항공 우주 분야에서 위성의 에너지 공급이 중요하며 주요 에너지 획득 장치로서 태양 전지판의 효율성은 위성의 성능과 작동 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. Cubesats 및 StarLink 위성은 태양 전지판 기술 및 효율성 측면에서 자체 특성을 가진 다양한 유형의 위성 응용 프로그램을 나타냅니다.
큐 세 텔라 트 태양 전지판의 효율성
기술 선택 및 효율성 성능
Cubesats는 제한된 부피로 인해 태양 전지판의 효율 및 공간 활용에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 현재, 많은 큐브 위성은 트리플 접합 갈륨 아르 세 나이드 (GAAS) 태양 전지를 사용합니다. 이 유형의 배터리는 다른 밴드 갭 폭을 갖는 여러 층의 반도체 재료로 구성되며, 이는 다른 파장의 태양 광을보다 효과적으로 활용하여 광전 전환 효율을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, Endurosat의 3U 태양 전지판은 초기 효율이 29.5%이상인 3 개의 정션 공간 등급 태양 전지를 사용합니다. 저 지구 궤도 (LEO)에서 5 년간의 작동 후, 세포 효율은 여전히 29%이상으로 유지 될 수있다. 미국의 Hanergy 자회사 인 Alta 장치의 Gallium Arsenide 박막 태양 광 기술은 29.1%의 단일 접합 태양 전지 효율로 세계 기록을 달성했습니다. 이러한 고효율 배터리 기술은 Cubesats가 제한된 표면적에서 더 많은 전기를 얻을 수있는 가능성을 제공합니다.
효율성에 영향을 미치는 요인
입방 위성 태양 전지판의 효율은 다양한 요인에 의해 영향을받습니다. 우주 환경의 관점에서 위성은 궤도에서 우주 광선 및 고 에너지 입자의 방사선에 노출되어 배터리 재료의 격자 구조에 손상을 입히고 배터리 효율을 감소시킬 수 있습니다. 예를 들어, 높은 방사선 환경에서 일부 태양 전지의 성능은 점차 감소합니다. 온도도 핵심 요소입니다. 우주에서 위성의 표면 온도는 극적으로 변합니다. 배터리 온도가 상승하면 전자 이동성과 같은 내부 특성이 변경되어 개방 회로 전압 및 전체 효율이 감소합니다. 또한 위성 태도의 변화는 태양 전지판이 햇빛을 끊임없이 변화시키는 각도를 유발합니다. 햇빛이 낮은 각도로 빛나면 일부 조명은 반사되어 효과적으로 흡수되고 변환 될 수 없어 효율이 손실됩니다.
스타 링크 위성 태양 전지판의 효율성
기술 개발 및 효율성 개선
SpaceX가 글로벌 위성 인터넷을 구축하는 핵심으로 위성 체인의 태양 전지판 기술도 개발 중입니다. 초기 스타 링크 위성은 비교적 제한된 태양 전지판 면적과 효율성을 가졌지 만 기술 발전으로 태양 전지판 영역이 점차 증가하고 효율성이 크게 향상되었습니다. 2020 년 V1.5 StarLink 위성의 태양 전지판 면적은 약 30 평방 미터이며 대역폭은 약 30Gbps입니다. 2023 년까지 V2MINI 스타 링크 위성은 태양 전지판 면적이 약 104.96 평방 미터이고 대역폭이 약 80Gbps를 가질 것입니다. 향후 계획은 우주선을 사용하여 풀 사이즈 V2 StarLink 위성을 출시하는 것입니다. 각 위성의 태양 전지판 영역은 210 평방 미터를 초과 할 것으로 예상됩니다. 배터리 기술을 지속적으로 개선하는 대규모 태양 전지판을 통해 StarLink 위성은 통신 장비 및 기타 장치의 작동을 지원하기 위해 더 많은 전기를 얻을 수 있습니다. 효율성 측면에서, 현대 우주선에서 일반적으로 사용되는 다결정 실리콘 태양 전지판은 15%이상의 전환 효율을 달성 할 수있는 반면, 스타 링크 위성은보다 효율적인 다결정 실리콘 또는 갈륨 아르 세나이드 물질을 사용할 수있다. 데이터에 따르면 약 18%의 효율을 갖는 30 평방 미터의 태양 전지 패널은 낮은 지구 궤도에서 6000 와트 이상의 전력을 제공 할 수 있으며, 별 링크 위성에 필요한 에너지 보안을 제공하여 전 세계 통신 범위를 달성 할 수 있습니다.
효율성 최적화 전략
SpaceX는 태양 전지판의 효율을 더욱 향상시키기 위해 일련의 최적화 전략을 채택했습니다. 위성 설계에서 정밀 궤도 제어 및 태도 조정은 태양 전지판이 가능한 한 길고 안정적으로 태양을 향하도록하여 각도 편차로 인한 광 손실을 줄입니다. 태양 전지판의 제조 공정에서는 생산 공정을 지속적으로 개선하고, 재료 순도 및 배터리 통합을 증가시키고, 내부 저항을 줄이며, 전송 및 변환 중에너지 손실을 최소화합니다. 동시에, StarLink 위성 시스템은 또한 에너지 관리에 큰 노력을 기울여 하드웨어 구성 및 소프트웨어 알고리즘을 최적화하여 불필요한 에너지 소비를 줄이고 태양 전지판으로 생성 된 전기를 효율적으로 활용할 수 있도록 보장합니다.
둘과 산업 전망의 비교
Cubesatellite Solar Panels는 과학적 탐사, 기술 검증 등과 같은 특정 소형화 미션 미션 요구 사항을 충족시키기 위해 제한된 공간에서 높은 전환 효율을 달성하는 데 중점을 둡니다. 반면에 Star Link Satellite Sollar 패널은 위성 통신 시스템을위한 충분한 에너지를 제공하고 대규모 기업을 기반으로하는 지역 촉진 및 효율성 개선을 통해 글로벌 인터넷 액세스 서비스를 제공하는 데 중점을 둡니다. 재료 과학 및 항공 우주 기술의 지속적인 발전으로 Cubesats 및 StarLink 위성과 같은 다른 위성에 대한 태양 전지판의 효율성은 향후 더욱 향상 될 것으로 예상됩니다. 항공 우주 분야에 적용될 것으로 예상되는 페 로브 스카이 트 태양 전지와 같은 유망한 기술과 같은 새로운 배터리 재료 및 구조가 나타날 수 있으며, 위성 에너지 공급 기술을 새로운 높이로 유도하고보다 복잡하고 장기적인 우주 임무를위한 견고한 에너지 기초를 제공합니다.
