Zasilanie misji kosmicznych: ile energii mogą wygenerować panele słoneczne w kosmosie?

Moc, jaką panel słoneczny może wygenerować w kosmosie, zależy od kilku czynników, w tym od jego rozmiaru, rodzaju zastosowanych ogniw słonecznych i intensywności otrzymywanego światła słonecznego. W kosmosie panele słoneczne zwykle działają ze znacznie wyższą wydajnością niż na Ziemi, ponieważ nie ma zakłóceń atmosferycznych, a panele otrzymują stałe, bezpośrednie światło słoneczne.

Oto kilka ogólnych liczb, które dają wyobrażenie o tym, ile energii może wygenerować panel słoneczny w kosmosie:

1. Natężenie promieniowania słonecznego w kosmosie :

·  W kosmosie Słońce wytwarza około  1366 watów na metr kwadratowy (W/m²)  natężenia promieniowania słonecznego w odległości Ziemi od Słońca (jest to znane jako stała słoneczna ). Jest to znacznie więcej niż ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi w wyniku rozproszenia i absorpcji atmosferycznej.

2. Wydajność kosmicznych ogniw słonecznych :

·  Wydajność ogniw słonecznych stosowanych w kosmosie może się różnić:

o Ogniwa  z arsenku galu (GaAs)  mają zazwyczaj sprawność 28–30%  w przypadku ogniw jednozłączowych i 40% lub więcej  w przypadku ogniw wielozłączowych.

o  Ogniwa wielozłączowe  mogą osiągnąć w przestrzeni kosmicznej sprawność od 40% do 45%  , co czyni je najpotężniejszą opcją.

o  Ogniwa na bazie krzemu  używane w mniejszych misjach mają zazwyczaj wydajność 20–25%.

3. Moc wyjściowa :

·  Moc wyjściowa panelu słonecznego zależy od jego powierzchni i wydajności ogniw słonecznych. Na przykład:

o  Panel słoneczny o powierzchni 1 metra kwadratowego  wykorzystujący ogniwa wielozłączowe  o sprawności 40% wygenerowałby:           1366 W/ ㎡ ×  40%  =  546,4 W

o Panel  o powierzchni 1 metra kwadratowego  wykorzystujący ogniwa GaAs  przy wydajności 30% wytworzyłby:                                         1366 W/ ㎡ ×  30%  =  409,8 W

o  W przypadku ogniw krzemowych  przy wydajności 25% panel o powierzchni 1 metra kwadratowego wygenerowałby:                                1366 W/ ㎡ ×  25%  =  341,5 W

4. Układy słoneczne statków kosmicznych :

·  W przypadku większych statków kosmicznych panele słoneczne są zwykle znacznie większe niż 1 metr kwadratowy i często wahają się od 10 do 100 metrów kwadratowych  lub więcej, w zależności od zapotrzebowania misji na energię.

·  Na przykład:

o  Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS)  ma powierzchnię  4000 stóp kwadratowych (około 370 metrów kwadratowych)  paneli słonecznych i może generować do 120 kW  mocy, która jest wystarczająca do zasilania jej systemów.

o  Sonda Juno  wykorzystana do badań Jowisza, położonego znacznie dalej od Słońca, wyposażona jest w powierzchni 30 metrów kwadratowych, które  panele słoneczne o 500 watów . na dystansie działania generują około

5. Moc w ekstremalnych warunkach :

·  W przypadku misji odbywających się daleko od Słońca, takich jak sonda Parker Solar Probe, , panele słoneczne są projektowane tak, aby wytrzymywały ekstremalne promieniowanie i wysokie temperatury, a mimo to nadal mogą generować znaczną moc — choć znacznie mniejszą niż przy mniejszych odległościach. Panele te wykorzystują ogniwa wielozłączowe  , aby zmaksymalizować wydajność nawet w warunkach słabego oświetlenia.

Streszczenie:

W kosmosie moc wytwarzana przez panel słoneczny może wynosić od 100 watów  do kilku kilowatów , w zależności od rozmiaru panelu, rodzaju ogniw słonecznych i odległości od Słońca. Panel słoneczny o powierzchni 1 metra kwadratowego  wykorzystujący wysokowydajne ogniwa wielozłączowe  może wytworzyć około 540 watów , podczas gdy większe tablice na statku kosmicznym mogą generować znaczne ilości energii, często w zakresie od setek watów do kilku kilowatów.