WIDZIA: 0 Autor: Edytor witryny Publikuj Czas: 2025-06-19 Pochodzenie: Strona
Jedno z najważniejszych wyzwań, przed którymi stoi Kosmiczne ogniwa słoneczne to surowe środowisko promieniowania w przestrzeni. W przeciwieństwie do Ziemi, która korzysta z ochronnego chronu atmosfery i pola magnetycznego, przestrzeń jest wypełniona cząstkami wysokoenergetycznymi, które w czasie mogą znacznie obniżyć wydajność ogniw słonecznych.
Dwa najbardziej szkodliwe rodzaje promieniowania napotykanego w przestrzeni to wysokoenergetyczne protony i elektrony. Cząstki te pochodzą przede wszystkim z słońca (jako cząstki energetyczne słoneczne) i pasy promieniowania Van Allena, szczególnie na orbicie o niskiej ziemi (LEO), średniej orbicie Ziemi (MEO) i orbicie geostacjonarnej (GEO). Z czasem promieniowanie to może penetrować materiały ogniw słonecznych, powodując uszkodzenie przemieszczenia w kryształowej sieci warstw półprzewodnikowych. To uszkodzenie strukturalne prowadzi do zmniejszenia życia nośnika i ostatecznie degraduje moc wyjściową ogniwa słonecznego.
W przestrzeni głębokiej lub orbitach na dużej wysokości, promienie kosmiczne-ekstremalnie wysokoenergetyczne cząstki spoza naszego układu słonecznego-z góry intensyfikują ekspozycję na promieniowanie, co sprawia, że potrzeba zahartej promieniowaniem technologii ogniw słonecznych jest jeszcze bardziej pilne.
Zrozumienie, w jaki sposób promieniowanie wpływa na kosmiczne ogniwa słoneczne ma kluczowe znaczenie dla wyboru odpowiednich materiałów, architektur komórek i miar ochronnych. Bez wystarczającej odporności na promieniowanie systemy zasilania mogą przedwcześnie zawieść, zagrażając całej misji kosmicznej. Dlatego projektowanie ogniw słonecznych, które mogą wytrzymać długoterminową ekspozycję na intensywne promieniowanie, jest kamieniem węgielnym nowoczesnej inżynierii statku kosmicznego.
Promieniowanie w przestrzeni ma bezpośredni i często nieodwracalny wpływ na wydajność kosmicznych ogniw słonecznych. Podstawowy mechanizm tej degradacji obejmuje interakcję cząstek wysokoenergetycznych-takich jak protony, elektrony i promienie kosmiczne-z materiałami i wewnętrzną strukturą ogniwa słonecznego, szczególnie połączenia PN, które jest odpowiedzialne za wytwarzanie energii elektrycznej ze światła słonecznego.
Kiedy cząsteczki energetyczne zderzają się z materiałem półprzewodnikowym, wypierają atomy z pierwotnych pozycji, tworząc wolne miejsca i śródmiąższki - zwane wadami kryształów. W przestrzeniowych ogniwach słonecznych opartych na GAAS defekty te działają jako centra rekombinacji, które wychwytują bezpłatne nośniki (elektrony i otwory), zanim będą mogły przyczynić się do prądu elektrycznego. Ta strata zmniejsza żywotność nośnika i znacznie zmniejsza ogólną wydajność komórek.
Złącze PN, serce ogniwa słonecznego, w którym oddzielone są pary elektronowe indukowane światłem, jest szczególnie podatne na promieniowanie jonizujące. Promieniowanie wysokoenergetyczne może wprowadzać stany interfejsu i pułapki w pobliżu połączenia, zmieniając pole elektryczne, które napędza rozdzielenie nośników. To prowadzi do:
Zmniejszenie napięcia obwodu otwartego (LZO).
Zmniejszony prąd zwarcia (ISC).
Niższy współczynnik wypełnienia (FF) i ogólna wydajność.
Z czasem, w miarę gromadzenia większej liczby wad, wydajność konwersji ogniwa słonecznego może degradować o 20% lub więcej, w zależności od dawki promieniowania i czasu ekspozycji.
Promieniowanie może również uszkodzić powłoki powierzchniowe, warstwy antyrefleksyjne i połączenia metalowe w modułowych zespołach panelu. Może to prowadzić do zwiększonej oporności szeregowej, niestabilności termicznej, a nawet rozwarstwiania składników komórkowych, szczególnie podczas misji długoterminowej.
W kontekście projektowania trwałych i wydajnych kosmicznych ogniw słonecznych jedną z najważniejszych decyzji jest wybór materiału komórkowego. Podczas gdy zarówno technologie oparte na krzemach (SI), jak i galu arsenid (GAAS) były stosowane w zastosowaniach kosmicznych, ogniwa słoneczne GAAS potrójne działanie okazały się znacznie lepszą odporność na promieniowanie niż ich silikonowe odpowiedniki.
Ogniwa słoneczne GAAS z potrójną funkcją składają się z trzech podrzędnych ułożonych na siebie: zwykle Gainp (górna komórka), GAAS (komórka środkowa) i GE (komórka dolna). Każda warstwa jest dostrojona do wchłonięcia określonej części widma słonecznego, umożliwiając bardziej wydajną absorpcję światła i wyższą ogólną konwersję energii - często powyżej 30% wydajności.
Natomiast tradycyjne silikonowe ogniwa słoneczne działają jako urządzenia jednoprawne, wychwytując węższy zakres długości fal i ogólnie osiągając niższą wydajność (około 15–20% w środowiskach kosmicznych).
Gdy wystawiono na promieniowanie kosmiczne (takie jak protony wysokoenergetyczne i elektrony), komórki GAAS z potrójnym układem wykazują wolniejsze szybkości degradacji niż komórki krzemowe. Kluczowe powody obejmują:
Bezpośrednia struktura bandgap materiałów GAAS umożliwia szybszy transport nośnika i lepszą tolerancję na uszkodzenie kryształów.
Komórki GAAS generują mniej defektów wywołanych promieniowaniem, które wpływają na parametry krytyczne wydajności, takie jak długość życia nośnika i długość dyfuzji nośnika mniejszościowego.
Warstwowa konstrukcja komórek potrójnych działań zapewnia nieodłączną nadmiarowość: nawet jeśli jedna pod-komórka jest nieco zdegradowana, inne mogą nadal wytwarzać energię.
Badania wykazały, że przy równej ekspozycji na promieniowanie komórki GAAS mogą zatrzymać ponad 90% ich początkowej wydajności, podczas gdy komórki krzemowe mogą spaść poniżej 70%.
Poza promieniowaniem środowiska kosmiczne nakładają również poważne stres termiczny. Komórki GAAS mają wyższą stabilność współczynnika temperatury, co oznacza, że ich wydajność pozostaje bardziej spójna w ekstremalnych zmianach temperatury - ważny czynnik dla misji w LEO, GEO lub przestrzeni głębokiej.
Jeśli chodzi o projektowanie kosmicznych ogniw słonecznych zdolnych do niezawodnego działania na orbitach o wysokim promieniu i środowiskach głębokich, wchodzi kilka kluczowych względy projektowania. Od nauki materiałowej po inżynierię precyzyjną, każdy szczegół wpływa na ostateczną wydajność i trwałość ogniwa słonecznego w przestrzeni.
Rdzeń przestrzennego ogniwa słonecznego opornego na promieniowanie leży w jego strukturze wielokrotności. Komórki o wysokiej wydajności YIM są budowane przy użyciu konfiguracji Triple-Sopuce GainP2/GAAS/GE, która umożliwia każdemu pod-komórkę wchłanianie określonej części widma słonecznego. Struktura ta nie tylko zwiększa wydajność konwersji mocy do 30–32%, ale także oferuje lepszą tolerancję na uszkodzenia przemieszczenia spowodowane przez protony i elektrony wysokoenergetyczne.
Każda z trzech warstw ma wyraźne role:
Gainp2 (górna komórka): Doskonałe w przypadku wchłaniania światła widzialnego UV i wysokoenergetycznego widzialnego; Wysoce zahartowane promieniowaniem.
GAAS (komórka środkowa): główny czynnik mocy o dobrej wydajności i silnej stabilności strukturalnej.
GE (dolna komórka): przechwytuje światło w podczerwieni i służy jako mechaniczny podłoże z dodatkową trwałością.
Odporność na promieniowanie to nie tylko warstwy fotowoltaiczne - zależy również od inteligentnych strategii ochrony. YIM zawiera kwalifikowane miejsce na kwalifikowane szkło, aby chronić powierzchnię ogniwa słonecznego przed erozją atomową tlenu, uderzeń mikrometeoroidowych i degradacji indukowanej UV. Te szklane warstwy są powlekane antyrefleksyjne i dopasowane termicznie do komórki, zapewniając zarówno ochronę, jak i wydajność.
Ponadto każdy zespół ogniwa słonecznego zawiera dyskretną diodę obwodnictwa krzemu, która zapobiega uszkodzeniu odwrotnego odchylenia i zapewnia ciągłość elektryczną, nawet jeśli część panelu jest zacieniona lub zawiedzie. Diody te mają kluczowe znaczenie w zastosowaniach modułowych lub dużych aromii, w których ma znaczenie jednolitość wydajności.
Shanghai Yim Machinery Equipment Co., Ltd. wykorzystuje zaawansowane zespoły spawania, enkapsulacji i interkonect w swoich zespołach ogniw słonecznych SC-3GA-1 i SC-3GA-4. Te modele używają:
Spawane laserowo kovar/srebrne interkonektory dla bezpiecznych połączeń o niskiej oporności.
Hartowane promieniowanie materiałów doniczkowych w celu utrzymania integralności mechanicznej i elektrycznej w ramach cyklu termicznego i bombardowania cząstek.
Konstrukcja modułowa do integracji z tablicami i skrzydłami słonecznymi różnych konfiguracji.
W szczególności SC-3GA-4 ma w szczególności konstrukcję CIC (obwód połączenia komórkowego) i jest zaprojektowany w celu uzyskania wysokiej wydajności, wysokiej stabilności, nawet w rozszerzonych misjach Geo lub sondy międzyplanetarnych.
Wszystkie kosmiczne ogniwa i zespoły Słoneczne Yim spełniają rygorystyczne wymagania ECSS E ST20-08C, europejskiej współpracy w zakresie wytycznych standaryzacji przestrzeni, która reguluje wydajność i odporność środowiskową technologii fotowoltaicznych wykorzystywanych w przestrzeni. Ta zgodność zapewnia:
Przewidywalne krzywe degradacji w znanych dawkach promieniowania.
Kwalifikacje do misji Leo, Meo, Geo i Międzyplanetarnych.
Kompatybilność ze standardami systemu zasilania satelitarnego na całym świecie.
Kosmiczne ogniwa słoneczne Yima nie są po prostu traktowane w laboratorium-są posiewane przestrzenią. Ich zespoły ogniw słonecznych zostały wdrożone w szerokiej gamie głośnych misji, w tym:
Beidou-3 (M12) i satelity nawigacyjne Beidou-42.
Chang'e-4, Chin Lunar Lander i Rover Mission.
Gaofen-11, Zy-3 (03) Satelity obserwacyjne Ziemi.
Moziji, Haiyang-2b i dziesiątki innych satelitów LEO i Geo.
W tych misjach komórki GAAS z potrójnym układem Yim wykazały minimalną utratę wydajności w przedłużonych okresach operacyjnych, doskonałą stabilność termiczną i mechaniczną oraz brak poważnej degradacji z ekspozycji na promieniowanie-walidając ich projekt i inżynierię w środowisku rzeczywistego.
W bezlitosnym środowisku przestrzeni odporność na promieniowanie równa się niezawodności misji. Wysokowydajny, zahartowany promieniowaniem Kosmiczne ogniwa słoneczne , takie jak te wytwarzane przez Shanghai Yim Machinery Equipment Co., Ltd. zapewniają krytyczną równowagę:
Wysoka moc wyjściowa
Długie życie operacyjne
Stabilna wydajność w strefach orbitalnych
Ponieważ więcej misji kosmicznych zapuszczają się w dłuższe orbity, głębsze eksplorację i strefy wysokiego promieniowania, popyt na solidną, precyzyjną technologię słoneczną tylko wzrośnie.
Aby upewnić się, że sonda satelitarna, łazika lub głębokiej przestrzeni jest zasilana przez najbardziej zaufane i przestrzenne rozwiązania, zbadaj kompletną linię zespołów ogniw słonecznych YIM pod adresem www.shyimspace.com lub skontaktuj się z zespołem ekspertów w celu konsultacji technicznych i wsparcia produktu.
