航空宇宙分野では、衛星のエネルギー供給が非常に重要であり、主要なエネルギー獲得デバイスが衛星の性能と運用寿命に直接影響するため、ソーラーパネルの効率が重要です。キューブサットとスターリンク衛星は、さまざまなタイプの衛星アプリケーションを表しており、それぞれがソーラーパネルの技術と効率性の点で独自の特性を備えています。
キューブサテライトソーラーパネルの効率
技術的な選択と効率性のパフォーマンス
キューブサットは、ボリュームが限られているため、ソーラーパネルの効率とスペース利用のために非常に高い要件を持っています。現在、多くのキューブ衛星は、トリプルジャンクションガリウムアルセニド（GAAS）太陽電池を使用しています。このタイプのバッテリーは、異なるバンドギャップ幅を持つ半導体材料の複数の層で構成されており、異なる波長の太陽光をより効果的に利用して光電化変換効率を改善します。たとえば、EnduroSatの3Uソーラーパネルは、3つのジャンクションスペースグレードの太陽電池を使用しており、初期効率は29.5％を超えています。低地球軌道（LEO）での5年間の手術の後、細胞の効率は29％を超えたままです。米国のHanergyの子会社であるAlta DevicesのGallium hanide Thin Film Solar Technologyは、29.1％の1つのジャンクション太陽電池効率で世界記録を達成しました。これらの高効率バッテリー技術は、キューブサットが限られた表面積でより多くの電力を得る可能性を提供します。
効率に影響する要因
立方衛星ソーラーパネルの効率は、さまざまな要因の影響を受けます。宇宙環境の観点から見ると、衛星は宇宙線と軌道中の高エネルギー粒子からの放射線にさらされ、バッテリー材料の格子構造に損傷を与え、その後バッテリー効率を低下させる可能性があります。たとえば、高放射環境では、一部の太陽電池の性能は徐々に低下します。温度も重要な要素です。空間では、衛星の表面温度が劇的に変化します。バッテリーの温度が上昇すると、電子移動度などの内部特性が変化し、開回路電圧と全体的な効率が低下します。さらに、衛星態度の変化により、ソーラーパネルが日光を受け取る角度が絶えず変化します。日光が低い角度で輝くと、光の一部が反射され、効果的に吸収されて変換されることはできず、効率的な損失をもたらします。
Starlink衛星ソーラーパネルの効率
技術開発と効率の改善
SpaceXがグローバルな衛星インターネットを構築するための鍵として、衛星チェーンのソーラーパネルテクノロジーも開発中です。初期のスターリンク衛星のソーラーパネルエリアと効率は比較的限られていましたが、技術的な進歩により、太陽電池パネルエリアが徐々に増加し、効率が大幅に向上しました。 2020年のV1.5 Starlink衛星のソーラーパネルエリアは、約30平方メートルで、帯域幅は約30gbpsです。 2023年までに、V2mini Starlink衛星は、約104.96平方メートルのソーラーパネルエリアと約80gbpsの帯域幅の増加を備えています。将来の計画は、スターシップを使用してフルサイズのV2スターリンク衛星を発売することであり、各衛星のソーラーパネルエリアは210平方メートルを超えると予想されます。大規模なソーラーパネルと継続的に改善されたバッテリーテクノロジーにより、StarLink衛星は、通信機器やその他のデバイスの運用をサポートするためのより多くの電力を得ることができます。効率の観点から、最新の宇宙船で一般的に使用される多結晶シリコンソーラーパネルは15％を超える変換効率を達成できますが、Starlink衛星はより効率的な多結晶シリコンまたはヒネニド材料を使用する場合があります。データによると、約18％の効率を備えた30平方メートルのソーラーパネルは、低地球軌道で6000ワット以上の電力を提供し、Starlink衛星にグローバルな通信カバレッジを達成するために必要なエネルギーセキュリティを提供します。
効率最適化戦略
ソーラーパネルの効率をさらに向上させるために、SpaceXは一連の最適化戦略を採用しています。衛星設計では、正確な軌道制御と姿勢の調整を使用して、ソーラーパネルが可能な限り長くて安定して太陽に直面し、角度偏差によって引き起こされる光損失を減らします。ソーラーパネルの製造プロセスでは、生産プロセスを継続的に改善し、材料の純度とバッテリーの統合を増やし、内部抵抗を減らし、伝送と変換中のエネルギー損失を最小限に抑えます。同時に、StarLink衛星システムは、エネルギー管理にも多大な努力を払い、ハードウェア構成とソフトウェアアルゴリズムを最適化して不必要なエネルギー消費を削減し、ソーラーパネルによって生成された電力を効率的に利用できるようにします。
2つと業界の見通しの比較
CubeSatelliteソーラーパネルは、科学的探査、技術検証などの特定の小型化ミッション要件を満たすために限られたスペースで高い変換効率を達成することに焦点を当てています。一方、Star Link Satellite Solar Panelsは、衛星通信システムに十分なエネルギーを提供し、地域のインターネットアクセスサービスを実現し、大規模な展開に基づいて地域のインターネットアクセスサービスを実現します。材料科学と航空宇宙技術の継続的な進歩により、キューブサットやスターリンク衛星などの他の衛星でのソーラーパネルの効率は、将来さらに改善されると予想されます。航空宇宙分野に適用されると予想されるペロブスカイト太陽電池などの有望な技術など、新しいバッテリー材料や構造が出現する可能性があり、衛星エネルギー供給技術を新しい高みに駆動し、より複雑で長期のスペースミッションのための固形エネルギー基盤を提供します。
