Quelle: solar.com
Wir alle kennen uns mit Solaranlagen für Wohn- und Gewerbezwecke aus. Sie können überall in Staaten wie Kalifornien, New York, Massachusetts und mehr gefunden werden. Die blauen und schwarzen Tafeln sind sehr gut erkennbar und ragen aus Häusern oder Gebäuden mit traditionellen Dächern heraus.
Space-based Solar hingegen ist ein Thema, mit dem selbst diejenigen mit Kenntnissen in Heim- und Gewerbesolar nicht ganz vertraut sind. Wie sieht also Solar für den Weltraum aus und wie unterscheidet es sich von herkömmlicher Solartechnologie?
Verwendung von Sonnenenergie in Raumfahrzeugen
Auf dem 1958 von den USA ins Leben gerufenen Satelliten Vanguard 1 wurden erstmals Photovoltaikzellen eingesetzt . Seitdem wurde die Solartechnologie stark an die räumlichen Gegebenheiten angepasst und optimiert.
Der Satellit Vanguard 1 und seine kleinen PV-Zellen
Die herkömmlichen monokristallinen oder polykristallinen Solarmodule, die in Wohn- und Gewerbegebieten eingesetzt werden, sind nicht langlebig genug, um den extremen Bedingungen im Weltraum wie übermäßiger Hitze und Kälte sowie einer konstanten Sonneneinstrahlung standzuhalten. Aufgrund dieser einzigartigen Umweltfaktoren unterscheidet sich die im Weltraum verwendete Solarmodultechnologie erheblich von herkömmlichen Modulen.
Warum wird auf Satelliten Sonnenenergie benötigt?
Raumfahrzeuge und Satelliten im Weltraum benötigen eine enorme Menge an Energie, um einsatzbereit zu sein. Bevor Solar eine praktikable Lösung für die Bereitstellung dieses Stroms war, wurden Batterien verwendet. Das einzige Problem ist, dass Batterien eine festgelegte Kapazität haben und ohne Mittel zum Aufladen dieser Batterien unbrauchbar werden, wenn ihnen die Energie ausgeht.
Solarmodule in Kombination mit Batterien sind eine viel bessere Option, da sie einen konstanten Strom erneuerbarer Energien liefern. Derzeit wird Solar verwendet, um die Computersysteme und andere Systeme, die zur Überwachung und Steuerung verschiedener Teile des Raumfahrzeugs verwendet werden, mit Strom zu versorgen.
Das ultimative Ziel ist es jedoch, Sonnenenergie zu nutzen, um Raumfahrzeuge voranzutreiben und den Bedarf an anderen Kraftstoffquellen zu minimieren oder vollständig zu beseitigen. Dies hätte sehr positive Auswirkungen auf die Raumfahrt.
Welche Solartechnologie verwenden Raumfahrzeuge?
Es gibt zwei Arten von Solarzellen, die in Raumfahrzeugen üblich sind:
Mit dünnem Glas bedeckte Siliziumzellen und
Mehrfachverbindungszellen aus Galliumarsenid und ähnlichen Materialien.
Die Siliziumzellen, die mit Glas bedeckt sind, ähneln herkömmlichen Solarzellen , sind jedoch weiter verbessert, um Strahlung und extremen Temperaturen standzuhalten. Diese Art von Solarmodulen befindet sich auf der Internationalen Raumstation , auf der derzeit die meisten Solarmodule im Weltraum installiert sind.
Die Solarzellen, die aus Galliumarsenid bestehen, sind viel effizienter und daher manchmal eine bessere Option, wenn es um den physischen Raum geht. Diese Module können einen Wirkungsgrad von bis zu 34% erreichen, verglichen mit den 15-20%, die die meisten kommerziellen Solarmodule erreichen können.
Hocheffiziente Gallium-Arsenid-Paneele des Satelliten Dawn
Satelliten im Weltraum sind auch mit Sonnenkollektoren ausgestattet, die der Richtung der Sonne folgen können, um die Absorption des Sonnenlichts zu maximieren. Sonnenstrahlen im Weltraum sind aufgrund der fehlenden Atmosphäre noch häufiger als auf der Erde. Ungefähr 55-60% der Sonnenenergie werden auf dem Weg zur Erdoberfläche durch Wolken, Gase und Staub entweder reflektiert oder absorbiert.
Die in vielen Satelliten im Weltraum vorkommenden Sonnenkollektoren enthalten auch eine Faltstruktur, mit der sich die Kollektoren ausdehnen können, während sich das Raumfahrzeug in der Umlaufbahn befindet. Dieses Format wird auch in der Internationalen Raumstation verwendet.
Schließlich müssen die Sonnenkollektoren im Weltraum keinen Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Auf der Erde wird Ihre gesamte Elektronik mit Wechselstrom betrieben. Aus diesem Grund ist ein Solar- Wechselrichter erforderlich, um den Basis-Gleichstrom Ihrer Module in Wechselstrom umzuwandeln. Wechselstrom ist auch nützlich, um Elektrizität über große Entfernungen zu übertragen.
Da der Strom, den ein Satellit im Weltraum oder ein anderes Raumfahrzeug nicht benötigt, um diese Entfernungen zurückzulegen, kann er im Gleichstromformat verbleiben. Dies trägt auch dazu bei, den Hardwarebedarf dieser Systeme zu verringern.
Space Solar Tech ist langlebiger und effizienter gebaut
Insgesamt gibt es viele Ähnlichkeiten zwischen weltraumgestützten Solarmodulen und konventionellen Solarmodulen. Sie umfassen beide Zellen, die aus leitendem Material (normalerweise Silizium) bestehen und in Arrays eingepasst sind. Der größte Unterschied liegt in der Gesamtqualität und Lebensdauer der Module.
Im Weltraum herrscht extreme Hitze, Kälte und Strahlung. Dies ist bei weltraumgestützten Solarmodulen zu berücksichtigen und beeinflusst natürlich den Zustand der Hardware. Außerdem experimentiert die NASA ständig mit verschiedenen Halbleitermaterialien, um bessere Solarzellen für den Weltraum herzustellen. Galliumarsenid ist ein Beispiel dafür, und es sollten viele neue Innovationen auf dem Weg sein!
