Konvergiert die Auswahl an photovoltaischen Verbindungstypen für neuere Raumfahrzeuge zu einer optimalen Lösung?

Auf der Erde besteht der photovoltaische Zellübergang für die Massenproduktion in der Regel nur aus Silizium, obwohl es eine Vielzahl von Materialtypen gibt - Einkristall vs. Multikristall oder Polykristall oder sogar amorph.

Ich habe gerade gelesen, dass die Voyagers Indiumphosphid (InP) verwendeten, Wikipedia sagt, dass Galiumarsenid (GaAs) üblich ist, und ich habe gelesen, dass einige Satelliten Dreifach-Solarzellen verwenden, mehrschichtige Geräte, die verwendet werden, wenn der absolut höchste Wirkungsgrad erreicht wird.

Gibt es neben dem Kaufpreis einen Grund , der alle neuen Satelliten davon abhalten würde, Zellen mit dem höchsten Wirkungsgrad zu verwenden? Und tatsächlich, haben verschiedene Zellen unter verschiedenen Bedingungen, die in der Raumfahrt angetroffen werden, den besten Wirkungsgrad?

Bilder von Junos Photovoltaik von der NASA:

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Antworten (2)

Dieser Artikel aus dem Jahr 2008 war die beste Übersicht über Trends in der PV-Technologie für den Weltraum, die ich finden konnte (erfordert IEEE-Abonnement). Es verallgemeinert und besagt im Wesentlichen, dass Satelliten in GEO einen konstanten Bedarf an mehr Leistung hatten und dass Satelliten in MEO oder LEO einen konstanten Bedarf an höherer Strahlungstoleranz (höhere Leistung am Ende der Lebensdauer) hatten. Die PV-Technologie wurde an beiden Fronten kontinuierlich verbessert und die Kosten gesenkt. Satellitenhersteller haben sich diese Verbesserungen zunutze gemacht, wenn auch vorsichtig, um sicherzustellen, dass die Technologie weltraumtauglich ist. Das Papier erwähnt die Rolle von Multi-Junction-Zellen als einen großen Teil davon, erwähnt jedoch keine bestimmte Marke oder kein bestimmtes Design als das, worauf sich die Industrie konzentriert.

Masse, Leistungsspielraum und verfügbarer Platz auf der Rakete sind die größten Kompromisse, die bei der Auswahl einer Solarzellentechnologie berücksichtigt werden. Das Flugerbe des Solarmoduldesigns ist ebenfalls zu berücksichtigen. Schließlich kann es für einige Missionen am billigsten sein, einfach mehr Paneele eines Standarddesigns zu verwenden, die von einem Hersteller angeboten werden.

Ich denke, die Temperatur würde den größten Einfluss auf den Zellenbetrieb in verschiedenen Missionen haben. Das Sonnenspektrum wäre unverändert (wenn auch dunkler bei weiteren Unterschieden). Strahlungsabbau könnte auch eine Überlegung sein, insbesondere für eine Mission wie Juno, aber ich habe keine Quelle, die verschiedene Materialien vergleicht.

Ähnliche Frage hier beantwortet.

Können Sie mit „ja“ oder „nein“ antworten: „ Hat sich die Auswahl an Photovoltaik-Verbindungstypen für neuere Raumfahrzeuge auf eine optimale Lösung konzentriert? “ und einige Beispiele für PV-Verbindungsoptionen nennen, um Ihre Position zu untermauern?
Ich habe ein Papier aus dem Jahr 2008 gefunden, in dem es um die Trends in der PV für die Weltraumnutzung geht, und meine Antwort bearbeitet. Es stimmt mit meiner Vermutung überein, dass der Trend einfach darin besteht, bessere Technologie zu verwenden, wenn sie sich entwickelt und zuverlässig und billig wird.
Also könnte Silizium vielleicht in Low-Cost-Situationen verwendet werden, GaAs und InP Single Junction werden nicht mehr wirklich verwendet, und hauptsächlich werden jetzt Multi-Junction-Geräte verwendet?
Ja. Si ist das billigste wegen seiner Verwendung in Halbleitern im Allgemeinen, geringen Gesundheitsrisiken und wegen der Erforschung billiger Paneele für die Stromversorgung auf der Erde. Multi-Junction-Zellen erfordern zusätzliche Schichten zwischen den „Haupt“-Schichten. Materialien umfassen üblicherweise GaAs, c-Si, InGaP, Ge, InGaAs (in keiner bestimmten Reihenfolge). Die Wahl hängt von der interessierenden Wellenlänge ab. Reine GaAs-Zellen sind die besten Single-Junction-Zellen mit einem mittleren Wirkungsgrad und werden immer noch häufig verwendet.

Natürlich nicht. Bis das „perfekte“ Photovoltaik-Material bestimmt ist (wann würden Sie damit rechnen? 5 Jahre? 5 Jahrzehnte? 5 Jahrhunderte?), werden wir gezwungen sein, weniger als perfekte Materialien zu verwenden. Bei unterschiedlichen Kriterien - zum Beispiel Budget, Masse, Lebensdauer, Lichtintensität (zur Sonne hin oder weg?) - wird das "Optimum" variieren.

Dies ist kein schlechter Standardansatz, wenn kein spezifisches Fachwissen vorhanden ist, aber es ist ziemlich spärlich für eine Antwort .
Konvergiert die Auswahl an photovoltaischen Verbindungstypen für neuere Raumfahrzeuge zu einer optimalen Lösung?
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