Panouri solare cu peliculă subțire pe nave spațiale. Panouri solare noi de la NASA

Recent, în Colorado a avut loc o conferință „Noua generație de exploratori suborbitali”, la care au fost discutate, în special, proiecte de construcție de stații solare spațiale. Și dacă nimeni nu a luat astfel de idei în serios înainte, acum sunt foarte aproape de implementare.

Astfel, Congresul SUA pregătește un plan pentru tranziția treptată a Americii de la combustibilii fosili la energia spațială. Un departament spațial special creat va fi responsabil de implementarea proiectului NASA, Departamentul de Energie și alte organizații vor juca un rol activ în activitatea sa.

Până în octombrie a acestui an, Departamentul de Justiție trebuie să prezinte Congresului toate modificările și completările necesare la legislația federală actuală pentru a începe construcția de centrale solare spațiale. Ca parte a programului, la etapa inițială este planificată dezvoltarea sistemelor nucleare motoarele spațiale, să utilizeze nave reutilizabile pentru logistica spațială și construcția de centrale solare pe orbită.

Tehnologiile sunt, de asemenea, în curs de dezvoltare activă pentru a transforma lumina solară în electricitate și a o teleporta pe Pământ.

În special, experții de la Institutul de Tehnologie din California propun iluminarea planetei folosind „covoare zburătoare” orbitale. Acestea sunt sisteme de 2.500 de panouri, 25 mm grosime și 2/3 dintr-un teren de fotbal lungime. Elementele unei astfel de stații vor fi puse pe orbită de rachete precum Space Launch System, un vehicul de lansare super-greu american dezvoltat de NASA. Centrala electrică spațială este creată ca parte a SSPI (Space Solar Power Initiative), un parteneriat între California Tech University și Northrup Grumman. Acesta din urmă a investit 17,5 milioane de dolari pentru a dezvolta componentele de bază ale sistemului în următorii trei ani. Inițiativa a fost susținută și de cercetătorii de la Jet Propulsion Laboratory al NASA.

Potrivit profesorului de la Caltech Harry Atwater, care a condus Space Solar Power Initiative, „covoarele magice” se vor transforma energie solaraîn unde radio și trimite-le pe pământ. Energia va fi transmisă folosind principiul phased array utilizat în sistemele radar. Acest lucru va crea un flux care se mișcă în orice direcție.

Panourile solare constau din placi cu dimensiunile 10x10 cm si cu o greutate de aproximativ 0,8 g, ceea ce va asigura un cost relativ mic de lansare a structurii. Fiecare țiglă va transmite energia convertită în mod autonom și dacă una dintre ele eșuează, restul va continua să funcționeze. Pierderea câtorva elemente din cauza erupțiilor solare sau meteoriților mici nu va dăuna centralei electrice. Potrivit oamenilor de știință, cu producția de masă, costul energiei electrice dintr-o astfel de sursă va fi mai mic decât atunci când se utilizează cărbune sau gaz natural.

Procentul de instalații solare montate la sol în echilibru general Aprovizionarea cu energie a multor țări din întreaga lume devine din ce în ce mai mare. Dar capacitățile unor astfel de centrale electrice sunt limitate: noaptea și în nori grei, panourile solare își pierd capacitatea de a genera electricitate. De aceea varianta perfecta— plasați centralele solare pe orbită acolo unde ziua nu lasă loc nopții, iar norii nu creează bariere între Soare și panouri. Principalul avantaj al construirii unei centrale electrice în spațiu este potențiala eficiență. Panouri solare, situat în spațiu, poate genera energie de zece ori mai mult decât bateriile plasate pe suprafața Pământului.

Ideea centralelor orbitale a fost dezvoltată de mult timp, oamenii de știință de la NASA și de la Pentagon au fost implicați în cercetări similare încă din anii 60. Anterior, implementarea unor astfel de proiecte a fost îngreunată de costul ridicat al transportului, dar odată cu dezvoltarea tehnologiei, centralele spațiale pot deveni o realitate în viitorul apropiat.

Sunt deja mai multe proiecte interesante pentru construirea instalaţiilor solare pe orbită. În plus față de Space Solar Power Initiative, americanii dezvoltă un panou solar orbital care va absorbi radiația solară și va transmite fascicule de electroni folosind unde radio către un receptor de pe pământ. Autorii dezvoltării au fost specialiști de la Laboratorul de Cercetare al Marinei SUA. Au construit un modul solar compact cu un panou fotovoltaic pe o parte. În interiorul panoului există electronice care convertesc curentul continuu în frecvență radio pentru transmiterea semnalului, cealaltă parte susține o antenă pentru transmiterea fasciculelor de electroni către Pământ.

Potrivit autorului principal al dezvoltării, Paul Jaffe, cu cât frecvența fasciculului de electroni care transportă energie este mai mică, cu atât este mai fiabilă transmiterea acestuia către vreme rea. Și la o frecvență de 2,45 GHz, puteți primi energie chiar și în timpul sezonului ploios. Receptorul solar va furniza energie pentru toate operațiunile militare, generatoarele diesel pot fi uitate pentru totdeauna.

Statele Unite nu sunt singura țară care intenționează să primească energie electrică din spațiu. Luptă grea pentru tradițional resurse energetice a forțat multe state să caute surse alternative de energie.

Agenția japoneză de explorare spațială JAXA a dezvoltat o platformă fotovoltaică pentru instalare pe orbita Pământului. Energia solară colectată cu ajutorul instalației va fi furnizată stațiilor de recepție de pe Pământ și transformată în energie electrică. Energia solară va fi colectată la o altitudine de 36 mii km.

Un astfel de sistem, format dintr-o serie de stații terestre și orbitale, ar trebui să înceapă să funcționeze încă din 2030, cu o capacitate totală de 1 GW, ceea ce este comparabil cu o centrală nucleară standard. Pentru a realiza acest lucru, Japonia plănuiește să construiască o insulă artificială de 3 km lungime, pe care va fi desfășurată o rețea de 5 miliarde de antene pentru a converti undele radio de frecvență ultraînaltă în energie electrică. Șef de dezvoltare Cercetător JAXA Susumi Sasaki are încredere că plasarea bateriilor solare în spațiu va duce la o revoluție a energiei, făcând posibilă în timp abandonarea completă a surselor tradiționale de energie.

China are planuri similare, care va construi o centrală solară pe orbita Pământului mai mare decât Stația Spațială Internațională. suprafata totala Instalarea panourilor solare se va ridica la 5-6 mii de metri pătrați. km. Potrivit calculelor experților, o astfel de stație va colecta razele solare în 99% din timp, iar panourile solare spațiale vor putea genera de 10 ori mai multă energie electrică pe unitate de suprafață decât omologii lor de la sol. Se presupune că electricitatea generată va fi convertită în microunde sau într-un fascicul laser pentru transmisie la un colector de pământ. Construcția este programată să înceapă în 2030, iar proiectul va costa aproximativ 1 trilion de dolari.

Inginerii din întreaga lume evaluează posibilitățile de a construi centrale solare spațiale nu numai pe orbită, ci și în zone mai apropiate de Soare, lângă Mercur. În acest caz, vor fi necesare de aproape 100 de ori mai puține panouri solare. În acest caz, dispozitivele receptoare pot fi mutate de pe suprafața Pământului în stratosferă, ceea ce va permite un transfer eficient de energie în intervalele milimetrice și submilimetrice.

De asemenea, sunt în curs de dezvoltare proiecte pentru centrale solare lunare.

De exemplu, compania japoneză Shimizu a propus crearea unei centuri de panouri solare care se întinde de-a lungul întregului ecuator al Lunii pe 11 mii de km și o lățime de 400 km.

Va fi postat pe partea din spate satelit al Pământului, astfel încât sistemul să fie expus constant la razele soarelui. Panourile pot fi conectate folosind cabluri de alimentare obișnuite sau sisteme optice. Electricitatea generată este planificată să fie transmisă folosind antene mari și recepționată cu ajutorul unor receptoare speciale de pe Pământ.

În teorie, proiectul arată grozav, tot ce rămâne este să ne dăm seama cum să livrăm sute de mii de panouri către satelitul Pământului și să le instalăm acolo, precum și cum să livrăm energie de pe Lună către planeta noastră fără a pierde o parte semnificativă. din ea pe parcurs: la urma urmei, va trebui să parcurgeți 364 de mii de km. Așa că ideile de creare a centralelor lunare sunt prea departe de realitate și dacă vor fi realizate, nu va fi foarte curând.

Tatiana Gromova

Unde vom plasa CSP-ul? Cel mai probabil la GSO. Pe alte orbite, fie trebuie să instalați receptoare pe toată planeta, fie să purtați o grămadă de baterii cu dvs.

Să nu fantezim deocamdată, dar să ne uităm la posibilitățile disponibile.

Vehiculul de lansare Angara de la cosmodromul Plesetsk va livra 3-4 tone pe orbita geostaționară. Ce poți pune în ele? Foarte aproximativ 100 de pătrate de panouri solare. Cu o concentrare constantă pe Soare și o eficiență de 20%, puteți stoarce 300 W pe pătrat. Să presupunem că se degradează cu 5% pe an (sper că nu va surprinde pe nimeni faptul că panourile solare din spațiu se deteriorează din cauza radiațiilor, micrometeoriților etc.).
Să numărăm: (100*300*24*365*20)/2=2.628.000.000 Wh.
Pentru a înțelege întreaga amploare a problemei, lăsați acești megawați să ajungă pe Pământ fără pierderi. Puterea este impresionantă, dar dacă nu zburăm nicăieri. Sunt disponibile 300 de tone de kerosen. Kerosenul este aproape benzină. Mai face o presupunere și ia un generator obișnuit de gaz (200KW pentru 50 de litri pe oră).
200000*300000/50=1.200.000.000 Wh
Ce se întâmplă: scurgem benzina din rachetă și obținem deja jumătate din putere.
O altă jumătate a rachetei este ocupată de oxigen lichid. Am vrut să calculez răcirea și lichefierea prin capacitatea de căldură, dar apoi tocmai am dat peste un preț pe internet de 8.200 de ruble pe tonă de oxigen lichid. Deoarece prețul de cost este practic numai electricitate (lăsați un kilowatt să fie 2 ruble):
300*8200*1000/2= 1.230.000.000 Wh
Hopa, a doua jumătate. Eficiență deja 0%. Încă nu am numărat racheta.

Dar vom inventa un fel de lansator de sarcină utilă pe orbită

Adică vom informa cumva panourile energie kinetică sub forma de 10 km/s:
3000*10000 2 /2 = 150000000000 J = 41.700.000 Wh
Se pare că există o eficiență de 5000%, dar există câteva probleme:
- este puțin probabil că va fi posibil să aruncați obiectul suficient de sus, așa că o parte din masă și energie trebuie cheltuită pentru depășirea atmosferei;
- tot ceea ce este aruncat de pe Pământ conform legilor balisticii se va întoarce pe Pământ, adică o altă parte a masei va merge la ascensiunea perigeului.
Lasă o tonă să treacă la protecția termică. Să calculăm schimbarea orbitei:
ΔV=rădăcină((3,986-10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000)))=3441 m/s
Cele mai bune motoare dau un impuls de 4500. Să luăm formula lui Tsiolkovsky:
M final =2000/exp(4500/3500)=572 kg
Să luăm motoarele electrice cu rachete, impulsul este de 10 ori mai mare și avem panouri. Da, dar cu puterea existentă a panourilor, forța va fi milinewtoni, iar tranziția va dura ani. Și avem doar câteva ore înainte de aterizare.
Ca rezultat: minus motor, rezervoare, suprasarcini - este bine dacă obținem aceeași cantitate.

Să ridicăm panourile de pe lift

Per total ideea nu este rea. Dacă pur și simplu ridicați sarcina la o înălțime, atunci calculăm modificarea energiei potențiale:
3000*9,81*36000000/3600 = 294.300.000 Wh
Cum să le comunici încărcăturii? Opțiuni de transport de energie electrică:
- Cu liftul în sine. Nu este greu de imaginat pierderile și masa unui conductor de 36.000 km lungime. Mi-aș dori să pot construi singur liftul.
- Cu laser – minus o parte semnificativă a masei pentru transformare.
- Livrați un anumit număr de panouri mod tradiționalși apoi ridicați restul pe o frânghie gratuit. Pentru un megawatt de putere ai nevoie de 3 km 2 de panouri. În acest caz, va dura două săptămâni pentru a ridica sarcina. Acestea. Vom ridica același megawat într-un an.

Alte dificultati

Folosind liber kilometri de panouri și eficiența recepționării energiei solare în spațiu, autori rari spun cum vor orienta panourile spre Soare. GSO este staționar doar în raport cu Pământul. În consecință, avem nevoie de mecanisme și combustibil.
Avem nevoie, de asemenea, de convertori, gardieni și receptori pe Pământ. Există mulți consumatori în apropierea ecuatorului? Linii de înaltă tensiune prin jumătatea mingii. Dacă toate acestea sunt înmulțite cu probabilitatea non-100% de a finaliza sarcina, întrebarea este, cine poate face asta?

Concluzii:

- Cu tehnologiile existente, construirea unei centrale solare spațiale este neprofitabilă.
- Chiar dacă ridicați totul cu un lift spațial, până la finalizarea construcției va apărea întrebarea cum să eliminați panourile defecte.
- Puteți aduce un asteroid pe Pământ și puteți face panouri din el. Ceva îmi spune că până când vom putea face asta, nu va mai fi nevoie să transmitem energie pe Pământ.

Cu toate acestea, nu există fum fără foc. Și sub intențiile aparent pașnice pot exista intenții complet diferite.
De exemplu, construirea unei stații spațiale de luptă este mult mai simplă și mult mai eficientă:
- orbita poate și trebuie aleasă mai jos;
- lovirea 100% a receptorului nu este necesară;
- timp foarte scurt de la apăsarea butonului de start până la atingerea țintei;
- lipsa de poluare a zonei.

Acestea sunt concluziile. Calculele pot conține erori. Ca de obicei, invit cititorii să le corecteze.

Baterii si panouri solare, panouri solare, energie alternativa, energie solara

Pe primii sateliți Pământeni, echipamentul a consumat relativ putere mică curent și timpul său de funcționare a fost foarte scurt. Prin urmare, sursele obișnuite de energie spațială au fost utilizate cu succes ca primele surse de energie spațială. baterii.

După cum știți, pe un avion sau mașină, bateria este o sursă de curent auxiliară și funcționează împreună cu un generator de mașină electrică, de la care este reîncărcată periodic.

Principalele avantaje ale bateriilor sunt fiabilitatea lor ridicată și performanța excelentă. Un dezavantaj semnificativ al bateriilor reîncărcabile este greutate mare cu consum redus de energie. De exemplu, o baterie argint-zinc cu o capacitate de 300 Ah cântărește aproximativ 100 kg. Aceasta înseamnă că, cu o putere curentă de 260 de wați (consum normal pe satelitul Mercury cu echipaj), o astfel de baterie va funcționa mai puțin de două zile. Greutatea specifică a bateriei, care caracterizează perfecțiunea în greutate a sursei de curent, va fi de aproximativ 450 kg/kW.

Prin urmare, bateria ca sursă de curent autonomă a fost folosită până acum în spațiu doar cu un consum redus de energie (până la 100 de wați) și o durată de viață de câteva zeci de ore.

Pentru sateliții automati mari ai Pământului, saturati cu o varietate de echipamente, au fost necesare surse de curent mai puternice și mai ușoare, cu o durată de viață foarte lungă - până la câteva săptămâni și chiar luni.

Astfel de surse de curent erau generatoare pur spațiale - elemente fotovoltaice semiconductoare care funcționează pe principiul conversiei energiei luminoase radiatie solara direct în electricitate. Aceste generatoare sunt numite panouri solare .

Am vorbit deja despre puterea radiației termice de la Soare. Să vă reamintim că afară atmosfera pământului intensitate radiatie solara este destul de semnificativ: fluxul de energie incident pe suprafață perpendicular pe razele solare este de 1340 de wați pe 1 m2. Această energie, sau mai degrabă, capacitatea radiației solare de a crea efecte fotoelectrice, este utilizată în bateriile solare. Principiul de funcționare al unei celule solare cu siliciu este prezentat în Fig. treizeci.

Placa subțire este formată din două straturi de siliciu cu diferite proprietăți fizice. Stratul interior este siliciu monocristalin pur. La exterior, este acoperit cu un strat foarte subțire de siliciu „contaminat”, de exemplu amestecat cu fosfor. După iradierea unei astfel de „plachete” cu raze solare, apare un flux de electroni între straturi și se formează o diferență de potențial, iar în circuitul extern care conectează straturile, electricitate.

Grosimea stratului de siliciu necesară este nesemnificativă, dar din cauza tehnologiei imperfecte este de obicei de la 0,5 la 1 mm, deși doar aproximativ 2% din grosimea acestui strat participă la crearea curentului. Din motive tehnologice, suprafața unui element de baterie solară este foarte mică, ceea ce necesită conexiune serialăîn lanț un numar mare elemente.

O baterie solară cu siliciu produce curent numai atunci când razele soarelui cad pe suprafața sa, iar colectarea maximă de curent va fi atunci când planul bateriei este perpendicular pe razele soarelui. Aceasta înseamnă că atunci când o navă spațială sau o navă spațială se mișcă pe orbită, bateriile trebuie să fie orientate constant spre Soare. Bateriile nu vor furniza curent la umbră, așa că trebuie utilizate în combinație cu o altă sursă de curent, cum ar fi o baterie. Acesta din urmă va servi nu numai ca dispozitiv de stocare, ci și ca amortizor pentru eventualele fluctuații ale cantității de energie necesară.

Eficienţă panourile solare sunt mici, nu depășește încă 11-13%. Aceasta înseamnă că din 1 m 2 de panouri solare moderne, puterea este de aproximativ 100-130 wați. Adevărat, există posibilități de creștere a eficienței. baterii solare (teoretic până la 25%) prin îmbunătățirea designului acestora și îmbunătățirea calității stratului semiconductor. Se propune, de exemplu, stivuirea a două sau mai multe baterii una peste alta, astfel încât suprafața inferioară să utilizeze acea parte a spectrului de energie solară pe care stratul superior o transmite fără a o absorbi.

Eficienţă bateria depinde de temperatura suprafeței stratului semiconductor. Eficiența maximă este atinsă la 25°C, iar când temperatura crește la 300C randamentul este scade cu aproape jumatate. Bateriile solare sunt avantajoase de utilizat, la fel ca și bateriile, pentru un consum redus de curent din cauza suprafata mare suprafața lor și greutatea specifică ridicată. Pentru a obține, de exemplu, o putere de 3 kW, este necesară o baterie formată din 100.000 de celule cu o greutate totală de aproximativ 300 kg, adică. la gravitație specifică 100 kg/kw. Astfel de baterii vor ocupa o suprafață de peste 30 m2.

Cu toate acestea, panourile solare s-au dovedit bine în spațiu ca fiind o sursă de energie destul de fiabilă și stabilă, capabilă să funcționeze pentru o perioadă foarte lungă de timp.

Principalul pericol pentru panourile solare din spațiu este radiații cosmiceȘi praf de meteoriți, provocând erodarea suprafeței celulelor de siliciu și limitând durata de viață a bateriilor.

Pentru stațiile locuite mici, această sursă de curent va rămâne aparent singura acceptabilă și destul de eficientă, dar NCS mari vor necesita alte surse de energie, mai puternice și cu o greutate specifică mai mică. În același timp, este necesar să se țină cont de dificultățile de obținere a curentului alternativ cu ajutorul panourilor solare, care vor fi necesare pentru marile laboratoare spațiale științifice.

• Centrale fantastice

Nu este un secret pentru nimeni că, în conformitate cu lupta constantă pentru o energie mai productivă, mai ecologică și mai ieftină, omenirea recurge din ce în ce mai mult la surse alternative de energie prețioasă. În multe țări, un număr destul de mare de rezidenți au identificat nevoia de a folosi electricitatea pentru a-și alimenta casele.

Unii dintre ei au ajuns la această concluzie datorită unor calcule dificile de economisire a resurselor materiale, iar unii au fost nevoiți să facă un pas atât de responsabil după circumstanțe, dintre care una este greu de atins. poziție geografică, provocând o lipsă de comunicații fiabile. Dar nu numai în locuri atât de greu accesibile sunt necesare panouri solare. Există granițe mult mai îndepărtate decât marginea pământului - acesta este spațiul. Bateria solară din spațiu este singura sursă de generare cantitatea necesară electricitate.

Bazele energiei solare spațiale

Ideea de a folosi panouri solare în spațiu a apărut pentru prima dată în urmă cu mai bine de jumătate de secol, în timpul primelor lansări de sateliți artificiali de pământ. La vremea respectivă, în URSS, Nikolai Stepanovici Lidorenko, profesor și specialist în domeniul fizicii, în special în domeniul electricității, a fundamentat necesitatea utilizării unor surse de energie nesfârșite pe nave spațiale. O astfel de energie nu putea fi decât energia soarelui, care a fost produsă folosind module solare.

În prezent, toate stațiile spațiale funcționează exclusiv cu energie solară.

Spațiul însuși este de mare ajutor în această problemă, deoarece razele soarelui, atât de necesare procesului de fotosinteză, sunt disponibile din abundență în spațiul cosmic, și nu există interferențe cu consumul lor.

Un dezavantaj al folosirii panourilor solare pe orbita joasă a Pământului poate fi efectul radiațiilor asupra materialului utilizat pentru realizarea plăcii fotografice. Datorită acestui lucru influență negativă se modifică structura celulelor solare, ceea ce duce la o scădere a producției de energie electrică.

Centrale fantastice

ÎN laboratoare stiintificeÎntregul pământ se confruntă în prezent cu o sarcină similară - căutarea energiei electrice gratuite de la soare. Doar nu la scara unei case sau a unui oraș individual, ci la scara întregii planete. Esența acestei lucrări este de a crea module solare care sunt uriașe ca dimensiune și, în consecință, în producția de energie.

Suprafața unor astfel de module este imensă și plasarea lor pe suprafața pământului va implica multe dificultăți, cum ar fi:

• zone mari și libere pentru instalarea receptoarelor de lumină,
• influența condițiilor meteorologice asupra eficienței modulelor,
• costuri de întreținere și curățare a panourilor solare.

Toate aceste aspecte negative exclud instalarea unei astfel de structuri monumentale pe sol. Dar există o cale de ieșire. Constă în instalarea unor module solare gigantice pe orbită joasă a Pământului. Atunci când o astfel de idee este implementată, umanitatea primește o sursă solară de energie, care este întotdeauna sub influență razele de soare, nu va necesita niciodată deszăpezire și, cel mai important, nu va ocupa spațiu util pe sol.

Desigur, oricine este primul în spațiu își va dicta termenii în sectorul energetic global în viitor. Nu este un secret pentru nimeni că rezervele de minerale de pe pământul nostru nu numai că nu sunt nesfârșite, ci, dimpotrivă, fiecare zi ne amintește că omenirea va trebui în curând să treacă cu forța la surse alternative. De aceea, dezvoltarea modulelor solare spațiale pe orbita Pământului se află pe lista sarcinilor prioritare pentru inginerii energetici și specialiștii care proiectează centralele energetice ale viitorului.

Citeste si:

Probleme de plasare a modulelor solare pe orbita pământului

Dificultățile creării unor astfel de centrale electrice nu sunt doar în instalarea, livrarea și desfășurarea modulelor solare pe orbita joasă a Pământului. Cele mai mari probleme sunt cauzate de transmiterea curentului electric generat de modulele solare către consumator, adică către pământ. Desigur, nu puteți întinde firele și nu le puteți transporta într-un container. Există tehnologii aproape nerealiste pentru transmiterea energiei pe distanțe fără materiale tangibile. Dar astfel de tehnologii provoacă multe ipoteze controversate în lumea științifică.

in primul rand, o astfel de radiație puternică va afecta negativ o zonă largă de recepție a semnalului, adică o parte semnificativă a planetei noastre va fi iradiată. Ce se întâmplă dacă vor exista o mulțime de astfel de stații spațiale în timp? Acest lucru ar putea duce la iradierea întregii suprafețe a planetei, ducând la consecințe imprevizibile.

În al doilea rând un punct negativ poate fi distrugerea parțială a straturilor superioare ale atmosferei și a stratului de ozon, în locurile în care energia este transferată de la centrală la receptor. Chiar și un copil își poate imagina consecințe de acest fel.

Pe lângă toate, există multe nuanțe de altă natură care sporesc aspectele negative și întârzie lansarea unor astfel de dispozitive. Pot exista multe astfel de situații de urgență, de la dificultatea reparării panourilor, în cazul unei avarii neașteptate sau a unei coliziuni cu corp cosmic, la o problemă banală - cum să eliminați o astfel de structură neobișnuită după sfârșitul duratei sale de viață.

În ciuda tuturor aspectelor negative, omenirea, după cum se spune, nu are încotro. Energia solară, astăzi, este singura sursă de energie care poate acoperi, teoretic, nevoile tot mai mari de energie electrică ale oamenilor. Niciuna dintre sursele de energie existente în prezent pe pământ nu-și poate compara perspectivele de viitor cu acest fenomen unic.

Perioada aproximativă de implementare

De mult a încetat să fie o întrebare teoretică. Prima lansare a centralei electrice pe orbita pământului este deja programată pentru 2040. Desigur, acesta este doar un model de probă și este departe de structurile globale care sunt planificate a fi construite în viitor. Esența unei astfel de lansări este să vedem în practică cum va funcționa o astfel de centrală electrică în condiții de funcționare. Țara care și-a asumat o misiune atât de dificilă este Japonia. Suprafața estimată a bateriilor, teoretic, ar trebui să fie de aproximativ patru kilometri pătrați.

Dacă experimentele arată că poate exista un astfel de fenomen precum o centrală solară, atunci curentul principal al energiei solare va avea o cale clară pentru dezvoltarea unor astfel de invenții. Dacă aspect economic, nu va putea opri totul în stadiul inițial. Cert este că, conform calculelor teoretice, pentru a lansa pe orbită o centrală solară cu drepturi depline, sunt necesare peste două sute de lansări de vehicule de lansare de marfă. Pentru informarea dumneavoastră, costul unei lansări a unui camion greu, pe baza statisticilor existente, este de aproximativ 0,5 - 1 miliard de dolari. Aritmetica este simplă, iar rezultatele nu sunt liniştitoare.

Cantitatea rezultată este uriașă și va fi folosită doar pentru a livra elementele dezasamblate pe orbită, dar este totuși necesară asamblarea întregului set de construcție.

Pentru a rezuma tot ceea ce s-a spus, se poate observa că crearea unei centrale solare spațiale este o chestiune de timp, dar numai superputeri pot construi o astfel de structură, care va putea suporta întreaga povară economică din implementarea procesul.

Acestea sunt convertoare fotovoltaice – dispozitive semiconductoare care transformă energia solară în curent electric continuu. Mai simplu spus, acestea sunt elementele de bază ale dispozitivului pe care îl numim „panouri solare”. Cu ajutorul unor astfel de baterii, ele funcționează pe orbite spațiale. sateliți artificiali Pământ. Astfel de baterii sunt fabricate aici în Krasnodar - la uzina Saturn. Conducerea fabricii l-a invitat pe autorul acestui blog să se uite la proces de fabricațieși spune despre asta în jurnalul tău.

1. Întreprinderea din Krasnodar face parte din Agenția Spațială Federală, dar Saturn este deținută de compania Ochakovo, care a salvat literalmente această producție în anii 90. Proprietarii de la Ochakovo au cumpărat un pachet de control, care aproape a ajuns la americani. „Ochakovo” a pus-o aici fonduri mari, cumparat echipament modern, a reușit să rețină specialiști și acum Saturn este unul dintre cei doi lideri în piata ruseasca producerea de baterii solare și reîncărcabile pentru nevoile industriei spațiale - civile și militare. Toate profiturile pe care le primește Saturn rămân aici în Krasnodar și merg spre dezvoltarea bazei de producție.

2. Deci, totul începe aici - la așa-numitul site. epitaxie în fază gazoasă. În această cameră există un reactor cu gaz, în care un strat cristalin este crescut pe un substrat de germaniu timp de trei ore, care va servi drept bază pentru o viitoare celulă solară. Costul unei astfel de instalații este de aproximativ trei milioane de euro.

3. După aceasta, substratul mai trebuie să treacă prin cursă lungă: contactele electrice vor fi aplicate pe ambele părți ale fotocelulei (mai mult, pe partea de lucru contactul va avea un „model pieptene”, ale cărui dimensiuni sunt calculate cu atenție pentru a asigura o transmisie maximă lumina soarelui), va apărea un strat antireflex pe substrat etc. - un total de peste două duzini de operațiuni tehnologice la diferite instalații înainte ca fotocelula să devină baza bateriei solare.

4. Iată, de exemplu, o instalație de fotolitografie. Aici, pe fotocelule se formează „modele” de contacte electrice. Aparatul efectuează automat toate operațiunile, conform unui program dat. Aici lumina este adecvată, ceea ce nu dăunează stratului fotosensibil al celulei foto - ca și înainte, în era fotografiei analogice, am folosit lămpi „roșii”.

5. În vidul instalației de pulverizare, contactele electrice și dielectricii sunt depuse cu ajutorul unui fascicul de electroni și se aplică și acoperiri antireflectante (măresc curentul generat de fotocelula cu 30%).

6. Ei bine, fotocelula este gata și poți începe asamblarea bateriei solare. Barele colectoare sunt lipite de suprafața fotocelulei pentru a le conecta ulterior unele la altele și a sticla de protectie, fără de care în spațiu, în condiții de radiație, fotocelula poate să nu reziste la sarcină. Și, deși grosimea sticlei este de numai 0,12 mm, o baterie cu astfel de fotocelule va funcționa mult timp pe orbită (pe orbite înalte mai mult de cincisprezece ani).

6a

6b

7. Conectarea electrică a fotocelulelor între ele se realizează cu contacte de argint (se numesc bare) cu o grosime de numai 0,02 mm.

8. Pentru a obține tensiunea de rețea necesară generată de bateria solară, fotocelulele sunt conectate în serie. Așa arată o secțiune de fotocelule conectate în serie (convertoare fotoelectrice - este corect).

9. La final, bateria solară este asamblată. Aici este afișată doar o parte a bateriei - panoul în format mockup. Pe un satelit pot exista până la opt astfel de panouri, în funcție de cantitatea de energie necesară. Pe sateliții moderni de comunicații atinge 10 kW. Astfel de panouri vor fi montate pe un satelit, în spațiu se vor deschide ca niște aripi și cu ajutorul lor ne vom uita la televiziunea prin satelit, vom folosi internet prin satelit, sisteme de navigație (sateliții GLONASS folosesc panouri solare Krasnodar).

9a

10. Când o navă spațială este iluminată de Soare, electricitatea generată de bateria solară alimentează sistemele navei spațiale, iar excesul de energie este stocat în baterie. Când nava spațială se află în umbra Pământului, dispozitivul folosește electricitatea stocată în baterie. Bateria nichel-hidrogen, având o capacitate energetică mare (60 W h/kg) și o resursă aproape inepuizabilă, este utilizată pe scară largă pe nave spațiale. Producția de astfel de baterii este o altă parte a activității plantei Saturn.

În această fotografie, asamblarea unei baterii cu nichel-hidrogen este efectuată de Anatoly Dmitrievich Panin, deținătorul medaliei Ordinului Meritul pentru Patrie, gradul II.

10a

11. Zona de asamblare a bateriilor nichel-hidrogen. Conținutul bateriei este pregătit pentru a fi plasat în carcasă. Umplerea este electrozi pozitivi și negativi separați de hârtie separatoare - în ei are loc transformarea și acumularea de energie.

12. Instalatie pentru sudarea cu fascicul de electroni in vid, cu ajutorul careia carcasa bateriei este realizata din metal subtire.

13. Secțiunea atelierului în care carcasele bateriilor și piesele sunt testate pentru impact tensiune arterială crescută.
Datorită faptului că acumularea de energie în baterie este însoțită de formarea hidrogenului, iar presiunea din interiorul bateriei crește, testarea scurgerilor este o parte integrantă a procesului de fabricare a bateriei.

14. Carcasa bateriei nichel-hidrogen este foarte detaliu important a întregului dispozitiv care funcționează în spațiu. Carcasa este proiectata pentru o presiune de 60 kg s/cm 2 in timpul testului, ruptura a avut loc la o presiune de 148 kg s/cm 2;

15. Bateriile testate sunt încărcate cu electrolit și hidrogen, după care sunt gata de utilizare.

16. Corpul unei baterii nichel-hidrogen este realizat dintr-un aliaj metalic special și trebuie să fie rezistent mecanic, ușor și să aibă o conductivitate termică ridicată. Bateriile sunt instalate în celule și nu se ating între ele.

17. Bateriile reîncărcabile și bateriile asamblate din acestea sunt supuse testelor electrice la instalații producție proprie. În spațiu nu se va mai putea corecta sau înlocui nimic, așa că fiecare produs este atent testat aici.

17a

17b

18. Toată tehnologia spațială este supusă unor încercări mecanice folosind suporturi de vibrații care simulează sarcinile la lansarea unei nave spațiale pe orbită.

18a

19. În general, planta Saturn a făcut cea mai favorabilă impresie. Producția este bine organizată, atelierele curate și luminoase, oamenii care lucrează sunt calificați, comunicarea cu astfel de specialiști este o plăcere și foarte interesantă pentru o persoană care este cel puțin într-o oarecare măsură interesată de spațiul nostru. L-a lăsat pe Saturn într-o dispoziție grozavă- Este întotdeauna plăcut să te uiți la un loc aici în care nu se implică în discuții inactiv și nu dau documente, ci fac o muncă reală, serioasă, concurează cu succes cu producători similari din alte țări. Ar fi mai multe din asta în Rusia.

Fotografii: © drugoi

P.S. Blogul vicepreședintelui de marketing la Ochakovo