รับกำลังไปครึ่งหนึ่งแล้ว
อีกครึ่งหนึ่งของจรวดถูกครอบครองโดยออกซิเจนเหลว ฉันต้องการคำนวณการทำความเย็นและการทำให้เป็นของเหลวผ่านความจุความร้อน แต่แล้วฉันก็เจอราคาบนอินเทอร์เน็ตที่ 8,200 รูเบิลต่อตันของออกซิเจนเหลว เนื่องจากราคาต้นทุนเป็นค่าไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว (ให้กิโลวัตต์เป็น 2 รูเบิล):
300*8200*1000/2= 1,230,000,000 วัตต์ชั่วโมง
อุ๊ย ครึ่งหลังแล้ว ประสิทธิภาพ 0% แล้ว เรายังไม่ได้นับจรวดเลย

แต่เราจะประดิษฐ์เครื่องยิง payload บางชนิดขึ้นสู่วงโคจร

นั่นคือ เราจะสื่อสารพลังงานจลน์ไปยังแผงหน้าปัดในรูปแบบ 10 กม./วินาที:
3,000*10,000 2/2 = 150000000000 เจ = 41,700,000 วัตต์-ชั่วโมง
ดูเหมือนว่าจะมีประสิทธิภาพถึง 5,000% แต่มีปัญหาบางประการ:
- ไม่น่าเป็นไปได้ที่จะโยนวัตถุให้สูงพอ ดังนั้นส่วนหนึ่งของมวลและพลังงานจะต้องถูกใช้เพื่อเอาชนะชั้นบรรยากาศ
- ทุกสิ่งที่ถูกเหวี่ยงออกจากโลกตามกฎของขีปนาวุธจะกลับมาสู่โลกนั่นคืออีกส่วนหนึ่งของมวลจะไปสู่การเพิ่มขึ้นของ perigee
ปล่อยให้การป้องกันความร้อนตัน ลองคำนวณการเปลี่ยนแปลงวงโคจร:
ΔV=ราก((3.986ּ10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000)))=3441 เมตร/วินาที
เครื่องยนต์ที่ดีที่สุดให้แรงกระตุ้น 4,500 ลองใช้สูตรของ Tsiolkovsky:
M สุดท้าย =2000/exp(4500/3500)=572 กก
ลองใช้เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า แรงกระตุ้นมากกว่า 10 เท่า และเรามีแผงใช่ แต่ด้วยพลังที่มีอยู่ของแผง แรงขับจะเป็นมิลลินิวตัน และการเปลี่ยนแปลงจะใช้เวลาหลายปี และเรามีเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงก่อนเครื่องลง
ผลลัพธ์: ลบเครื่องยนต์, รถถัง, โอเวอร์โหลด - คงจะดีถ้าเราได้ปริมาณเท่ากัน

มายกแผงบนลิฟต์กันเถอะ

โดยรวมถือว่าไม่เลว หากคุณเพียงแค่เพิ่มภาระให้สูงขึ้นเราจะคำนวณการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์:
3000*9.81*36000000/3600 = 294,300,000 วัตต์-ชั่วโมง
จะสื่อสารกับสินค้าได้อย่างไร? ตัวเลือกการส่งไฟฟ้า:
- โดยลิฟต์นั่นเอง ไม่ใช่เรื่องยากที่จะจินตนาการถึงความสูญเสียและมวลของตัวนำที่มีความยาว 36,000 กม. ฉันหวังว่าฉันจะสร้างลิฟต์ด้วยตัวเอง
- โดยเลเซอร์ – ลบส่วนสำคัญของมวลเพื่อการเปลี่ยนแปลง
- จัดส่งแผงตามจำนวนที่กำหนดด้วยวิธีดั้งเดิม จากนั้นยกส่วนที่เหลือขึ้นบนเชือกฟรี สำหรับพลังงานหนึ่งเมกะวัตต์คุณต้องมีแผงขนาด 3 กม. 2 ในกรณีนี้ จะต้องใช้เวลาสองสัปดาห์ในการยกน้ำหนักบรรทุก เหล่านั้น. เราจะเพิ่มเมกะวัตต์เท่าเดิมในหนึ่งปี

ปัญหาอื่น ๆ

การใช้แผงแผงหลายกิโลเมตรและประสิทธิภาพในการรับพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศอย่างอิสระ ผู้เขียนที่หายากบอกว่าพวกเขาจะวางแผงไปทางดวงอาทิตย์อย่างไร GSO นั้นอยู่กับที่เมื่อเทียบกับโลกเท่านั้น ดังนั้นเราจึงต้องมีกลไกและเชื้อเพลิง
เรายังต้องการผู้เปลี่ยนใจเลื่อมใส ผู้พิทักษ์ และผู้รับบนโลกด้วย มีผู้บริโภคใกล้เส้นศูนย์สูตรจำนวนมากหรือไม่? สายไฟฟ้าแรงสูงทะลุครึ่งลูก หากทั้งหมดนี้คูณด้วยความน่าจะเป็นที่ไม่ 100% ในการทำงานให้สำเร็จ คำถามคือ ใครสามารถทำได้บ้าง

ข้อสรุป:

- ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วจึงสร้างพื้นที่ สถานีพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ได้ผลกำไร
- แม้ว่าคุณจะยกทุกอย่างขึ้นบนลิฟต์อวกาศ แต่เมื่อการก่อสร้างเสร็จสิ้น คำถามก็จะเกิดขึ้นเมื่อจะกำจัดแผงที่ชำรุดอย่างไร
- คุณสามารถนำดาวเคราะห์น้อยมายังโลกและสร้างแผงจากมันได้ มีบางอย่างบอกฉันว่าเมื่อเราทำเช่นนี้ได้ ก็ไม่จำเป็นต้องส่งพลังงานมายังโลกอีกต่อไป

อย่างไรก็ตามไม่มีควันหากไม่มีไฟ และภายใต้เจตนาที่ดูเหมือนสงบ อาจมีเจตนาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
ตัวอย่างเช่น การสร้างสถานีอวกาศต่อสู้นั้นง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก:
- วงโคจรสามารถและควรเลือกให้ต่ำกว่า
- ไม่จำเป็นต้องกดปุ่มผู้รับ 100%
- เวลาสั้นมากจากการกดปุ่มเริ่มต้นจนถึงการกดปุ่มเป้าหมาย
- ไม่มีมลพิษในพื้นที่

เหล่านี้คือข้อสรุป การคำนวณอาจมีข้อผิดพลาด ตามปกติฉันขอเชิญชวนผู้อ่านให้แก้ไข

กว่าหกสิบปีที่แล้ว ยุคของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้งานได้จริงได้เริ่มต้นขึ้น ในปี 1954 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันสามคนได้แนะนำให้โลกรู้จักกับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนตัวแรก โอกาสในการได้รับไฟฟ้าฟรีเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและเป็นผู้นำ ศูนย์วิทยาศาสตร์ทั่วโลกเริ่มดำเนินการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ “ผู้บริโภค” กลุ่มแรกของแผงโซลาร์เซลล์คืออุตสาหกรรมอวกาศ ที่นี่เหมือนกับที่อื่นตรงที่แหล่งพลังงานหมุนเวียนมีความจำเป็น เนื่องจากแบตเตอรี่บนดาวเทียมที่ใช้ทรัพยากรหมดอย่างรวดเร็ว

และเพียงสี่ปีต่อมา แผงโซลาร์เซลล์ในอวกาศก็เริ่มทำหน้าที่อย่างไม่มีกำหนด ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2501 สหรัฐอเมริกาได้เปิดตัวดาวเทียมพร้อมแผงโซลาร์เซลล์บนเรือ ไม่ถึงสองเดือนต่อมา ในวันที่ 15 พฤษภาคม พ.ศ. 2501 สหภาพโซเวียตได้ส่งสปุตนิก 3 ขึ้นสู่วงโคจรรูปวงรีรอบโลกโดยมีแผงโซลาร์เซลล์อยู่บนเรือ

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศแห่งแรกในอวกาศ

แผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนถูกติดตั้งที่ด้านล่างและจมูกของสปุตนิก 3 ข้อตกลงนี้ทำให้สามารถรับไฟฟ้าเพิ่มเติมได้เกือบอย่างต่อเนื่อง โดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของดาวเทียมในวงโคจรที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์

ดาวเทียมประดิษฐ์ดวงที่สาม แผงโซลาร์เซลล์มองเห็นได้ชัดเจน

แบตเตอรี่บนเครื่องบินหมดอายุการใช้งานภายใน 20 วัน และในวันที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2501 อุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ติดตั้งบนดาวเทียมก็ถูกตัดพลังงาน อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์สำหรับศึกษาการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ เครื่องส่งวิทยุที่ส่งข้อมูลที่ได้รับลงภาคพื้นดิน และสัญญาณวิทยุยังคงทำงานต่อไป หลังจากที่แบตเตอรี่ออนบอร์ดหมด อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์โดยสมบูรณ์ สัญญาณวิทยุทำงานเกือบจนกระทั่งดาวเทียมถูกเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศของโลกในปี 1960

การพัฒนาพลังงานแสงในอวกาศภายในประเทศ

นักออกแบบคำนึงถึงการจ่ายไฟสำหรับยานอวกาศแม้ในขั้นตอนการออกแบบยานปล่อยยานลำแรกๆ ท้ายที่สุดแล้ว ไม่สามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่ในอวกาศได้ ซึ่งหมายความว่าอายุการใช้งานของยานอวกาศจะถูกกำหนดโดยความจุของแบตเตอรี่ที่อยู่บนเครื่องบินเท่านั้น ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกและดวงที่สองติดตั้งเฉพาะแบตเตอรี่ในตัวเท่านั้น ซึ่งหมดลงหลังจากใช้งานได้ไม่กี่สัปดาห์ เริ่มต้นด้วยดาวเทียมดวงที่สาม ยานอวกาศที่ตามมาทั้งหมดได้รับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์

ผู้พัฒนาและผู้ผลิตโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศหลักคือองค์กรวิจัยและผลิต Kvant แผงโซลาร์เซลล์ Kvant ได้รับการติดตั้งในประเทศเกือบทั้งหมด ยานอวกาศ. ในตอนแรกจะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน พลังของพวกเขาถูกจำกัดด้วยขนาดและน้ำหนักที่กำหนด แต่แล้วนักวิทยาศาสตร์ของ Kvant ก็พัฒนาและผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ตัวแรกของโลกโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ชนิดใหม่ - แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs)

นอกจากนี้ยังมีการผลิตแผงฮีเลียมใหม่ทั้งหมดซึ่งไม่มีระบบอะนาล็อกในโลก ผลิตภัณฑ์ใหม่นี้เป็นแผงฮีเลียมที่มีประสิทธิภาพสูงบนพื้นผิวที่มีโครงสร้างตาข่ายหรือเชือก

แผงฮีเลียมพร้อมแผ่นรองตาข่ายและเชือก

แผงซิลิคอนฮีเลียมที่มีความไวแบบสองทิศทางได้รับการออกแบบและผลิตโดยเฉพาะสำหรับการติดตั้งบนยานอวกาศที่มีวงโคจรต่ำ ตัวอย่างเช่นสำหรับส่วนรัสเซียของสถานีอวกาศนานาชาติ (ยานอวกาศ Zvezda) มีการผลิตแผงที่ใช้ซิลิคอนซึ่งมีความไวแบบสองทิศทางและพื้นที่ของแผงเดียวคือ 72 ตารางเมตร

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ของยานอวกาศ Zvezda

เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความยืดหยุ่นซึ่งมีลักษณะความถ่วงจำเพาะที่ดีเยี่ยมยังได้รับการพัฒนาโดยใช้ซิลิคอนอสัณฐานและนำไปผลิตด้วยน้ำหนักเพียง 400 กรัม/ตร.ม. แบตเตอรี่เหล่านี้ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยมีตัวบ่งชี้ที่ 220 วัตต์/กก.

แบตเตอรี่เจลที่ยืดหยุ่นได้จากซิลิคอนอสัณฐาน

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ จึงมีการวิจัยและทดสอบภาคพื้นดินอย่างกว้างขวางเพื่อเปิดเผยผลกระทบด้านลบของ Big Space บนแผงฮีเลียม ทำให้สามารถเดินหน้าไปสู่การผลิตแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สำหรับยานอวกาศประเภทต่างๆ ได้ภายในกำหนดเวลา งานที่ใช้งานอยู่มากถึง 15 ปี

ยานอวกาศภารกิจวีนัส

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2508 ยานอวกาศสองลำ เวเนรา 2 และเวเนรา 3 ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศโดยใช้เวลาห่างกันสี่วันไปยังดาวศุกร์ ซึ่งเป็นเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของเรา เหล่านี้เป็นยานสำรวจอวกาศสองลำที่เหมือนกันทุกประการโดยภารกิจหลักคือการลงจอดบนดาวศุกร์ ยานอวกาศทั้งสองลำติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ ซึ่งเคยพิสูจน์ตัวเองแล้วในยานอวกาศใกล้โลกก่อนหน้านี้ ในระหว่างการบิน อุปกรณ์ทั้งหมดของโพรบทั้งสองทำงานอย่างต่อเนื่อง มีการดำเนินการสื่อสาร 26 ครั้งกับสถานี Venera-2 และ 63 ครั้งกับสถานี Venera-3 ดังนั้นความน่าเชื่อถือสูงสุดของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทนี้จึงได้รับการยืนยัน

เนื่องจากความล้มเหลวในอุปกรณ์ควบคุม การสื่อสารกับ Venera 2 จึงขาดหายไป แต่สถานี Venera 3 ยังคงดำเนินต่อไป เมื่อปลายเดือนธันวาคม พ.ศ. 2508 ตามคำสั่งจากโลก วิถีโคจรได้รับการแก้ไข และในวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2509 สถานีก็ไปถึงดาวศุกร์

ข้อมูลที่ได้รับจากการบินของทั้งสองสถานีถูกนำมาพิจารณาในการเตรียมภารกิจใหม่และในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2510 สถานีอัตโนมัติแห่งใหม่ Venera-4 ได้เปิดตัวสู่ดาวศุกร์ เช่นเดียวกับสองรุ่นก่อน มีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์แกลเลียมอาร์เซไนด์ซึ่งมีพื้นที่รวม 2.4 ตร.ม. แบตเตอรี่เหล่านี้รองรับการทำงานของอุปกรณ์เกือบทั้งหมด

สถานี "เวเนรา-4" ด้านล่างเป็นโมดูลการสืบเชื้อสาย

เมื่อวันที่ 18 ตุลาคม พ.ศ. 2510 หลังจากที่โมดูลสืบเชื้อสายแยกออกจากกันและเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ สถานียังคงทำงานต่อไปในวงโคจร รวมทั้งทำหน้าที่เป็นตัวถ่ายทอดสัญญาณจากเครื่องส่งสัญญาณวิทยุของยานที่กำลังสืบเชื้อสายมายังโลก

ยานอวกาศของภารกิจลูน่า

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ ได้แก่ Lunokhod-1 และ Lunokhod-2 แผงโซลาร์เซลล์ของอุปกรณ์ทั้งสองติดตั้งบนฝาครอบแบบบานพับและให้บริการอย่างซื่อสัตย์ตลอดระยะเวลาการทำงานทั้งหมด ยิ่งไปกว่านั้น ใน Lunokhod-1 ซึ่งเป็นโปรแกรมและทรัพยากรที่ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานหนึ่งเดือน แบตเตอรี่ใช้งานได้นานสามเดือน ซึ่งนานกว่าที่วางแผนไว้สามเท่า

ลูโนคอด-2 ทำงานบนพื้นผิวดวงจันทร์เป็นเวลากว่าสี่เดือน ครอบคลุมระยะทาง 37 กิโลเมตร มันยังคงสามารถทำงานได้หากอุปกรณ์ไม่ร้อนเกินไป อุปกรณ์ตกลงไปในปล่องภูเขาไฟที่มีดินร่วน ฉันลื่นไถลอยู่นาน แต่สุดท้ายฉันก็สามารถเข้าเกียร์ถอยหลังได้ เมื่อเขาปีนออกจากหลุม มีดินจำนวนเล็กน้อยตกลงมาบนฝาครอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อรักษาสิ่งที่ได้รับ ระบอบการปกครองความร้อนแผงโซลาร์เซลล์ที่พับไว้ถูกหย่อนลงบนฝาด้านบนของช่องอุปกรณ์ในเวลากลางคืน หลังจากออกจากปล่องภูเขาไฟและปิดฝา ดินจากนั้นก็ตกลงไปในช่องฮาร์ดแวร์ กลายเป็นฉนวนความร้อนชนิดหนึ่ง ในระหว่างวันอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเกินร้อยองศา อุปกรณ์ไม่สามารถยืนได้และล้มเหลว

แผงโซลาร์เซลล์สมัยใหม่ที่ผลิตโดยใช้นาโนเทคโนโลยีล่าสุดโดยใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ ทำให้สามารถบรรลุประสิทธิภาพได้สูงสุดถึง 35% โดยมีน้ำหนักลดลงอย่างมาก และแผงฮีเลียมใหม่เหล่านี้ให้บริการอย่างซื่อสัตย์บนอุปกรณ์ทั้งหมดที่ส่งทั้งไปยังวงโคจรใกล้โลกและในห้วงอวกาศ

แผงโซลาร์เซลล์มักจะค่อนข้าง ขนาดใหญ่ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะเลือกวัตถุอสังหาริมทรัพย์ที่จะวางไว้ บริษัทสวิสได้พัฒนา แนวทางใหม่และพบวิธีแก้ปัญหานี้เอง บริษัทกำลังเปิดตัวเกาะลอยน้ำที่ปกคลุมไปด้วยแผงโซลาร์เซลล์บนทะเลสาบ Neuchâtel เกาะทั้งสามแห่งที่วางแผนไว้ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 เมตร จะสามารถรองรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ 100 แผงที่จะใช้งานในอีก 25 ปีข้างหน้า เกาะเหล่านี้จะถูกนำมาใช้เพื่อการวิจัยด้วย

ใน เมื่อเร็วๆ นี้บริษัทขนส่งหันมาใช้แบบเข้มข้นมากขึ้น พลังงานแสงอาทิตย์โดยการวางแผงโซลาร์เซลล์ไว้บนเรือ แผงโซลาร์เซลล์ชุดแรกบนเรือได้รับการติดตั้งในเซี่ยงไฮ้ในปี 2010 เรือลำนี้ติดตั้งแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ซึ่งทำเป็นรูปใบเรือ เรือยอทช์ Turanor PlanetSolar ซึ่งเพิ่งเสร็จสิ้นการเดินเรือรอบโลกโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ถูกสร้างขึ้นโดยใช้หลักการเดียวกัน

แผงโซลาร์เซลล์บนท้องฟ้า

2013 กลายเป็น ปีที่บันทึกเรื่องการใช้แผงโซลาร์เซลล์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเครื่องบิน Solar Impulse ได้พัฒนาเครื่องบินที่สามารถบินได้ไกลที่สุดโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เครื่องบินลำนี้บินทั่วอเมริกาในฤดูร้อนนี้

แน่นอนว่าจนถึงขณะนี้มีเพียงเครื่องบินไร้คนขับขนาดเล็กเท่านั้นที่สามารถบินโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ได้ แผงโซลาร์เซลล์ทำให้การออกแบบโดรนเบาลงอย่างเห็นได้ชัด และเพิ่มระยะเวลาที่โดรนสามารถอยู่ในอากาศได้

ตัวอย่างหนึ่งของการใช้แผงโซลาร์เซลล์ในอากาศคือลิฟต์ที่วางอยู่บนภูเขาสูง ซึ่งสามารถยกผู้คนขึ้นไปบนยอดเขาได้โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์

แผงโซลาร์เซลล์ในอวกาศ

นักวิจัยของมหาวิทยาลัย Carnegie Mellon ได้สร้างรถแลนด์โรเวอร์ต้นแบบซึ่งมีแผนจะส่งจรวด SpaceX ไปยังดวงจันทร์ในอนาคต อุปกรณ์ดังกล่าวมีชื่อว่า Polaris ซึ่งใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด โพลาริสจะถูกใช้เพื่อศึกษาละติจูดขั้วโลกดวงจันทร์ รถแลนด์โรเวอร์มีซอฟต์แวร์พิเศษที่จะช่วยทำงานในพื้นที่มืดของดาวเทียม

คุณคงเคยได้ยินเกี่ยวกับ ปริมาณมากเศษอวกาศในวงโคจร เป็นความคิดที่ดีที่จะกู้ดาวเทียมเหล่านี้กลับมายังโลกเพื่อทำการซ่อมแซมและกลับสู่วงโคจรต่อไป แนวคิดนี้เป็นรากฐานของแนวคิดใหม่ Solara ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งไม่จำเป็นต้องซ่อมแซมอย่างต่อเนื่อง ดาวเทียมบรรยากาศได้รับการพัฒนาโดย Titan Aerospace Solara สามารถปฏิบัติการในชั้นบรรยากาศที่สูงที่สุดได้เป็นเวลาห้าปีติดต่อกัน

ความหวังล่าสุดและทะเยอทะยานที่สุดคือโครงการของบริษัทญี่ปุ่นที่วางแผนจะสร้างแผงโซลาร์เซลล์รอบเส้นศูนย์สูตรของดวงจันทร์ แล้วยิงลำแสงพลังงานกลับมายังโลก การสร้าง “วงแหวนแห่งดวงจันทร์” จะใช้เวลาประมาณ 30 ปี ผู้เชี่ยวชาญของบริษัทระบุว่า วงแหวนดวงจันทร์จะผลิตพลังงานคงที่ได้มากถึง 13,000 TW (เทราวัตต์)