La mayor parte del hardware basado en el espacio funciona con paneles solares compuestos por muchas células fotovoltaicas conectadas en series cortas que producen alrededor de 28 V ; muchos de estos están conectados en paralelo para producir el amperaje deseado.
Mientras tanto, muchos dispositivos, en particular, la propulsión iónica, requieren voltajes muy altos para funcionar. Usan unidades de procesamiento de energía masivas para proporcionar los voltajes deseados, produciendo mucho calor y perdiendo energía en el proceso.
¿Sería ventajoso usar paneles solares que conecten montones y montones de celdas solares en serie, generando alto voltaje directamente? (y de manera similar, conectar termopares en RTG en serie)? Reducir el voltaje para varios usos electrónicos debería ser al menos tan difícil como aumentarlo, y los dispositivos que requieren alto voltaje podrían suministrarse a través de un regulador simple, sin necesidad de aumentar el voltaje por un factor de un par de miles. .
No, no tiene sentido, por dos razones clave.
En primer lugar, es una pérdida de redundancia. Si una de las celdas falla, entonces falla toda la cadena. Realmente no quieres que eso suceda... Si construyes un circuito de derivación de algún tipo para administrar una celda defectuosa, entonces el voltaje podría fluctuar, causando problemas adicionales.
En segundo lugar, las células solares colocadas en serie deben coincidir entre sí. Es más difícil igualar la cantidad requerida para un voltaje realmente alto que lo que se requiere para igualar la potencia de 28V. Las celdas mal emparejadas dan como resultado la pérdida de energía dentro de las celdas, y una muy mala coincidencia podría dañar las celdas. Se emparejan según sus curvas IV. Básicamente, desea que un conjunto de celdas tenga la misma cantidad de corriente corriendo a través de ellas con el mismo voltaje. De lo contrario, parte de la energía debe perderse.
Cuando se utiliza la propulsión iónica para viajar grandes distancias mientras se acelera lentamente a una velocidad muy alta, se necesita una distribución de energía flexible.
La cantidad de energía eléctrica disponible de las células solares disminuye con el cuadrado de la distancia al sol. La potencia de los RTG disminuye con el tiempo debido a la descomposición del combustible nuclear y la degradación de los termopares. Si hay mucha energía disponible, los propulsores de iones deberían funcionar con el máximo empuje. Pero después de muchos años, hay mucha menos energía disponible y debe reservarse para el control y la comunicación de la nave espacial, así como para la carga útil científica. Si queda algo de energía, los propulsores de iones pueden funcionar con un empuje reducido.
Pero si algunas celdas solares o termocuplas se reservan únicamente para la generación de alto voltaje, es posible que luego no se utilicen exclusivamente para control y comunicación y ya no para empuje. Los conjuntos de células solares pueden generar algunos kilovatios a una distancia de 1 AU, pero a una distancia de 5 AU solo está disponible 1/25 de la potencia inicial, solo unos cientos de vatios.
El uso de un voltaje único de aproximadamente 28 V permite una distribución de energía flexible a consumidores de corriente de alta y baja prioridad.
Hennes
SF.
Tristán
uwe