Основной источник энергии для большинства космических аппаратов — Солнце. Однако чтобы эффективно собрать его лучи спутники должны обладать не только фотоэлектрическими преобразователями большой площади, но и специальными механизмами, чтобы ориентировать их рабочей поверхностью к светилу. Для небольших зондов масса таких конструкций слишком велика, поэтому исследователи из Саудовской Аравии предлагают простое и дешевое решение.
На первый взгляд, идея очевидна — сделать солнечные батареи сферическими. Так их можно обернуть вокруг микроспутника или установить на выносной конструкции и значительная часть поверхности преобразующей свет в электричество всегда будет освещена. Прототип такого фотоэлектрического преобразователя представили ученые саудовского Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (сокращенно — KAUST). Описание технологии опубликовано на портале Spectrum IEEE.
У новых солнечных батарей множество плюсов, которые позволяют применять их не только в космосе, но и на Земле. Благодаря своей форме, близкой к шарообразной, они собирают не только прямой свет от звезды, но и отраженный. В лабораторных условиях при имитации движения солнца по небу сферические фотоэлектрические преобразователи показали эффективность на 24-39% выше, чем выполненные в традиционном облике плоской панели. А когда источник света закрывался препятствием (например, навесом крыши), количество электричества, вырабатываемого новым типом батарей, оказалось на 60% больше, чем классическими плоскими.
Технологически, такие солнечные батареи производить, конечно, сложнее — в первую очередь, требуется на 15% больше операций травления при создании каждого фотоэлектрического преобразователя, из которых состоит вся сфера. Кроме того, исследователи пока не разработали полноценный техпроцесс сворачивания сферы, а тестовым образцам придавали форму вручную. Планируется создать специальную роботизированную руку, которая будет имитировать движения человека при сворачивании гибкой подложки.
“Шариковые” солнечные батареи лучше классических панелей и еще по ряду параметров. Например, они показали более высокую эффективность во время длительной работы при высоких температурах (вероятно, из-за более эффективного теплоотвода, но это еще предстоит перепроверить). И, что очевидно, у таких конструкций гораздо лучше ситуация с пылевым загрязнением поверхности — это очень важно для больших солнечных электростанций или необслуживаемоей техники: от датчиков в труднодоступных местах до марсианских роверов.
Исходя из всех достоинств и недостатков новой технологии исследователи пока очень осторожно высказываются о ее коммерческих перспективах. Теоретически, она может быть полезна во многих нишевых применениях — на орбите для микроспутников, на поверхности других планет для малых стационарных или самоходных зондов, на Земле для питания временных или постоянных датчиков, а также в помещениях для устройств «интернета вещей» и сенсоров умного дома.
В ближайших планах создателей шарообразных солнечных батарей — их лабораторные и полевые тесты в самых разных условиях. Затем последует оценка экономических аспектов технологии. С точки зрения производства самих светочувствительных элементов, новинка не является революционной: применяются широко распространенные и хорошо освоенные в промышленности фотоэлектрические преобразователи на основе монокристаллического кремния. Новшество саудовских ученых заключается в использовании тонкой и гибкой подложки, а также специальная обработка краев каждого отдельного элемента.
Подпишись: