自修复太阳能电池板正走向太空

太空活动正在升温,这意味着对更大、更强大的太空太阳能电池阵列的需求也在升温。挑战在于平衡成本与功率。寿命也有影响。 NASA 一直在寻找能够带来最大收益的公司,亚利桑那州的初创公司 Solestial 正在开发能够在太空中自我修复的新型超薄太阳能电池板。

更多太空太阳能电池板

Solestial 列举了“月球、火星以及可能其他天体上持续的、大规模的活动”,这些因素推动了对新的、更强大的太空太阳能电池阵列的需求。

Solestial 已经在 NASA 雷达上占有一席之地,此前曾获得美国国家科学基金会、美国空军以及航天局的合同。显然美国宇航局喜欢它所看到的。 2023 年 1 月,该机构授予了价值 149,987 美元的第一阶段小型企业创新研究合同,以改进其新型太空太阳能电池板。

在最新的开发中,Solestial 赢得了 NASA 价值 849,954 美元的第二期合同,其项目名为“用于空间站和其他永久空间基础设施的下一代硅基太阳能电池阵列”。

Solestial旨在满足对能够承受太空恶劣条件的太阳能电池板不断增长的需求,同时为过去60年来太空应用中使用的“极其昂贵”的光伏技术提供一种成本更低的替代方案。

Solestial 估计,要满足新卫星、空间站和太空任务的需求,需要将太阳能容量比目前水平增加 3 到 4 个数量级。

“这是一个巨大的机遇,但也是一个巨大的挑战,因为我们正在进入一个与当前太空太阳能解决方案发展的环境完全不同的环境,”Solestial 指出。

该公司还旨在证明创新型初创公司可以利用新技术在太空太阳能市场上站稳脚跟,迄今为止该市场一直由政府和大型跨国公司主导。

降低太空太阳能电池板的成本

部分节省将来自发射成本的大幅下降,预计这一趋势将随着太空商业活动的发展而继续快速发展。

Solestial 还依靠其新型超薄硅太阳能电池来交付产品。考虑到使用薄硅技术面临的挑战,包括太阳能转换性能问题以及重大的制造和应用障碍,这可能会让人感到惊讶。

“超薄硅电池吸收的红外光较少,对表面钝化质量非常敏感,无法承受高热应力和机械应力的加工,无法作为独立设备进行加工,也无法使用传统的焊接或钎焊进行互连,”Solestial 解释道。

然而,科学喜欢挑战。该公司表示,其新型太阳能电池的太阳能转换效率高达 20%,而厚度仅为 20 微米。 Solestial 表示,新型太阳能电池还“易于焊接,并且可以进行千兆瓦规模的生产”。

太空中自我修复太阳能电池板

影响成本的另一个关键因素是使用寿命,这就是自我修复功能的用武之地。早在 2023 年 3 月,Solestial 就分享了法国替代能源和原子能委员会的验证研究结果。

“经过相当于近地轨道(“LEO”)10年的辐射暴露,然后在1个太阳照度当量下进行90°C退火,Solestial硅太阳能电池的开路电压仅下降了4%,并保持了96%的开路电压。它的初始值,”Solestial 报道道。

与其他硅技术的耐空间性相比,这是一个重大改进。 Solestial 指出,熟悉的 III-V 多结太阳能电池板会损失 10-15%,这完全是辐射损坏造成的。

正如 CEA 太空太阳能专家Romain Cariou所解释的那样,90°C 的辐射损伤修复里程碑意义重大,因为硅的自我修复通常需要 200-250°C 的更高温度。太空中很少出现更高的温度。

“这里的差异化因素是,Solestial 的电池可以在正常工作温度下修复太空太阳能电池板的辐射损伤,”Cariou 表示。

至于它是如何运作的,那是一个秘密。 “Solestial 的硅太阳能电池采用了专有的缺陷工程技术来自愈辐射损伤,从而在整个使用寿命期间将效率损失降到最低,”他们只是这么说。

Solestial 是从亚利桑那州立大学的一项研究中衍生出来的,该研究确实提供了一个小小的提示。早在 2019 年,学校就回顾了该公司长达十年的薄膜硅太阳能电池耐久性研究。亚利桑那州立大学观察到,该公司以前的名称为 Regher Solar,“进行的模拟表明非常薄的硅太阳能电池允许高能质子穿过它们,从而最大限度地减少辐射引起的损害”。

该学院解释说:“这些有害颗粒对于太空中的卫星来说是一个大问题,特别是在被称为范艾伦带的太空区域,该区域捕获了太阳风和其他宇宙射线的辐射。”

该公司的联合创始人 Stanislau “Stas” Herasimenka 也在亚利桑那州技术委员会发布的一篇文章中分享了一些细节。

“在某些条件下,它实际上对高能粒子来说可能是透明的,”赫拉西门卡说,他指的是新型超薄硅太阳能电池。 “此外,在薄电池中,光产生的电子不必传播很远就能被提取出来,即使空间辐射在太阳能电池中造成缺陷,电子通过该缺陷重新结合的机会也会少得多,从而增加太阳能电池的寿命终止效率。”

太空太阳能也将用于化石燃料

另一个削减成本的因素是使用相对便宜的展开系统在太空中展开太阳能电池阵列。 Solestial 与科罗拉多州 Opterus R&D 公司合作,设计了一种轻量级部署系统,该系统将允许部署大型阵列,其尺寸击败了目前市场上的任何产品。

如果这开始引起一些共鸣,您可能会想到一个疯狂的想法:有一天,绕轨道运行的太阳能电池板将从太空将太阳能传输到地球。事实证明,这并没有那么疯狂。受从太空收集太阳能的潜力的吸引,多个国家已成立研究小组来应对这一挑战,因为太阳能可以 24/7 全天候使用,不受雨、雪、雨夹雪、冰雹、雾或夜晚的干扰(请在此处查看更多CleanTechnica太空太阳能覆盖范围)。

除了降低太阳能电池的成本之外,发射成本的下降和新推出系统的可用性也是促成空对地太阳能电池板成本竞争的两个因素。

另一个因素是规模。上周CleanTechnica注意到欧盟 SOLARIS 计划进行的成本分析,该分析表明需要 1 公里宽的大型太阳能电池阵列才能使太空太阳能成为地面系统的可行替代方案。

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图片:更大、更强大的太空应用对太阳能电池板的需求正在增长(由 Solestial 提供)。

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社区太阳能的效益与增长

来源:清洁技术

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