Cómo dimensionar la matriz solar para la superficie de Marte

Por lo general, es más fácil determinar primero la energía requerida por su sistema. Ya lo ha hecho, asumiendo que la planta ISRU necesita operar continuamente a 10,1 kW por sol:

Los paneles solares deberán poder generar esta cantidad de energía cada sol para mantener la producción de propulsor en funcionamiento de forma continua. Debe estimar el área de paneles solares necesarios para producir esta cuota de energía.

Primero integre el perfil de flujo solar para obtener la irradiancia solar por sol (medida en unidades Wh/m ² /sol). Luego, multiplique este valor por el factor de eficiencia de conversión de celda solar esperado para obtener la energía solar generada por unidad de área por los paneles solares. (Tenga en cuenta que la eficiencia de conversión de la celda no es trivial de calcular, ya que dependerá de la temperatura, la atenuación de la luz en la atmósfera, la profundidad óptica, la longitud solar de Marte, etc. ). Ahora puede usar este valor para calcular el área de la matriz solar necesaria para proporcionar ~249 kWh por sol.

Para estimar la masa de este sistema, puede hacer algunas suposiciones sobre arreglos ultraflexibles utilizando información en línea:

• Las matrices desplegables flexibles pueden tener una potencia específica de hasta 80-150 W/kg a 1 AU. ( https://www.lpi.usra.edu/opag/meetings/aug2015/presentations/day-2/11_beauchamp.pdf )

• La misión Phoenix (que usó una tecnología similar) tenía paneles solares circulares de ~2,1 m de diámetro (área ~3,5 m^2). https://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/insight/landing/download/mars_insight_landing_presskit.pdf

Usando estos valores, puede calcular la potencia aproximada que producirá una matriz en 1AU. Suponiendo un flujo solar de ~1360 W/kg y una eficiencia de celda de ~30 %, esto indicaría que las matrices plegables pueden tener una densidad de área entre 2,7 y 5,1 kg/m 2 (dependiendo de la potencia específica asumida ⁾ . Luego puede usar este valor con el área total calculada de la matriz solar para estimar la masa.

Para dimensionar las baterías, calcule qué cantidad de la energía total de 249 kWh debe proporcionarse fuera de las horas de luz solar (es decir, multiplique los 10,1 kW por el tiempo que la batería necesita para funcionar). Tenga en cuenta que habrá algunas pérdidas de conversión asociadas con el almacenamiento de energía en la batería durante las horas de luz solar. Esto aumentaría el requerimiento total de energía calculado en el primer paso.

Para obtener crédito adicional, es posible que desee considerar también el impacto de cualquiera de los siguientes:

• Acumulación de polvo en los paneles solares con la duración de la misión
• Variaciones en el perfil del flujo solar en función de la latitud, la longitud solar y la profundidad óptica (es decir, en qué parte de la superficie de Marte se encuentra la planta, la estación de Marte, la duración de la luz solar en un día determinado)

Esto afectará la cantidad de energía que los paneles solares podrán recolectar en un día determinado. Puede encontrar algunos aportes sobre cómo evaluar esto aquí: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19890018252/downloads/19890018252.pdf

Sin embargo, dado que este problema es para una evaluación previa a la fase A, su perfil de flujo solar constante probablemente sea lo suficientemente representativo como para evaluar la viabilidad.

Me gusta esta pregunta y el combustible de retorno más amplio de ISRU para Marte en general. Así que pensé en arrojar mis dos centavos aunque no estoy calificado ... Así que comencemos por dimensionar un sistema de panel solar de 10kw basado en la Tierra y aumentemos desde allí. https://www.sunpowerbythesolarquote.com/post/sistema-solar-de-10kW _

...Esto significa que para instalar los paneles para este sistema, necesitará alrededor de 660 pies cuadrados de espacio en el techo. Un sistema de 10 kW se compone de 30 a 40 paneles en total dependiendo de la eficiencia de los paneles que elija... En total, este sistema genera alrededor de 10,000 vatios de electricidad por hora según lo definido por la prueba estándar de laboratorio... Esto se desglosa en una media de entre 29 y 46 kWh al día.

Entonces, digamos que estamos cerca del ecuador de Marte y usamos los 45 kWh por día multiplicados por 0,59, ya que Marte recibe menos energía solar que la Tierra.

Estoy usando un día de 24 horas, pero eso no debería afectar la energía promedio requerida, solo aumente un poco las baterías para la hora extra por día. Este sistema de 30 paneles si estuviera en Marte generaría:

Entonces, un sistema Mars de 300 paneles podría generar 10 kW continuamente con almacenamiento de batería y con una potencia máxima de 59 kW con cada panel de aproximadamente 1,6 m ² de área, por lo que la granja solar continua de 10 kW de Mars podría tener 25 metros x 20 metros en total.

Sus dos modelos no son realmente comparables. Un panel solar se construye con las celdas (más el cableado, etc.) y el sustrato (es decir, a qué están unidas las celdas). La matriz solar UltraFlex es todo, mientras que las celdas Azur son solo eso: las celdas solas. Claramente, el sustrato es un contribuyente bastante significativo a la masa. Si tiene mecanismos para desplegar los paneles, también deben incluirse. Sin una mirada detallada, probablemente no sea demasiado exagerado asumir que podría acoplar aspectos del UltraFlex con las mejores celdas.

También hay que considerar una compensación con el tamaño de la batería. La batería no será pequeña, por lo que si le preocupa la masa, probablemente deba incluir eso en la decisión general de energía.