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.
Что если свернуть солнечные батареи в шар, или почти революция в энергетике
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.
Команда исследователей из саудовского университета KAUST разработала сферические солнечные батареи, которые во многих случаях эффективнее обычных плоских
“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.
