Technologia ta zwiększy opłacalność wytwarzania energii w kosmosie
Fraunhofer ISEAmerykańska firma Source Energy i Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej (Fraunhofer ISE) wspólnie opracowały nową linię produktów dla satelitów kosmicznych, w której wykorzystano krzemowe ogniwa słoneczne. Panele słoneczne wykorzystują specjalną technologię połączeń. W połączeniu z niedrogimi krzemowymi ogniwami słonecznymi pozwala to na produkcję modułów o znacznie niższych kosztach w porównaniu ze standardową technologią, która obecnie dominuje w sektorze kosmicznym. Zautomatyzowany proces produkcji, który wykorzystuje system Shingle-Matrix Stringer firmy M10 Solar Equipment, pozwala na dostawę produktów w czasie krótszym niż sześć miesięcy od momentu zamówienia.
Ogniwa słoneczne oparte na materiałach z grupy III-V są obecnie standardem w procesach wytwarzania energii w przestrzeni kosmicznej. Jednak ich wysoki koszt i ograniczona dostępność stanowią poważne ograniczenia dla misji komercyjnych, w szczególności dla satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO).
– Wspólnie z firmą Source Energy opracowaliśmy moduły słoneczne na bazie krzemu do zastosowań kosmicznych, podobne do tych, które są już z powodzeniem i ekonomicznie wykorzystywane na Ziemi – wyjaśnia dr Achim Kraft, kierownik działu technologii modułów fotowoltaicznych w Fraunhofer ISE.
Powstałe w ten sposób moduły słoneczne są kompaktowe i lekkie: ważą 64 g i mają powierzchnię 629 cm2 (321x209 mm). Średnia moc wyjściowa prototypów wyniosła 15,6 W – przy czym niektóre moduły osiągały 16,1 W – a średnia sprawność powierzchni czynnej 18,8% (AM0 przy 25°C). Przy mocy 252 W na kilogram moc właściwa modułu jest konkurencyjna w porównaniu z innymi modułami krzemowymi w swojej klasy.
Krzemowe ogniwa słoneczne są łączone ze sobą za pomocą technologii gontowej (shingle-matrix), w której poszczególne ogniwa są cięte na wąskie paski i nakładane na siebie z zachowaniem pewnych odstępów (na zakładkę). Ogniwa słoneczne są łączone za pomocą kleju przewodzącego prąd.
Firma M10 Solar Equipment opracowała przemysłowy system do układania pasków w technologii shingle-matrix. Po udanej fazie prototypowania w zakładzie Module-TEC Instytutu Fraunhofer ISE we Fryburgu firma Source Energy zainstalowała w czerwcu br. ten system w swoim zakładzie produkcyjnym w Kolorado.
– System ten pozwala nam wytwarzać panele fotowoltaiczne w przeliczeniu w cenie 5 dolarów za wat – mówi Bryan Mazor, dyrektor ds. technicznych w Source Energy. – Zautomatyzowany system nie tylko zwiększa opłacalność produkcji, ale także znacznie przyspiesza cały proces w porównaniu z obecnymi produktami fotowoltaicznymi przeznaczonymi do zastosowań w kosmosie.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Niezbędna wytrzymałość w przestrzeni kosmicznej
– Trzy cechy sprawiają, że takie połączenia idealnie sprawdzają się w przestrzeni kosmicznej – wyjaśnia Najwa Abdel Latif, kierownik projektu w Fraunhofer ISE. – Odporność na miejscowe uszkodzenia fizyczne spowodowane uderzeniami małych obiektów w przestrzeni kosmicznej, elastyczność w układzie i tolerancja na ekstremalne różnice temperatur.
Jeśli panel słoneczny ulegnie uszkodzeniu (np. przez mały meteoryt lub śmieci kosmiczne) matrycowy układ ogniw słonecznych pozwala prądowi po prostu ominąć uszkodzony obszar. Jednocześnie rzędy i kolumny ogniw słonecznych w układzie można elastycznie dostosowywać w zależności od wymagań satelity dotyczących napięcia i prądu.
– Technologia shingle-matrix jest kompatybilna z ogniwami słonecznymi opartymi na płytkach, wyposażonymi w styki przednie i tylne, takimi jak PERC lub heterozłącza krzemowe, bez konieczności dostosowywania linii produkcyjnej – mówi Abdel Latif. – Dzięki procesowi połączeń międzyogniwowych w niskiej temperaturze nie będzie również żadnych problemów z przyszłą technologią tandemów perowskitowo-krzemowych.
Wyniki testów potwierdzają gotowość do pracy w kosmosie
Podczas misji kosmicznej kluczowa dla paneli słonecznych jest wysoka odporność na ekstremalne wahania temperatury. Zespół badawczy z Fraunhofer ISE wybrał zatem materiały, które zachowują swoje parametry i wysoką wydajność w takich warunkach. Firma Source Energy poddała nowo opracowany moduł kompleksowym testom kwalifikacyjnym i potwierdziła, że mieści się on w 25-procentowym progu kwalifikacyjnym dla zastosowań kosmicznych. Oczekuje się, że po siedmiu latach eksploatacji w przestrzeni kosmicznej moduł zachowa 76% swojej pierwotnej mocy wyjściowej.
źródło: Fraunhofer ISE
