Küpler ve Starlink uyduları için güneş panellerinin verimlilik analizi

Havacılık alanında, uyduların enerji kaynağı çok önemlidir ve ana enerji edinme cihazı olarak güneş panellerinin verimliliği, uyduların performansını ve operasyonel ömrünü doğrudan etkiler. CubeSats ve Starlink uyduları, her biri güneş paneli teknolojisi ve verimlilik açısından kendi özelliklerine sahip farklı uydu uygulamalarını temsil eder.

CubeSatellite Güneş Panellerinin Verimliliği

Teknik Seçim ve Verimlilik Performansı

Cubesats, sınırlı hacimleri nedeniyle güneş panellerinin verimliliği ve boşluk kullanımı için son derece yüksek gereksinimlere sahiptir. Şu anda, birçok küp uyduda üçlü kavşak galyum arsenit (GAAS) güneş pilleri kullanılmaktadır. Bu tip pil, farklı bant aralığı genişliklerine sahip, farklı dalga boylarında güneş ışığını daha etkili bir şekilde kullanabilen ve böylece fotoelektrik dönüşüm verimliliğini artırabilen çoklu bant aralığı genişliklerine sahip çoklu yarı iletken malzemelerden oluşur. Örneğin, Endurosat'ın 3U güneş paneli%29.5'in üzerinde başlangıç ​​verimliliği ile üç kavşak uzay sınıfı güneş hücresi kullanır. Düşük Dünya yörüngesinde (LEO) 5 yıllık operasyondan sonra, hücre verimliliği hala%29'un üzerinde kalabilir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Hanergy'nin bir yan kuruluşu olan Alta Cihazlarının Galyum Arsenide İnce Film Güneş Teknolojisi,%29.1'lik tek bir kavşak güneş pili verimliliğine sahip bir dünya rekoru elde etti. Bu yüksek verimli pil teknolojileri, küplerin sınırlı bir yüzey alanında daha fazla elektrik elde etme olasılığı sağlar.

Verimliliği etkileyen faktörler

Kübik uydu güneş panellerinin etkinliği çeşitli faktörlerden etkilenir. Uzay ortamı perspektifinden bakıldığında, uydular kozmik ışınlardan ve yörüngedeki yüksek enerjili parçacıklardan kaynaklanan radyasyona maruz kalır, bu da pil malzemelerinin kafes yapısına zarar verebilir ve daha sonra pil verimliliğini azaltabilir. Örneğin, yüksek radyasyon ortamlarında, bazı güneş hücrelerinin performansı yavaş yavaş azalacaktır. Sıcaklık da önemli bir faktördür. Uzayda, uyduların yüzey sıcaklığı önemli ölçüde değişir. Pil sıcaklığı arttığında, elektron hareketliliği değişimi gibi iç özellikleri, açık devre voltajında ​​ve genel verimlilikte bir azalmaya neden olur. Buna ek olarak, uydu tutumundaki değişiklikler, güneş panellerinin güneş ışığının sürekli değişmesi için açısına neden olur. Güneş ışığı düşük açılarda parladığında, ışıkların bir kısmı yansıtılır ve etkili bir şekilde emilemez ve dönüştürülemez, bu da verimlilik kayıplarına neden olur.

Starlink uydu güneş panellerinin verimliliği

Teknolojik gelişme ve verimlilik iyileştirmesi

SpaceX'in küresel uydu internetini inşa etmesinin anahtarı olarak, uydu zincirinin güneş paneli teknolojisi de gelişiyor. Erken Starlink uyduları nispeten sınırlı güneş paneli alanı ve verimliliği vardı, ancak teknolojik gelişmelerle güneş paneli alanı yavaş yavaş arttı ve verimlilik önemli ölçüde iyileşti. 2020'de V1.5 Starlink uydusunun güneş paneli alanı yaklaşık 30 metrekaredir ve bant genişliği yaklaşık 30 gbps; 2023 yılına gelindiğinde, V2Mini Starlink uydusu yaklaşık 104.96 metrekarelik bir güneş paneli alanına ve yaklaşık 80 gbps'lik bir bant genişliğine sahip olacak. Gelecek planı, her uydunun güneş paneli alanının 210 metrekareyi aşması beklenirken, yıldız gemileri kullanarak tam boyutlu V2 Starlink uyduları başlatmaktır. Büyük ölçekli güneş panelleri, pil teknolojisinin sürekli olarak iyileştirilmesiyle birleştiğinde, Starlink uydularının iletişim ekipmanlarının ve diğer cihazlarının çalışmasını desteklemek için daha fazla elektrik elde etmesini sağlar. Verimlilik açısından, modern uzay aracında yaygın olarak kullanılan polikristalin silikon güneş panelleri%15'in üzerinde bir dönüşüm verimliliği elde edebilirken, Starlink uyduları daha verimli polikristalin silikon veya galyum arsenit malzemeleri kullanabilir. Verilere göre, yaklaşık% 18'lik bir verimliliğe sahip 30 metrekarelik bir güneş paneli, düşük toprak yörüngesinde 6000 watt'ın üzerinde güç sağlayabilir ve Starlink uydularının küresel iletişim kapsamına ulaşması için gerekli enerji güvenliğini sağlar.

Verimlilik Optimizasyon Stratejisi

Güneş panellerinin verimliliğini daha da artırmak için SpaceX bir dizi optimizasyon stratejisi benimsedi. Uydu tasarımında, güneş panellerinin güneşe mümkün olduğunca uzun ve stabil bir şekilde karşı karşıya kalmasını sağlamak için kesin yörünge kontrolü ve tutum ayarı kullanılır ve açısal sapmanın neden olduğu ışık kaybını azaltır. Güneş panellerinin üretim sürecinde, üretim sürecini sürekli olarak iyileştirir, malzeme saflığını ve pil entegrasyonunu artırır, iç direnci azaltır ve iletim ve dönüşüm sırasında enerji kaybını en aza indiririz. Aynı zamanda, StarLink uydu sistemi de enerji yönetimi için büyük çaba sarf etti, gereksiz enerji tüketimini azaltmak ve güneş panelleri tarafından üretilen elektriğin verimli bir şekilde kullanılabilmesini sağlamak için donanım yapılandırmasını ve yazılım algoritmalarını optimize etti.

İkisinin ve endüstri görünümünün karşılaştırılması

CubeSatellite güneş panelleri, bilimsel keşif, teknolojik doğrulama, vb. Gibi özel minyatürleştirme görev gereksinimlerini karşılamak için sınırlı alanda yüksek dönüşüm verimliliği elde etmeye odaklanmaktadır. Yıldız bağlantısı uydu güneş panelleri, uydu iletişim sistemleri için yeterli enerji sağlamaya ve alan genişlemesi ve verimli iyileştirme yoluyla küresel internet erişim hizmetlerini gerçekleştirmeye odaklanmaktadır. Malzeme bilimi ve havacılık teknolojisinin sürekli ilerlemesi ile, CubeSats ve Starlink uyduları gibi diğer uydular üzerindeki güneş panellerinin verimliliğinin gelecekte daha da iyileştirilmesi bekleniyor. Havacılık alanında uygulanması, uydu enerji tedarik teknolojisini yeni yüksekliklere sürüklemesi ve daha karmaşık ve uzun süreli uzay görevleri için sağlam bir enerji temelini sağlayan perovskit güneş hücreleri gibi umut verici teknolojiler gibi yeni pil malzemeleri ve yapıları ortaya çıkabilir.