Calentamiento de celdas solares vs consumo de energía

En algunas preguntas ( ¿Necesita la ISS más calefacción o más refrigeración?, ¿ Por qué Salyut 7 se congeló, mientras que la ISS requiere un sistema de refrigeración masivo? ) se da a entender que el presupuesto de calor interior de la estación es prácticamente el resultado del consumo de energía de varios sistemas - sistemas funcionando = la estación necesita refrigeración; sistemas inactivos = estación congelada, necesita calefacción.

Aún así, en su conjunto, la estación y sus células solares, el sistema recibe prácticamente la misma cantidad de radiación solar, independientemente de si los sistemas internos están funcionando o no. Y el mismo calor que de otro modo resultaría en el sobrecalentamiento de la estación (si no fuera por el sistema de enfriamiento) debería caer en algún lugar si la estación interior no se calienta. Que en algún lugar sean probablemente los paneles solares. Probablemente reduciendo su eficiencia eléctrica y, como resultado, acumulando aún más calor.

¿Es eso así? ¿Cómo influye en su temperatura la extracción de energía de los paneles solares? ¿Se requieren procedimientos especiales para reactivar los paneles que han estado "apagados" durante demasiado tiempo (gire el "borde hacia el Sol" para disipar el calor, para que la eficiencia aumente lo suficiente como para que no sigan calentándose frente al Sol, suficiente irradiación extraída como electricidad, en lugar de acumularse como calor con una eficiencia eléctrica demasiado baja para mantener estable la temperatura)?

¿O me equivoco, y los paneles, incluso completamente apagados y orientados al Sol "perfectamente", aún irradian más calor del que adquieren, sin exceder nunca las temperaturas en las que su eficiencia cae demasiado?

No puedo responder a todas sus preguntas, pero una celda solar eficiente solo convierte el 20% de la luz solar en electricidad. El 80% termina como calor en las celdas de cualquier manera. Un 25 % más de consumo de calor no debería suponer una gran diferencia con respecto a la vida útil y la degradación.
Parte de la energía incidente no utilizada se reflejaría y se convertiría en calor. La potencia de extracción definitivamente aumentaría su temperatura debido al flujo de corriente. El aumento exacto dependería de la corriente/voltaje/resistencia en el circuito. En cuanto a su orientación y relación con la temperatura y la eficiencia, no estoy seguro. Tengo un amigo en el equipo de operaciones de la EEI del Centro Espacial Johnson. Voy a ver si ella puede ayudar. (sin promesas)
@AndrewW. El poder de extracción en realidad disminuye su temperatura. Vea mi respuesta a continuación.
Hum, tienes razón, la temperatura reduciría la temperatura. Sin embargo, creo que la razón es un poco más matizada. La razón es que una corriente reduciría el número de recombinaciones de pares de huecos de electrones, lo que a su vez reduce el calor residual. Eso también supone que el aumento de temperatura de la resistencia es menor que el efecto de enfriamiento.

Respuestas (1)

Los paneles solares de la ISS están divididos en docenas de segmentos individuales que se pueden encender y apagar electrónicamente para satisfacer la demanda de energía de la estación. Las células solares alcanzarán una temperatura de equilibrio que equilibre el flujo solar con la radiación térmica.

Extraer energía de las células solares en realidad las enfría. Esto se debe a que la entrada solar (que es más o menos constante) se divide entre la energía entregada y el calor residual. La entrega de energía da como resultado menos calor residual, lo que significa que las celdas funcionan más frías. Puede ver este efecto en vistas infrarrojas de la estación espacial como esta.

Entonces, si los pares de huecos de electrones no se recolectan por separado como corriente, se recombinan en la celda. Dado que casi siempre se trata de una recombinación no radiativa en el silicio, ¿la energía se libera de nuevo al cristal en forma de fonones? ¡Asombroso! ¿Puede ayudar a señalar en el video donde podemos ver que las celdas que entregan corriente son más frías que las celdas que no entregan corriente: una captura de pantalla anotada o al menos un código de tiempo? ¡Gracias!
He hecho esta pregunta sobre eso.
@uhoh Eche un vistazo a los paneles solares a partir de alrededor de las 0:22. Verá alternar bandas oscuras y claras, con más bandas que se iluminan a medida que avanza el video. Las bandas oscuras son más frías porque están encendidas. A medida que las baterías se cargan, la necesidad de energía disminuye, por lo que se apagan más secciones del arreglo.
@uhoh Otro punto: a menos que un segmento de matriz esté dañado para crear un circuito abierto, la corriente siempre fluye. La demanda de energía se satisface mediante la derivación selectiva de partes de los arreglos, lo que da como resultado que las partes "apagadas" suministren la misma corriente pero con un voltaje cercano a cero.
Hmmm.... Veo lo que quieres decir. Entre las 00:33 y las 00:36 especialmente. Debido a que el ángulo de visión de la cámara sigue moviéndose, también podría parecer un efecto direccional. Las cámaras termográficas en realidad no miden la temperatura: el brillo IR también se ve afectado por la textura y la emisividad del material, y también pueden ser direccionales. ¡Pero esto es realmente interesante!
Oh, ¿entonces "apagado" junto con "voltaje (externo) cercano a cero sugiere que están en derivación con una resistencia de valor muy bajo? Entonces, ¿toda la caída de voltaje es interna, y es por eso que están más calientes?
@uhoh Cuando se derivan, cualquier carga resistiva externa proviene del propio cableado. Medido en los contactos, esencialmente no hay voltaje aparente y todas las pérdidas son internas a la celda. Mirando la perspectiva general, son más calientes porque en el espacio, solo hay dos formas de descargar la energía que fluye: el suministro de energía eléctrica, que requiere un flujo de corriente con una fuerza electromotriz detrás, y la radiación, que es una combinación. de electroluminiscencia (un contribuyente menor) y radiación térmica, que depende de la temperatura.
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