¿Qué significa exactamente la potencia específica [W/kg] de un panel solar?

Estoy tratando de dimensionar (peso y superficie) una matriz solar para una base en Marte (proyecto universitario) y la especificación principal que obtengo es potencia específica [W/kg]. Sin embargo, necesito relacionar tanto el peso como la superficie, por lo que una cifra como [kg/m2] sería adecuada para mí (no puedo encontrarla en ningún lado).

Obviamente, la potencia específica es una medida de potencia por kilogramo de panel solar. Pero, ¿bajo qué condiciones se suele dar este valor? Seguramente no es lo mismo tener el Panel Solar en una órbita GEO, en la superficie de Marte, durante el pico de Flujo Solar, al amanecer...

¿Podría aclararme esto por favor?

¿Puede agregar enlaces a uno o dos ejemplos específicos en los que ve una potencia específica citada pero no se incluyen condiciones específicas en una explicación?
Si está viendo cifras de W/kg en el contexto del suministro de energía de la nave espacial, esperaría que se refiriera al flujo solar promedio a 1 AU del sol, a menos que se trate de una comparación de opciones para una misión interplanetaria específica.
@uhoh orbitalatk.com/space-systems/space-components/solar-arrays/docs/… especifica una potencia de salida de 150W/kg (supongo que es 1AU). Luego, en la segunda página, proporciona una potencia de salida de >103 W/kg para la misión Mars Phoenix Lander. Soy consciente del hecho de que las células pueden no ser exactamente iguales, pero la diferencia parece demasiado grande teniendo en cuenta que el flujo solar en la superficie de Marte es mucho menor en comparación con la Tierra.
@RogerPedrósBòria Sospecho que la diferencia de 103 W/kg a 150 W/kg se debe a más de 10 años de desarrollo desde Mars Phoenix Lander, no a las diferencias Tierra-Marte.
Tenga cuidado con los datos: el flujo solar en la superficie de Marte es bastante similar al de la superficie de la Tierra. La atmósfera terrestre absorbe mucho. Si se usa ese número en lugar del valor LEO, todo se convierte en manzanas con naranjas.
Me sorprendería si sus referencias no incluyeran tanto el tamaño como la potencia total, luego puede dividir la potencia por tamaño para obtener W/m2.
@Hobbes Lo siento, ahora me di cuenta de que cometí un error en mi pregunta. El parámetro que estoy buscando es kg/m2. No sé por qué los fabricantes no dan esta información, ya que es un parámetro "estructural" que se mantiene fijo con independencia de las condiciones de luz solar.
El mercado de las sondas interplanetarias es pequeño en comparación con el mercado de los satélites en órbita terrestre. Así que usan el atajo W/kg que funciona bien para los satélites en órbita terrestre.

Respuestas (2)

W/kg es solo eso: relación de potencia generada por kg de masa. Si no se cita nada más, se puede suponer que esto se da para una órbita terrestre, donde se tiene como entrada para el solar una constante solar de radiación.

En cuanto a su comentario sobre el flujo solar: no olvide que el flujo se reduce con el cuadrado de la distancia, como para cada fuente de radiación. ¿Has hecho los cálculos?

Agreguemos que Watt/kg es un factor excepcionalmente importante para las embarcaciones impulsadas por motores iónicos. Con un empuje muy bajo y un enorme consumo de energía de estos motores, los paneles contribuyen en gran medida a la masa de la nave: la relación empuje/peso puede llegar a ser prohibitivamente baja, lo que resulta en una combustión prolongada e inaceptable. En el caso de Marte, este parámetro no es tan importante ya que solo influye en el costo/valor de la carga útil para transportarlos a Marte.
Es posible que este parámetro también se llame "alfa". La falta de fuentes de energía con alfa suficientemente bueno es la razón principal por la que los motores VASIMR no son prácticamente viables en la actualidad.
"¿Has hecho los cálculos?" no es parte de una buena respuesta SE, que debe escribirse de una manera que también sea útil para futuros lectores. Si desea dirigirse directamente al OP, es mejor hacerlo como un comentario, idealmente de una manera que solicite una aclaración. En la pregunta, el OP brinda ejemplos de diferentes distancias y diferentes ángulos de incidencia, y solicita una respuesta que aborde de manera integral estos problemas, por lo que no veo cómo esto es realmente una respuesta a la pregunta.

Una matriz solar consta principalmente de células solares, una estructura de soporte y un arnés eléctrico.

La masa de las células solares y su eficiencia se pueden encontrar en hojas de datos en línea; busque por ejemplo el sitio web de azurspace. Multiplicando la eficiencia con el flujo solar entrante en la superficie de Marte, obtendrá la potencia por metro cuadrado de celda solar generada. Hay algunas pérdidas adicionales en el sistema de energía y debido a los efectos térmicos, pero esto le dará una buena primera estimación. Entonces: P[W/m^2]=eficiencia * flujo de Marte [W/m^2]

Las células solares necesitan ser soportadas. En los satélites esto se hace actualmente con paneles de nido de abeja. Sin embargo, para su base de Marte, es posible que desee un diseño específico. Probablemente sea mejor si haces una estructura inicial y estimas la masa de esa estructura (por unidad de área).

Si se ignora la masa del arnés eléctrico, puede calcular la masa de un metro cuadrado de celdas y agregarla a la masa de un metro cuadrado de su estructura.

EDITAR Basado en el comentario de Nathan Tuggy, permítanme aclarar algunas cosas. Puede que haya entendido mal la pregunta. No creo que sea posible obtener el área solo a partir de la potencia específica (por unidad de masa). De hecho, necesitaría saber la masa por área de los paneles para obtener la potencia específica por unidad de área.

El poder específico debe darse dentro de algún contexto para que sea útil. La energía generada depende también del flujo entrante, la eficiencia y la temperatura.

Esto parece estar llegando desde el otro extremo, calculando la potencia específica de la masa, el flujo y el área, en lugar del área de la potencia específica y la potencia necesaria.
He actualizado la respuesta. He dado ese enfoque, ya que no creo que sea posible obtener el área solo a partir de estas variables.
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