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Alles, was Sie über Space Solar Cell Assemblies für Leo- und Geo -Umlaufbahnen wissen müssen

Ansichten: 0     Autor: Site Editor Veröffentlichung Zeit: 2025-06-19 Herkunft: Website

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A Space Solar Cell Assembly ist eine vollständig integrierte Einheit, die das Sonnenlicht in elektrische Leistung für Raumfahrzeuge umwandelt, die in der harten Umgebung des Weltraums tätig sind. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Sonnenkollektoren sind diese Baugruppen so konstruiert, dass sie extremer Strahlung, Temperaturschwankungen und mechanischer Spannung in der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) und der geostationären Erdumlaufbahn (GEO) standhalten.

Zu den Hauptkomponenten einer Raum -Solarzellenanordnung gehören:

  • Solarzellen:  Typischerweise dreifache Galliumarsenid (GAAs) -Zellen mit geschichteten Strukturen wie Gainp2/GaAs/GE. Diese hocheffizienten Zellen erfassen ein breites Sonneneinstrahlungsspektrum und halten auch unter intensiver Strahlung die Leistung aufrecht.

  • Schweißverbindliche Verbindungen:  Solarzellen sind elektrisch mit Metall -Interkonnektoren (normalerweise Silber oder Kovar) verbunden, die durch präzises Laserschweißen gesichert sind. Dies gewährleistet einen geringen elektrischen Widerstand und eine mechanische Haltbarkeit.

  • Bypass -Dioden:  Integrierte Siliziumdioden schützen die Montage, indem Strom schattierte oder fehlerhafte Zellen umgehen kann, wodurch Hot Flecken und Stromverluste verhindert werden.

  • Abdeckglas:  Eine strahlungsbeständige, anti-reflektierende Glasschicht bedeckt die Zellen und schützt sie vor ultravioletten Strahlen, Mikrometeoroiden und atomaren Sauerstofferosion und hält gleichzeitig die thermische Stabilität.

Zusammen bilden diese Komponenten eine zuverlässige und effiziente Solarenergiequelle, die für die Stromversorgung von Satelliten und Raumfahrzeugen in verschiedenen Umlaufbahnen entscheidend ist. Ihr robustes Design sorgt für eine langfristige Funktionalität bei Weltraummissionen und macht Platz für Solarzellen in der modernen Luft- und Raumfahrttechnik unverzichtbar.


Leo vs. Geo -Umgebungen

Das Verständnis der Unterschiede zwischen den Umgebungen mit niedrigem Erdumlauf (LEO) und geostationärer Erde (GEO) ist entscheidend für die Gestaltung effektiver Raum -Solarzellenzellenanordnungen. Diese Umlaufbahnen setzen Sonnenkollektoren unterschiedlichen Herausforderungen aus, die ihre Leistung, Haltbarkeit und Leistung direkt beeinflussen.

Thermalradfahren

In Leo umkreisen Satelliten die Erde ungefähr alle 90 Minuten. Diese schnelle Umlaufbahn bedeutet, dass Raumschiffe häufig zwischen direktem Sonnenlicht und Erdenschatten wechseln und extremes und schnelles thermisches Radfahren verursachen. Die Solarzellen und ihre Baugruppen müssen Temperaturschwankungen ertragen, die mehrmals täglich zwischen -150 ° C bis +120 ° C reichen können. Dieser intensive thermische Stress erfordert Materialien und Bindungstechniken, die Expansion und Kontraktion ohne Verschlechterung oder Risse standhalten können.

Im Gegensatz dazu haben Geo -Satelliten eine feste Position im Verhältnis zur Erde und erleben im Allgemeinen viel längere Sonneneinstrahlung, wobei weniger und langsamere Übergänge in den Schatten während saisonaler Sonnenfinsternisse. Obwohl das thermische Radfahren in GEO seltener als in LEO ist, können die Temperaturen für längere Zeiträume hoch bleiben, sodass Baugruppen eine hervorragende Wärmestabilitäts- und Wärmeableitungsfähigkeit aufweisen müssen.

Strahlungsintensität

Die Strahlenexposition ist ein weiterer kritischer Unterschied. Das Leo -Raumfahrzeug ist aufgrund der Nähe zum Magnetfeld der Erde mäßige Strahlung ausgesetzt, was eine gewisse Abschirmung bietet. Sie sind jedoch immer noch einem Ausbrüchen von energiereicher Partikeln aus Solarflarsen und den Van Allen-Strahlungsgürteln ausgesetzt.

Geo -Satelliten erleben viel härtere Strahlungsumgebungen. Sie befinden sich außerhalb der Schutzdecke der Erdmagnetosphäre und werden durch energiegeladene Protonen, Elektronen und kosmische Strahlen intensiv, kontinuierlich bombardiert. Diese Umgebung fordert, dass Solarzellbaugruppen strahlungsgehärtete Materialien und Konstruktionen verwenden, um die Leistungsverschlechterung über lange Missionsdauern zu minimieren, die häufig 15 Jahre oder länger erstrecken.

Stromversorgungskontinuität

Die Leistungskontinuität unterscheidet sich signifikant zwischen den beiden Umlaufbahnen. Leo -Satelliten erleben häufige Finsternisse, wobei Sonnenkollektoren regelmäßig Sonnenlicht verlieren, wenn das Raumschiff in den Schatten der Erde geht. Um während dieser dunklen Perioden die Leistung aufrechtzuerhalten, beruhen Leo -Missionen stark auf Bordbatterien, wodurch Energiespeicher und Management kritische Komponenten des Stromversorgungssystems hergestellt werden.

Auf der anderen Seite genießen Geo-Satelliten den größten Teil des Jahres fast kontinuierlich Sonnenlicht, außer während vorhersehbare saisonale Sonnenfinsternisse, die bis zu mehreren Wochen dauern. Diese konsistente Solarbelastung ermöglicht es GEO-Solarzellanordnungen, ein stabiles Stromversorgung mit weniger Abhängigkeit von Batteriesystemen bereitzustellen, wobei die Notwendigkeit einer langfristigen Effizienz und Haltbarkeit betont wird.


Wichtige Leistungsmetriken

Bei der Bewertung von Weltraum -Solarzellenanordnungen für Leo- und GEO -Missionen bestimmen mehrere kritische Leistungsmetriken ihre Eignung und Zuverlässigkeit:

Umwandlungseffizienz

Die Umwandlungseffizienz misst, wie effektiv eine Sonnenzelle Sonnenlicht in nutzbare elektrische Leistung umwandelt. Fortgeschrittene Triple-Junction-GAAS-Solarzellen erreichen typischerweise Effizienz zwischen 30% und 32%, was die herkömmlichen Siliziumzellen weit übertrifft. Durch hohe Effizienz kann Raumfahrzeuge mehr Leistung von kleineren, leichteren Solararrays erzeugen, was für die Reduzierung der Startmasse und der Kosten unerlässlich ist.

Power-to-Gewicht-Verhältnis

In Weltraumanwendungen zählt jeder Gramm. Das Power-to-Gewicht-Verhältnis (gemessen in Watt pro Kilogramm) spiegelt wider, wie viel elektrische Stromversorgung eine Baugruppe relativ zu ihrer Masse liefern kann. Hohe Power-to-Gewicht-Verhältnisse bedeuten kleinere, leichtere Sonnenkollektoren ohne Kompromisse, was für Leo-Satelliten mit strengen Gewichtsgrenzen und für Missionen, bei denen die Startkosten minimiert werden müssen, besonders entscheidend ist.

Betriebslebensdauer

Space Solar Cell Assemblies müssen die Leistung über lange Missionsdauern aufrechterhalten - in Höhe von 10 bis 15 Jahren oder mehr. Dies erfordert eine Resistenz gegen Abbau, die durch Strahlung, thermische Zyklus und Mikrometeoroid -Auswirkungen verursacht wird. Baugruppen, die während ihrer gesamten Betriebsdauer mindestens 90% ihrer anfänglichen Leistung aufrechterhalten, gelten als sehr zuverlässig.


Weltraum -Solarzellen

Material und Struktur

Vorteile von Gaas Triple-Junction-Struktur

Die Triple-Junction-Architektur kombiniert drei Halbleiterschichten-Gallium-Indium-Phosphid (GAVP2), Galliumarsenid (GAAs) und Germanium (GE)-optimiert, um verschiedene Teile des Sonnenspektrums zu absorbieren. Dieses geschichtete Design erfasst eine breitere Palette von Sonnenlichtwellenlängen und steigert die Umwandlungseffizienz im Vergleich zu Einzelkreuzzellen signifikant.

  • GAVP2-Schicht:  Absorbiert hochwertige Photonen im sichtbaren Spektrum und bieten einen hervorragenden Strahlungswiderstand.

  • GaAs-Schicht:  Konvertiert effiziente Photonen mit mittlerer Energie und liefert thermische Stabilität im Orbit von entscheidender Bedeutung.

  • GE-Schicht:  fungiert als untere Zelle, die Infrarotphotonen mit niedrigerer Energie erfasst und mechanische Unterstützung bietet.

Germanium -Substratstabilität

Das GE -Substrat dient nicht nur als untere Zelle, sondern bietet auch eine überlegene mechanische und thermische Stabilität. Diese Stabilität stellt sicher, dass die Solarzellenanordnung wiederholte thermische Zyklus und mechanische Spannungen während des Starts und des Umlaufbetriebs ertragen kann, ohne die strukturelle Integrität oder Leistung zu verlieren.

Zusammen bietet die GaAs-Triple-Junction-Zelle auf einem GE-Substrat ein Gleichgewicht zwischen hoher Effizienz, Strahlenhärte und Haltbarkeit, was es zur bevorzugten Wahl für die meisten Space Solar Cell Assemblys für Leo- und GEO-Missionen macht.


Yims SC-3GA-Serieübersicht

Shanghai Yim Machinery Equipment Co., Ltd. bietet branchenführende Space Solar Cell-Baugruppen der SC-3GA-Serie an, die auf die vielfältigen Anforderungen verschiedener Orbitalumgebungen und Missionsprofile zugeschnitten sind.

SC-3GA-1

Die SC-3GA-1-Funktionen wurden speziell für Low Earth Orbit (LEO) -Anwendungen entwickelt:

  • Hocheffizienz-Drei-Geschwätz-GaAs-Zellen mit Umwandlungseffizienz von rund 30%.

  • Laser-geschweißte Silber/Kovar-Interkonnektoren bieten eine hervorragende mechanische Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit, die häufige thermische Zyklus ertragen kann.

  • Integrierte Silizium -Bypass -Dioden, die die Baugruppe vor Stromblockade und Hotspots schützen, die durch partielle Schattierung oder Zellfehler verursacht werden.

  • Kompaktes und leichtes Design optimiert für schnelle Bereitstellung und kleine Satellitenkonfigurationen.

SC-3GA-4

  • Optimiert für die geostationäre Erdumlaufbahn (GEO) und Deep Space Missionen bietet der SC-3GA-4:

  • Konversionseffizienzen von über 32%und liefern eine höhere Leistung für anspruchsvolle Missionen.

  • Zellverbindungsschaltung (CIC) Assemblierungsprozess verbessert die elektrische Leistung und das thermische Management.

  • Verbesserte Strahlungsschutzmaterialien und mehrschichtige Glaseinkapselung, die eine überlegene Langzeitstrahlungsbeständigkeit liefern.

  • Strenge Lebenszyklus- und Strahlungstests, die über 15 Jahre zuverlässiger Umlaufbetrieb sicherstellen.

Beide Modelle entsprechen den ECSS E-ST-20-08C European Space Standards und garantieren stabile Leistung unter extremen Raumbedingungen.


Montage- und Testprozesse

YIM behält die strenge Kontrolle über jeden Fertigungsschritt bei, um die höchste Qualität für seine Space Solar Cell Assemblies zu gewährleisten:

Laserschweißen

Fortgeschrittene Laserschweißtechnologie verbindet die Silber- oder Kovar -Interkonnektoren sicher an die Solarzellen. Diese Methode sorgt für elektrische Kontakte mit geringer Resistenz und minimiert die durch Wärmespannung induzierte Müdigkeit, entscheidend für die Überlebenden von Startschwingungen und das thermische Radfahren in der Umlaufbahn.

Wärmeleit -Vakuumtests

Die Baugruppen werden thermischen Vakuumtests (TVAC) getestet, um das Vakuum von Raum- und extremen Temperaturschwankungen zu simulieren. Dies überprüft, dass physikalische und elektrische Eigenschaften unter diesen harten Bedingungen stabil bleiben und die Missionsdauer sicherstellen.

ECSS -Zertifizierung

Alle Produkte werden streng getestet, um die ECSS E-ST-20-08C-Standards zu erfüllen und mechanische Schock, Wärmezyklus, Strahlentoleranz und elektrische Leistungsretention abzudecken-die Anforderungen an den internationalen Luft- und Raumfahrt-Missionsanforderungen auszurichten.


Abschluss

Die Auswahl der rechten Space Solar Cell Baugruppe hängt stark von der Orbitalumgebung der Mission ab - ob es sich um LEO mit häufigen Wärmezyklen und Sonnenfinsternis handelt oder mit intensiver Strahlung und langen Missionsdauern. Die reife SC-3GA-Serie von YIM, kombiniert mit strengen Tests und Zertifizierungen, bietet maßgeschneiderte, zuverlässige Lösungen für beide Umlaufbahntypen.

Unabhängig davon, ob sie sich vor den Herausforderungen des schnellen thermischen Radfahrens und der partiellen Schattierung in Leo oder der hohen Strahlung, den langfristigen Anforderungen von GEO stellen, liefert YIM effiziente, langlebige Solarenergiekomponenten, um den Missionserfolg zu gewährleisten.

Für detailliertere Produktinformationen und technische Unterstützung finden Sie unter Besuch www.shyimspace.com  oder wenden Sie sich an das Expertenteam von YIM, um benutzerdefinierte Lösungen für Ihre Raumstromanforderungen zu besprechen.

Shanghai Yim Machinery Equipment Co., Ltd von Space Power Sources spezialisiert auf die Lieferung von Space Solar Cell Products China Aerospace Group (CASC). Die Hauptaufgaben von Shanghai Yim decken das Design, die Versorgung, den Test und die neue Produktforschung von ...

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