¿Por qué la ISS no utiliza los paneles solares más eficientes disponibles?

En esta pregunta , la respuesta de Geoffc indicó que los paneles solares de la ISS tienen una eficiencia de alrededor del 14 %. Los paneles de mayor eficiencia estaban disponibles cuando se fabricaron estos arreglos. Dado el alto costo por libra de lanzar cosas a la órbita, ¿por qué no se usaron paneles más eficientes? Esta pregunta estima la masa de las matrices en 30 toneladas. Duplique la eficiencia (como parece ser posible con los paneles de triple unión) y podrá reducirla a la mitad.

Cuando se pone algo en órbita, el peso es una preocupación importante, pero también lo es la confiabilidad. Tiene que funcionar, por lo que se eligen tecnologías probadas y comprobadas en vez de nuevas.
Durante mucho tiempo, los paneles solares utilizados en las naves espaciales tuvieron la reputación de ser los más eficientes disponibles, debido a su naturaleza de costo-no-objetivo. Sin embargo, no sé qué tan preciso es esto.
Un hecho menos conocido acerca de las células solares de la ISS es que tienen dos caras (bifaciales) para cargarse también con la iluminación del albedo de la Tierra. Dado que el flujo de fotones de este aislamiento reflejado es mucho más débil, esto se reflejaría en la eficiencia total de ISS SAW (Solar Array Wing).
Incluso si los paneles no fueran los más eficientes en términos de energía recolectada por área , aún podrían ser los más eficientes en energía por peso .
Además, recuerde que la primera matriz se lanzó en 2000. Lo que significa que el diseño probablemente se congeló a mediados de los 90. Por lo tanto, considere solo los arreglos clasificados para espacio disponibles a mediados o finales de la década de 1990. Las matrices de hoy, por supuesto, serían más eficientes.
@geoffc Ese 1990 parece bastante cierto, encontré algunas investigaciones sobre la separación de celdas y la carga superficial que datan de 1991. No encontré cuándo se fabricó la primera SAW, y supongo que en algún lugar entre 1991 y 2000 y no antes (tal las pruebas se pueden hacer en un modelo estándar), pero una eficiencia del 14 % (o 11,4 % según calculo para el primer SAW entregado en 2000, con los posteriores entregados hasta 2009 posiblemente más eficientes) era en esos días bastante avanzado.
@TildalWave La forma en que funcionan las agencias espaciales, ¿piensa que los 4 conjuntos son diferentes o los 4 son idénticos, incluso si hubo un lapso de 10 años entre el lanzamiento del primero y el último?
@geoffc No sé, pero apuesto a que se actualizarán con cada nuevo SAW entregado a la ISS. No sería la primera vez que los paneles solares se actualizarían durante el diseño, el último ejemplo que conozco fue DSCOVR.
@TildalWave Entonces lo hice como una pregunta separada. Apuesto a que NO los actualizaron. ¿Pero que se yo? :)

Respuestas (1)

Como señaló 2012rcampion, está utilizando la métrica de costo incorrecta en sus cifras de eficiencia.

Los paneles solares de triple unión son extremadamente ineficientes en peso en comparación con los paneles solares de unión única.

Para comprender por qué es necesario entender qué es una fotovoltaica de triple unión.

Para hacer eso, necesito explicar que la mayor ineficiencia de la energía fotovoltaica de unión única estándar se debe a la eficiencia cuántica.

Cada unión fotovoltaica tiene una unión semiconductora con un voltaje o color asociado.

Esa unión fotovoltaica solo le dará energía para fotones de ese color/voltaje o más azul. Entonces, si tiene una unión fotovoltaica que está sintonizada en verde, ese panel no dará energía bajo una luz roja.

Por el contrario, los fotones de mayor energía (más azules) solo emitirían un electrón con ese mismo voltaje (el resto de la energía se perdería en forma de calor).

Los paneles solares de unión triple literalmente apilan un panel solar rojo, verde y azul uno encima del otro para maximizar tanto la cantidad de fotones convertidos en electricidad como la energía eléctrica obtenida por fotón.

Pero si está apilando 3 paneles, podría simplemente construir 3 paneles y colocarlos uno al lado del otro para que no se bloqueen entre sí.

Entonces, para un enfoque ingenuo, la unión triple es 3 veces más pesada, pero no 3 veces más poderosa.

esto sería cierto si todo el panel consistiera solo en una unión pn ... pero hay una cantidad considerable de balasto pasivo, como contactos de sustrato (silicio, vidrio ...) y partes estructurales (por ejemplo, armaduras y vigas metálicas) si este balasto pasivo es más del 33% del peso de todo el panel (que supongo que es... pero no estoy seguro) que pasar del 15% al ​​30% de eficiencia mientras sería útil
El sustrato escala con el número de uniones. Las partes estructurales no (por cierto, el vidrio cuenta como estructural). Sin embargo, debe recordar que los paneles solares en el espacio no necesitan un buen soporte estructural (cero g). También descuidé por completo las pérdidas no cuánticas involucradas (el silicio en realidad no es muy transparente, las capas adicionales disminuyen la transmitividad). Por eso dije que para un enfoque ingenuo es 3 veces más pesado.
pero el grosor de las ondas es de ~0,1-0,2 mm, mientras que el grosor de la unión activa suele ser de varias micras. Por "sustrato" me refiero a que muchas células solares de película delgada (donde la unión es incluso < 1 micrón) todavía se depositan en algún sustrato como el vidrio para la rigidez estructural (los paneles ISS también son rígidos, así que supongo que tienen sustrato/soporte bastante grueso en comparación con el espesor de la unión). ad "en el espacio no se necesita un buen soporte estructural (cero g)" ... Estoy de acuerdo, preferiría algo como phys.org/news/… ... pero este no es el caso de ISS SAW
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