Ученые стали на шаг ближе к запуску дешевых космических солнечных электростанций

Понедельник, 08 Октября 2018
Ученые стали на шаг ближе к запуску дешевых космических солнечных электростанций

Эксперты предсказывают, что к 2050 году у нас будут глобальные широкополосные интернет-спутниковые сети, заводы на орбите, космический туризм, из недр астероидов будут добывать полезные ископаемые, а на Луне и Марсе появятся базы.

Но для обеспечения всех этих видов деятельности потребуется более гигаватта солнечной энергии, для чего будет необходим эквивалент 3,125 миллионов фотогальванических панелей. Но, поскольку в настоящее время это самый дорогой компонент на спутнике, ученые ищут способы сделать солнечную энергию в космосе доступной и более устойчивой к суровым условиям космоса.

Докторант Университета штата Аризона Станислав Герасименко считает, что у него есть такое решение.

Технология кремниевых гетеропереходов использует низкотемпературный метод для осаждения слоев аморфного кремния с высокой концентрацией атомарного водорода на кристаллическую кремниевую пластину. Этот метод создает солнечный элемент, который более эффективен при преобразовании солнечного света в электричество, чем обычные солнечные элементы, которые производятся с использованием стандартных высокотемпературных методов.

Основанная в 1990-х годах технология кремниевых гетеропереходов не нова, но она широко не используется в коммерческой солнечной энергетической отрасли. В обычных солнечных батареях эффективность производства составляет до 21,5%. 

Герасименко же полагает, что технология изготовления солнечных батарей с кремниевыми гетеропереходами поможет достичь 23-24% эффективности без увеличения стоимости производства.

Герасименко с экспертом солнечной индустрии Майклом Региневичем основал стартап Regher Solar.

Для новой солнечной технологии все еще очень сложно выйти на рынок. Текущая стоимость коммерческой солнечной панели составляет около 30 центов на ватт.

На этом этапе технология солнечных элементов с гетеропереходами слишком дорога для наземного рынка, но она может быть очень привлекательной для аэрокосмических компаний.

Лидирующая космическая технология производства солнечной энергии представляет собой тандемные солнечные элементы, которые более эффективны, чем земные солнечные элементы (их КПД от 28 до 32%), но они стоят на порядок больше - от 100 до 500 долларов за ватт. Для сравнения, технология кремниевых гетеропереходов компании Regher Solar будет стоить 1 доллар за ватт, даже с потерей около 7% эффективности.

Исследование Герасименко привлекло внимание ученых из Альбукерке, компании из Нью - Мексико SolAero и грантовой программы Small Business Innovation Research (SBIR) Air Force Research Laboratory, в рамках которой будут финансировать технологии для развития космического транспорта.

Для решения уникальных задач обеспечения надежной солнечной энергии в космосе, Герасименко проверяет гипотезу о том, что Regher Solar может сделать кремниевые гетеропереходы солнечных элементов чрезвычайно тонкими, что сделает их более устойчивыми к космической радиации.

Моделирование, проведенное Алексеем Федосеевым, показало, что когда кремниевый солнечный элемент очень тонкий, протоны с высокой энергией могут проходить через солнечный элемент не повреждая его.

- В некоторых условиях он может быть практически прозрачным для высокоэнергетических частиц. Кроме того, в тонкой ячейке электроны, генерируемые светом, не будут путешествовать так далеко, и даже если космическое излучение создаст дефект в солнечном элементе, у электронов будет гораздо меньше шансов рекомбинировать через этот дефект, что повышает эффективности солнечного элемента в конце срока его службы, - считает Герасименко.

В то время как обычные солнечные элементы имеют толщину от 160 до 180 микрометров, в Regher Solar ориентированы на солнечные элементы в 50 микрометров или даже меньше.

Для изготовления тонких солнечных элементов требуется специальное оборудование, которое делает производство дороже на 30 центов за ватт, но это не проблема для аэрокосмических компаний, которые в настоящее время платят в 500 раз больше за солнечный элемент.

Еще одна важная особенность технологии Regher Solar - ее малый вес. Поскольку каждая унция увеличивает стоимость космического запуска, солнечные элементы до 15 раз тоньше еще сильнее уменьшат расходы на космическую солнечную энергию.

В рамках проекта гранта SBIR компания Regher Solar будет сотрудничать с SolAero Technologies для тестирования солнечных батарей, чтобы найти оптимальный баланс толщины и долговечности от излучения. 

Следите за новостями в социальных сетях:

Спасибо, я уже в группе