Was genau bedeutet Spezifische Leistung [W/kg] einer Solaranlage?

Ich versuche, eine Solaranlage für eine Marsbasis (Universitätsprojekt) zu dimensionieren (Gewicht und Oberfläche), und die Hauptspezifikation, die ich erhalte, ist die spezifische Leistung [W/kg]. Ich muss jedoch sowohl Gewicht als auch Oberfläche in Beziehung setzen, daher wäre eine Zahl wie [kg/m2] für mich geeignet (kann sie nirgendwo finden).

Offensichtlich ist die spezifische Leistung ein Maß für die Leistung pro Kilogramm Solaranlage. Aber unter welchen Bedingungen wird dieser Wert normalerweise angegeben? Sicherlich ist es nicht dasselbe, das Solar Array in einer GEO-Umlaufbahn auf der Marsoberfläche zu haben, während des maximalen Sonnenflusses, bei Sonnenaufgang ...

Könnten Sie mir das bitte erklären?

Können Sie Links zu einem oder zwei spezifischen Beispielen hinzufügen, in denen Sie sehen, dass bestimmte Macht zitiert wird, aber keine bestimmten Bedingungen in einer Erklärung enthalten sind?
Wenn Sie W / kg-Zahlen im Zusammenhang mit der Stromversorgung von Raumfahrzeugen sehen, würde ich erwarten, dass sie sich auf den durchschnittlichen Sonnenfluss bei 1 AE von der Sonne beziehen, es sei denn, es handelt sich um einen Vergleich von Optionen für eine bestimmte interplanetare Mission.
@uhoh orbitalatk.com/space-systems/space-components/solar-arrays/docs/… gibt eine Ausgangsleistung von 150 W/kg an (ich nehme an, es sind 1 AU). Dann gibt es auf der zweiten Seite eine Ausgangsleistung von >103 W/kg für die Mars Phoenix Lander Mission an. Ich bin mir der Tatsache bewusst, dass die Zellen möglicherweise nicht genau gleich sind, aber der Unterschied scheint einfach zu groß zu sein, wenn man bedenkt, dass der Sonnenfluss auf der Marsoberfläche im Vergleich zur Erde viel geringer ist.
@ RogerPedrósBòria Ich vermute, dass der Unterschied von 103 W / kg bis 150 W / kg auf mehr als 10 Jahre Entwicklung seit Mars Phoenix Lander zurückzuführen ist, nicht auf Unterschiede zwischen Erde und Mars.
Seien Sie vorsichtig mit den Daten - der Sonnenfluss auf der Marsoberfläche ist dem auf der Erdoberfläche ziemlich ähnlich. Die Erdatmosphäre absorbiert viel. Wenn diese Zahl anstelle des LEO-Werts verwendet wird, werden Äpfel zu Birnen.
Ich wäre überrascht, wenn Ihre Referenzen nicht sowohl die Größe als auch die Gesamtleistung enthalten würden. Sie können dann die Leistung durch die Größe teilen, um W / m2 zu erhalten.
@Hobbes Entschuldigung, ich habe jetzt gemerkt, dass ich in meiner Frage einen Fehler gemacht habe. Der Parameter, den ich suche, ist kg/m2. Ich weiß nicht, warum die Hersteller diese Information nicht angeben, da es sich um einen "strukturellen" Parameter handelt, der unabhängig von den Sonneneinstrahlungsverhältnissen fest bleibt.
Der Markt für interplanetare Sonden ist winzig im Vergleich zum Markt für Erdumlaufsatelliten. Sie verwenden also die W/kg-Abkürzung, die für Erdumlaufsatelliten gut funktioniert.

Antworten (2)

W/kg ist genau das: Verhältnis der erzeugten Leistung pro kg Masse. Wenn nichts anderes angegeben ist, können Sie davon ausgehen, dass dies für eine Erdumlaufbahn gegeben ist, bei der Sie als Eingabe für die Sonnenreihe eine Sonnenstrahlungskonstante haben.

Zu Ihrem Kommentar zum Sonnenfluss: Vergessen Sie nicht, dass der Fluss wie bei jeder Strahlungsquelle mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Hast du gerechnet?

Lassen Sie uns hinzufügen, dass Watt/kg ein außerordentlich wichtiger Faktor für Fahrzeuge mit Ionenmotorantrieb ist. Bei sehr geringem Schub und enormem Energieverbrauch dieser Motoren tragen die Paneele viel zur Masse des Fahrzeugs bei – das Verhältnis von Schub zu Gewicht kann unerschwinglich niedrig werden, was zu unannehmbar langen Verbrennungen führt. Im Falle des Mars ist dieser Parameter nicht so wichtig, da er nur die Kosten/den Wert der Nutzlast für den Transport zum Mars beeinflusst.
Möglicherweise finden Sie diesen Parameter auch mit dem Namen "Alpha". Der Mangel an Energiequellen mit ausreichend gutem Alpha ist der Hauptgrund, warum VASIMR-Motoren derzeit nicht praktisch realisierbar sind.
"Hast du nachgerechnet?" ist nicht Teil einer guten SE-Antwort, die so geschrieben werden sollte, dass sie auch für zukünftige Leser nützlich ist. Wenn Sie das OP direkt ansprechen möchten, tun Sie dies am besten als Kommentar, idealerweise in einer Weise, die um Klärung bittet. In der Frage gibt das OP Beispiele für unterschiedliche Entfernungen und unterschiedliche Einfallswinkel und bittet um eine Antwort, die diese Probleme umfassend anspricht. Daher sehe ich nicht, wie dies tatsächlich eine Antwort auf die gestellte Frage ist.

Eine Solaranlage besteht hauptsächlich aus Solarzellen, einer tragenden Struktur und einem elektrischen Kabelbaum.

Die Masse der Solarzellen und deren Wirkungsgrad sind Datenblättern im Internet zu entnehmen; Suchen Sie zum Beispiel nach der azurspace-Website. Durch Multiplizieren des Wirkungsgrads mit dem einfallenden Sonnenfluss auf der Marsoberfläche erhalten Sie die Leistung pro Quadratmeter erzeugter Solarzelle. Es gibt einige zusätzliche Verluste im Stromversorgungssystem und aufgrund thermischer Effekte, aber dies gibt Ihnen eine gute erste Schätzung. Also: P[W/m^2]=Effizienz * Marsfluss [W/m^2]

Die Solarzellen müssen gestützt werden. Bei Satelliten geschieht dies derzeit mit Wabenplatten. Für Ihre Mars-Basis möchten Sie jedoch möglicherweise ein bestimmtes Design. Es ist wahrscheinlich am besten, wenn Sie eine anfängliche Struktur erstellen und die Masse dieser Struktur (pro Flächeneinheit) schätzen.

Wenn die Masse des elektrischen Kabelbaums ignoriert wird, können Sie die Masse eines Quadratmeters Zellen berechnen und diese zur Masse eines Quadratmeters Ihrer Struktur addieren.

BEARBEITEN Lassen Sie mich basierend auf Nathan Tuggys Kommentar einige Dinge klarstellen. Ich habe die Frage vielleicht falsch verstanden. Ich glaube nicht, dass es möglich ist, die Fläche allein aus der spezifischen Leistung (pro Masseneinheit) zu ermitteln. Sie müssten tatsächlich die Masse pro Fläche der Paneele kennen, um die spezifische Leistung pro Flächeneinheit zu erhalten.

Die spezifische Macht sollte in einem bestimmten Kontext angegeben werden, um nützlich zu sein. Die erzeugte Leistung hängt auch vom eingehenden Fluss, der Effizienz und der Temperatur ab.

Dies scheint vom anderen Ende zu kommen und die spezifische Leistung aus Masse, Fluss und Fläche zu berechnen, anstatt die Fläche aus der spezifischen Leistung und der benötigten Leistung.
Ich habe die Antwort aktualisiert. Ich habe diesen Ansatz angegeben, da ich nicht glaube, dass es möglich ist, die Fläche allein aus diesen Variablen zu erhalten.
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