性能和可靠性对于太空太阳能电池非常重要。太空环境恶劣，温度极高。太空中也存在辐射和真空。工程师使用技术标准来保持质量相同。这些标准有助于力保电池正常工作。由于仔细的技术建模，人们信任太空太阳能技术。他们还因为过去的表现数据而信任它。分析师使用系统动力学模拟以及来自 IEA、BNEF 和 IRENA 的行业数据。他们还使用长期生命周期预测来展示这些系统的持久性和运行良好。
太空太阳能电池 面临非常热和冷的温度。它们还处理辐射、真空和小型空间碎片。这些因素使得太空成为太阳能电池难以正常工作的地方。
工程师遵循严格的技术标准。这些规则帮助他们设计、测试和鉴定太阳能电池。这力保了电池提供足够的电力并在太空中持续很长时间。
工程师进行许多电气、机械和环境测试。他们检查辐射并使用热真空测试。这有助于证明太阳能电池坚固耐用。
团队使用精确的校准和 AM0 测试。这些测试复制了太空中的真实阳光。这有助于团队比较太阳能电池并使它们工作得更好。
柔性钙钛矿电池等新技术正在研发中。自养护材料也正在被使用。这些可以使未来的太阳能电池板更轻、更强，适合太空任务。
卫星和航天器要应对非常恶劣的条件。空间环境放置 太阳能电池 经历极热和极冷。太空中也有很强的辐射，而且没有空气。温度可以非常快地从非常热变为非常冷。太阳和宇宙射线的辐射会损坏材料。这可能会降低它们的工作效率。太空中的微小岩石和垃圾碎片可能会撞击并伤害细胞。工程师必须制造出足够坚固的太阳能电池来应对这些危险。
注意：太空没有空气，因此地球大气层无法保护材料。材料不得因加热和冷却而释放气体或破裂。随着时间的推移，这些问题可能会导致电池破裂或失去动力。
以下是一些主要的环境挑战：
热循环： 快速的温度变化会损坏材料。
辐射暴露： 强颗粒会使细胞工作更差。
真空效应： 气体会逸出，材料会分解。
微流星体： 微小的撞击就会损坏细胞表面。
工程师需要对每个问题进行仔细的设计和强有力的测试。
空间技术必须发挥良好作用才能使任务取得成功。如果太阳能电池停止工作，航天器可能会断电。这可能会减慢任务速度或使其失败。工程师根据每个任务的需求挑选和测试太阳能电池。例如，一颗靠近地球的卫星与一颗前往火星的卫星面临着不同的危险。
任务规划者会考虑很多因素：
电力需求： 任务决定需要多少能量。
预期寿命： 有些任务持续时间很短，有些则持续很多年。
冗余： 额外的电池或面板可以提供备用电源。
一个好的 电源 有助于工具、收音机和导航正常工作。团队遵循严格的规则来降低风险并获得优选结果。
技术标准有助于力保太空任务顺利进行。这些规则告诉工程师如何设计和测试太空太阳能电池。每个标准都有自己的规则来帮助太阳能电池在太空中生存。
AIAA S-111A-2014 标准给出了检查太空太阳能电池的规则。它具有静电放电敏感性测试。这有助于阻止太空中的电荷问题。工程师使用这个标准来检查每个太阳能电池。他们进行目视检查、电气测试和压力测试。这些测试包括加热、冷却、弯曲和辐射。使用该标准的砷化镓太阳能电池非常高效。它们通常比地球上的许多太阳能电池板工作得更好。 AIAA S-111A-2014 标准可帮助太阳能电池在恶劣的空间条件下正常工作。
ISO 11221:2011 介绍了如何测试和检查太空太阳能电池。该标准着眼于太阳能电池的强度和质量。它解释了如何在假空间条件下测试它们。工程师使用这个标准来比较不同的太阳能电池类型。这些可以是刚性的、柔性的或薄膜设计。该标准帮助团队为每个任务选择较好的太阳能电池。
ECSS-E-ST-20-08C 标准来自欧洲。它涵盖了如何设计、检查和验收用于欧洲太空任务的太阳能电池。它有热、冷和辐射测试的规则。该标准还规定了如何写下测试结果。通过使用 ECSS-E-ST-20-08C，工程师力保太阳能电池符合严格的欧洲规则。
MIL-S-83576 是太阳能电池的军用标准。它的重点是力保太阳能电池坚固可靠。该标准包含力量、功率和压力测试。军事团体使用该标准来力保太阳能电池能够执行重要任务。
注意：航天工业技术标准在线数据库拥有有关这些标准的新款信息。工程师和规划人员用它来查找新规则和更新。这些标准的变化表明了新的太阳能电池技术和任务需求。
工程师使用关键性能指标来检查太空太阳能电池。这些包括 比功率、面功率密度、比质量和比成本。品质因数将这些数字混合在一起，以帮助团队选择优选的太阳能电池阵列。贸易研究显示 高效多结电池 和薄膜阵列在成本、重量和性能方面都有优势。聚光器阵列可以使用更少的单元，从而节省空间和金钱。这些指标和研究表明技术标准如何帮助选择和设计太空太阳能电池阵列。
工程师用严格的规则把关 太空太阳能电池。这些规则力保每个电池在太空中提供稳定的电力。团队测量开路电压 (Voc)、短路电流 (Isc)、更大功率 (Pmax)、填充因子 (FF) 和效率等指标。他们在太空等条件下测试这些数字。
三结InGaP/InGaAs/Ge太阳能电池，如CTJ30-80，在25°C的AM0光下保持约29%的效率。这与普通厚电池相同。
耐辐射性 通过电子和质子测试进行测试。这些遵循 ECSS E-ST-20-0 规则。工程师观察 Voc、Isc、Pmax、FF 和效率如何随时间变化。
与常规 140 μm 厚的电池相比，薄化的 CTJ30-80 电池的比功率提高了一倍（约 1 W/g），且性能没有大幅下降。
中间的 InGaAs 子电池受辐射的影响更大。工程师通过电致发光测试和光致发光测试来检查这一点。
柔性薄电池与普通电池一样保持良好的耐辐射性。
资格测试计划 (QTP) 和资格测试报告 (QTR) 列出了所有测试步骤、条件和结果。这些记录表明这些电池符合电气规则。
在此过程中，机械和目视检查非常重要。工程师寻找裂缝、剥落和其他可能导致太空故障的问题。他们使用动手工具和特殊的无损检测 (NDT) 工具。
材料认证，如分析证书和合格证书，表明材料可以承受真空、辐射和大的温度变化。
X 射线断层扫描、声发射和扫描电子显微镜 (SEM) 等无损检测可以在不破坏电池的情况下发现隐藏的缺陷和微小裂纹。
辐射硬度力求 (RHA) 测试，包括总电离剂量 (TID)、单粒子效应 (SEE) 和位移损伤 (DD)，检查电池是否可以承受空间辐射。
环境测试使用热真空室 (TVAC) 和振动台。这些复制空间热循环并引发震动，力保细胞保持坚固并继续工作。
遵循 MIL-STD-883、ESCC 5000/3000 和 ECSS 等标准可力保所有检查均符合空间规则。
工程师在详细报告中写下所有目视和机械检查。这些论文证明细胞通过了检查，并有助于以后发现问题。
校准和 AM0（空气质量零）测试可力保太阳能电池在真实太空阳光下正常工作。工程师使用非常精确的太阳模拟器和真实的 AM0 光谱测试来测量电池输出。
柔性聚合物太阳能电池在35公里高海拔AM0测试显示，开路电压（Voc）约为0.84-0.85 V，短路电流密度（Jsc）在26-28 mA/cm⊃2之间；填充因子（FF）接近64-66%，功率转换效率（PCE）从10.4%到11.2%。飞行过程中，Voc 保持在 0.80 V 附近，Jsc 随太阳角度变化，FF 保持稳定。所见的优选效率约为 15%，在 AM0 下显示出强劲的结果。
气球飞行可以提供优选的 AM0 校准，误差很小，但成本更高。小气球更便宜。
飞机飞行的准确度中等。超轻型飞机比普通喷气式飞机更好。
合成校准标准的准确性较低且成本较高，但可以随时使用。
工厂校准的太阳模拟器的范围从 A+AA 级到 CCC 级。自动化实时校准系统（例如 JCM 方法）可通过扫描和调整光线来提供帮助。
A+AA 类模拟器的电流与标准的匹配误差约为 ±1%。与常规方式相比，自动校准可以将总误差减少十倍以上。
空间太阳模拟器需要紧密的光谱匹配 (±1%) 和均匀的光线 (±1% 优 ±2%)。光稳定性通常保持在 ±1% 优 ±2% 范围内，从而提供稳定的结果。
CNES 和 JPL 等组织的校准标准制定了 AM0 测试规则。这些规则帮助工程师比较不同实验室和任务的结果。
工程师检查 在实验室中测试太阳能电池 ，看看它们是否可以处理太空。他们使用特殊的房间来复制轨道上的真空和大的温度变化。这些测试帮助团队在将细胞送入太空之前找到薄弱环节。科学家对细胞进行多次测量，以发现错误并获得更好的结果。例如：
均方根误差 (RMSE) 分数显示测试结果与实数的接近程度。
团队使用卷积神经网络 (CNN) 等机器学习模型来猜测细胞如何工作。即使数据有噪声，这些模型仍然运行良好。
工程师重复测试多达 25 次，以获得更好的结果和更少的噪音。
热图可帮助团队查看模型是否与真实数据匹配并及早发现问题。
大多数猜测都接近真实数字，这意味着模型是准确的。
这些步骤有助于力保细胞能够在艰苦的太空环境中生存。
太空太阳能电池 会受到太阳和宇宙射线的强烈辐射。工程师用不同强度的质子和电子束测试电池。这些测试显示了细胞在执行任务期间可能受到的损害程度。有时，实验室无法测试每个能量水平，因此他们使用计算机模型。美国宇航局和海军研究实验室有办法猜测辐射将如何随着时间的推移改变细胞。这些模型使用真实的测试数据和智能计算机程序来猜测电池的使用寿命。科学家还使用软件来观察粒子如何伤害细胞内部。这有助于他们制造更好的细胞并计划长途太空旅行。
注意：这些测试和模型可以帮助工程师猜测太阳能电池在任务结束时的工作情况，即使地面测试无法覆盖所有空间条件。
团队想知道太阳能电池在太空中能持续多久。他们使用不同的方法来跟踪细胞随着时间的推移如何工作。
| 指标/方法 | 描述 |
|---|---|
| 平均故障间隔时间 (MTBF) | 显示电池在损坏之前可以工作多长时间。 |
| 平均养护时间 (MTTR) | 告诉我们养护破损细胞的速度有多快。 |
| 故障间隔时间 (TBF) | 测量故障之间的时间。 |
| 养护时间 (TTR) | 跟踪维修需要多长时间。 |
| 威布尔分布模型 | 帮助猜测何时可能发生故障。 |
| 柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫 (KS) 检验 | 检查故障数据是否符合正确的模式。 |
| 成分重要性排名 | 查找哪些零件很有可能损坏。 |
| 生命周期成本 (LCC) 分析 | 将电池寿命期内的所有成本加起来，包括维修和更换。 |
| 长期绩效监控 | 观察细胞多年来的工作情况。 |
这些工具可帮助工程师制造更好的太空太阳能电池，并规划任务期间的维修或更换。
工程师通过地面测试来猜测如何 太阳能电池 将在太空中工作。他们在类似太空条件的实验室中测试飞行就绪的细胞。在将太阳能电池送入太空之前需要这样做。团队采用谨慎的步骤来检查、购买、存储和发送细胞。这些步骤有助于力保实验室测试类似于真实的空间结果。
特殊电子电路有助于测量许多太阳能电池的电流-电压 (IV) 曲线。例如，工程师检查过 超过 5,000 条IV 曲线。 来自金属包裹三结和四结电池的它们更改温度、太阳角度和太阳通量的设置。经过这些更改后，空间数据与实验室模拟器的结果相匹配。这表明地面测试可以很好地复制太空条件。
对于钙钛矿光伏等新材料，工程师使用不同的测试规则。硅或 III-V 电池的常规测试不适用于钙钛矿。相反，他们使用 低能质子的 作用类似于太空辐射。这些测试着眼于辐射如何伤害细胞，使用 SPENVIS 和 SRIM/TRIM 等工具来研究损伤。
注意：良好的地面测试可以帮助工程师制造更好的太阳能电池并降低太空中出现问题的可能性。
实验室设置可以复制许多恶劣的空间条件。粒子加速器产生宇宙射线和太阳风暴等辐射。随机定位机 (RPM) 会产生不同的重力，例如微重力或月球或火星上的重力。研究表明，这些机器可以以真实太空任务中看到的方式改变细胞。
研究人员经常将辐射、重力变化和精神压力等压力混合起来，看看会发生什么。例如，在这些压力下，免疫细胞会出现变化，例如 IL-2 细胞因子水平的变化。这证明实验室测试可以产生真实且重要的生物学结果。
有些问题仍然存在。在实验室中制造微重力和辐射需要特殊的工具，有时还需要真实的太空测试。新的模拟工具和虚拟测试不断使地面测试变得更好。这 SHINeS 实验室系统可以复制太阳附近的强热和真空。例如， 这让科学家们能够了解材料在非常炎热和空旷的空间中如何发挥作用。
实验室测试对于让太阳能电池为太空做好准备非常重要。它们帮助工程师找到薄弱环节，并在发布前改进设计。
良好的记录在以下情况下很重要： 购买太阳能电池。 太空团队使用这些记录来检查供应商是否可以完成这项工作。他们还用它们来观察质量并力保产品符合规则。清晰的记录有助于工程师和管理人员快速解决问题。它们还有助于防范风险并证明出现问题时发生了什么。
下表显示了记录在每个步骤中如何提供帮助：
| 采购阶段 | 文档角色和示例 |
|---|---|
| 供应商选择和生产前审查 | 检查供应商是否有足够的零件和良好的系统。包括校准和维护记录。 |
| 生产检验 | 力保仅使用经批准的材料并遵守规则。 |
| 产品合格检测 | 保存安心检查和工厂参观的记录。遵循 IEC 61215 和 IEC 61730 等规则。 |
| 装运前检验和测试 | 具有外观、功率、绝缘和包装报告。工厂验收测试 (FAT) 记录显示质量、手册、保修和跟踪。 |
| 装运后检验 | 检查交付的文件并记录运输造成的任何损坏。 |
| 质量监控和索赔 | 如果细胞不能正常工作，可以帮助索赔。通过压力和老化测试跟踪细胞的持续时间。 |
提示：在每一步都保持良好的记录有助于团队保持高品质并遵守合同规则。
安心储存和小心处理可防止太阳能电池在发射前受到伤害。团队将细胞存放在干净、干燥、温度和湿度合适的房间中。他们使用防静电袋和软盒来防止划痕、灰尘和静电。工作人员戴着手套并使用特殊工具来移动细胞。每个盒子上都有一个标签，上面写着产品类型、批次号以及如何处理。
让细胞远离阳光和强磁铁。
经常检查储藏室是否有灰尘、水或虫子。
在盒子上安装震动传感器，看看它们是否掉落或撞击。
注意：小心存储和处理单元可以使其为构建和启动做好准备。
太空太阳能电池的规则随着时间的推移而不断变化。新的任务需要更好的性能和更长的寿命。 AIAA、ISO 和 ECSS 等组织更新了规则以适应新技术。他们增加了更高辐射和更高或更低温度的测试。这些变化帮助工程师制造出更安心、更坚固的太阳能电池板。
现在许多团队使用计算机来监视规则的变化。在线列表显示新款的规则和更新。工程师在开始项目之前会检查这些列表。这有助于他们避免错误并使用优选方法。
注意：新规则通常使用很近任务中的想法。这使得规则变得更好、更有帮助。
太空太阳能电池技术 不断进步。工程师使用新材料和设计来提高功率和减轻重量。一些新款进展是：
钙钛矿太阳能电池： 它们非常轻并且可以弯曲。它们可能会在未来的任务中使用。
多结电池： 这些电池具有多层结构，可以捕获更多阳光。它们比旧类型工作得更好。
柔性薄膜面板： 它们可以弯曲而不破裂。它们非常适合折叠或改变形状的卫星。
自养护材料： 一些细胞可以自行养护小裂缝。这有助于他们 在太空中停留时间更长.
下表显示了新功能及其用途：
| 技术 | 主要优势 |
|---|---|
| 钙钛矿电池 | 轻便、灵活 |
| 多结电池 | 高效率 |
| 薄膜面板 | 灵活、耐用 |
| 自愈材料 | 使用寿命更长 |
工程师用新款的规则测试这些新技术。这力保了新的太阳能电池能够在太空中正常工作。
技术标准和良好的测试有助于太空太阳能电池的使用寿命更长。团队遵循严格的测试和明确的规则来降低风险。这有助于宣教工作更好地开展。对 CubeSats 和 MinXSS 等小型任务的研究表明，强有力的测试有助于科学。这也意味着失败更少。随着新技术的出现，工程师必须不断为未来的任务制定更好的标准。
太空太阳能电池 采用特殊材料和设计制成。它们可以应对辐射、极热和极冷的温度以及太空的真空。工程师使用严格的规则对其进行检查。这些电池必须能够持续很长时间，并且能够在恶劣的太空条件下正常工作。
工程师使用称为热真空室的特殊房间。他们还使用辐射实验室和摇动细胞的桌子。他们检查电池能产生多少电量、它们的强度如何以及它们是否可以持续使用。每项测试都使用行业规则来力保电池能够在发射和太空中生存。
AM0 测试使用地球空气之外的太阳光。该测试显示了太阳能电池在太空中可以产生多少电力。它可以帮助工程师比较不同的电池并选择较好的一种。
| 文件类型 | 目的 |
|---|---|
| 证书 | 证明材料是好的 |
| 测试报告 | 显示细胞的工作情况 |
| 处理说明 | 讲述如何存储和移动它们 |
这些文件帮助团队监控质量并快速解决问题。
