از زمان شروع صنعت ماهوارههای فضایی، بیشتر فضاپیماها به تأمین انرژی از طریق سلولهای خورشیدی فوتوولتائیک متکی هستند.
این سلولها برای تأمین انرژی حسگرها، سیستمهای گرمایشی، ارتباطات و سیستمهای خنککننده استفاده میشوند و حتی در بعضی از موارد در پروپلسیون (حرکت) فضاپیما هم کاربرد دارند.
۱. سلولهای خورشیدی سیلیکونی:
سلولهای خورشیدی سیلیکونی برای استفاده در برنامههای فضایی مناسب هستند، اما محدودیتهایی دارند.
این سلولها معمولاً بازده کمتری نسبت به مواد جدیدتر دارند و آسیبهای ناشی از تابش تابش فضایی به آنها بیشتر است.
۲. سلولهای خورشیدی جدید:
با آغاز قرن جدید، نوع جدیدی از سلولهای خورشیدی که بازده بالاتر و مقاومت بهتری در برابر آسیبهای تابشی دارند، مورد استفاده قرار گرفتند.
این سلولها عمدتاً بر پایه GaAs (آرسنید گالیوم) ساخته شدهاند و فناوریهای چند لایه (multijunction) امکان بهبود عملکرد آنها را فراهم کرده است.
فناوری چند لایه:
تکنولوژی سه لایه، که شامل لایههای GaInP/GaAs/Ge بر روی یک زیرلایه آلمینیومی است، بازدهی حدود ۳۰% را ارائه میدهد. این ساختار اکنون به عنوان ساختار استاندارد برای کاربردهای فضایی شناخته میشود. ساختارهای پیشرفتهتر با چهار، پنج یا شش لایه، بازدهی بالای ۴۰% دارند.
۳. نیازها برای فضا:
سلولهای خورشیدی باید ویژگیهایی داشته باشند تا در فضا عملکرد بهینهای ارائه دهند:
- توان خاص بالا: مقدار انرژی تولید شده به نسبت وزن آنها (W/kg).
- حجم کم در حالت جمع شده: توان بالا در واحد حجم (W/m³).
- قابلیت اطمینان بالا: موفقیت عملکرد باید ۱۰۰% باشد چرا که امکان تعمیر در حین پرواز وجود ندارد.
- عملکرد در دماهای شدید: پنلها باید بتوانند در شرایط دماهای بسیار بالا و پایین کار کنند.
- اطمینان از عملکرد در ابتدای و پایان عمر دستگاه: بررسی توان تولیدی در مراحل مختلف عمر سیستم ضروری است. عوامل موثر بر این عملکرد شامل آسیبهای ناشی از تابش، تغییرات دما، تخریب UV، و آلودگی سطحی هستند.
۴. آزمایشها و استانداردها:
برای اطمینان از کارایی و قابلیت اطمینان پنلهای خورشیدی، آزمایشهای زیادی در شرایط مشابه در فضا انجام میشود. استاندارد ECSS (همکاری استانداردسازی فضایی اروپا) در سال ۱۹۹۳ به تصویب رسید و نیازهای مختلفی را برای اجزای پنلهای خورشیدی تعیین کرده است.
استانداردها شامل:
- ECSS-E-ST-20-08C: شامل الزامات برای تأسیسات و اجزای فوتوولتائیک، از جمله تائید صلاحیت و روشهای ارائه.
- ECSS-E-ST-10-03C و ECSS-E-ST-10-12C: دیگر استانداردهای مربوط به پنلهای خورشیدی فضایی.
آزمایشهای مهم شامل:
- بازرسی بصری
- اندازهگیری ابعاد و وزن
- پایداری سطحی
- عملکرد الکتریکی
- تأثیر اشعههای ذرهای بر عملکرد سلولهای خورشیدی
تستهای خاص:
- تست اثر تابش ذرهای: این تست برای بررسی تأثیرات تابش بر روی عملکرد پنلهای خورشیدی و تعیین میزان آسیب ناشی از تابش در طول زمان است.
- تستهای محیطی: این تستها برای بررسی پایداری عملکرد سلولهای خورشیدی تحت شرایط غیرقابل پیشبینی انجام میشود، مانند دماهای سرد، دماهای خشک و رطوبت.
۵. مدیریت تأمین پنلهای خورشیدی:
تجربه و تخصص فنی در تأمین سلولهای خورشیدی فضایی از منابع معتبر به تأمین الزامات پروژه و قرارداد مشتری کمک میکند. این کار شامل بررسی کیفیت و قابلیت اطمینان، مدیریت هزینه و زمان تحویل است.
تولید سلول
سلولهای خورشیدی فضایی باید تحت نظارت دقیق برای تأمین نیازهای خاص فضا باشند.
این سلولها نه تنها باید بر اثر تابش و شرایط محیطی سرسخت فضا مقاومت کنند بلکه باید به طور مداوم انرژی مورد نیاز حسگرها و ابزارهای روی فضاپیما را تأمین نمایند.
روند توسعه به سمت استفاده از مواد جدیدتر و فناوریهای نوین به منظور کسب بازدهی بالاتر و عمر طولانیتر در حال پیشرفت است.