المصدر: solar.com
نحن جميعا على دراية الألواح الشمسية السكنية والتجارية. يمكن العثور عليها في جميع أنحاء الولايات مثل كاليفورنيا ونيويورك وماساتشوستس وأكثر من ذلك. يمكن التعرف على الألواح الزرقاء والسوداء بشكل كبير وتخرج من المنازل أو المباني مع أسطح المنازل التقليدية.
الطاقة الشمسية الفضائية ، من ناحية أخرى ، موضوع لا يعرفه حتى أولئك الذين لديهم معرفة في المنزل والطاقة الشمسية التجارية. إذن ، ما هي الطاقة الشمسية للفضاء ، وكيف تختلف عن التكنولوجيا الشمسية التقليدية؟
استخدام الطاقة الشمسية في المركبات الفضائية
استخدمت الخلايا الكهروضوئية لأول مرة على القمر الصناعي Vanguard 1 ، الذي أطلقته الولايات المتحدة في عام 1958. ومنذ ذلك الحين ، تم تكييف تكنولوجيا الطاقة الشمسية إلى حد كبير وتحسينها لتناسب ظروف الفضاء.
القمر الصناعي Vanguard 1 وهو عبارة عن خلايا PV صغيرة
الألواح الشمسية أحادية البلورية أو الكريستالات التقليدية المستخدمة في البيئات السكنية والتجارية ليست دائمة بما يكفي لتحمل الظروف القاسية في الفضاء مثل الحرارة والبرودة الزائدة ، والاستحمام المستمر للإشعاع الشمسي. بسبب هذه العوامل البيئية الفريدة ، تختلف تكنولوجيا الألواح الشمسية المستخدمة في الفضاء تمامًا عن الألواح التقليدية.
لماذا الطاقة الشمسية اللازمة على الأقمار الصناعية؟
تحتاج المركبات الفضائية والأقمار الصناعية الموجودة في الفضاء إلى كمية هائلة من الطاقة لكي تعمل. قبل الطاقة الشمسية كان حلا قابلا للتطبيق لتوفير هذه الطاقة ، تم استخدام البطاريات. المشكلة الوحيدة هي أن البطاريات لديها سعة محددة ، وبدون أي وسيلة لإعادة شحن هذه البطاريات ، فإنها تصبح عديمة الفائدة عند نفاد الطاقة.
تعتبر الألواح الشمسية المقترنة بالبطاريات خيارًا أفضل كثيرًا لأنها توفر دفقًا ثابتًا من الطاقة المتجددة. في الوقت الحالي ، يتم استخدام الطاقة الشمسية لتوفير الكهرباء لأنظمة الكمبيوتر والأنظمة الأخرى التي يتم استخدامها لمراقبة أجزاء مختلفة من المركبة الفضائية والتحكم فيها.
ومع ذلك ، فإن الهدف النهائي هو استخدام الطاقة الشمسية لدفع المركبات الفضائية وتقليل الحاجة إلى مصادر الوقود الأخرى أو إزالتها تمامًا. سيكون لهذا آثار خطيرة على السفر إلى الفضاء بطريقة إيجابية للغاية.
ما هي تكنولوجيا الطاقة الشمسية التي تستخدمها المركبة الفضائية؟
هناك نوعان من الخلايا الشمسية الشائعة في المركبات الفضائية:
خلايا السيليكون المغطاة بالزجاج الرقيق
خلايا متعددة الوصلات تتكون من زرنيخيد الغاليوم ومواد مماثلة أخرى.
تشبه خلايا السليكون المغطاة بالزجاج إلى حد كبير الألواح الشمسية التقليدية ، ولكن يتم تحسينها بشكل أكبر للتعامل مع الإشعاع ودرجات الحرارة القصوى. يمكن العثور على هذا النوع من الألواح في محطة الفضاء الدولية ، التي تمتلك حاليًا غالبية الألواح الشمسية الموجودة في الفضاء.
تكون الخلايا الشمسية المكونة من زرنيخيد الغاليوم أكثر كفاءة ، ونتيجة لذلك ، تكون في بعض الأحيان خيارًا أفضل عندما يكون الفضاء المادي مصدر قلق. يمكن أن تصل هذه الألواح إلى حوالي 34٪ من الكفاءة مقابل 15-20٪ التي يمكن أن تصل إليها معظم الألواح الشمسية التجارية.
لوحات زرنيخيد الغاليوم عالية الكفاءة للقمر الصناعي Dawn
تم تجهيز الأقمار الصناعية الموجودة في الفضاء أيضًا بألواح شمسية يمكنها متابعة اتجاه الشمس لزيادة امتصاصها لأشعة الشمس. أشعة الشمس في الفضاء هي أكثر وفرة من على الأرض ، بسبب عدم وجود الغلاف الجوي. حوالي 55-60٪ من الطاقة الشمسية تنعكس أو تمتص في طريقها إلى سطح الأرض من خلال السحب والغازات والغبار.
تشتمل الألواح الشمسية الموجودة في العديد من الأقمار الصناعية في الفضاء أيضًا على هيكل قابل للطي يسمح للألواح بالتمدد أثناء وجود المركبة الفضائية في المدار. يستخدم هذا التنسيق أيضًا في محطة الفضاء الدولية.
أخيرًا ، لا تحتاج الألواح الشمسية الموجودة في الفضاء إلى تحويل كهرباء التيار المستمر إلى تيار متردد. على الأرض ، تعمل جميع إلكترونياتك على طاقة التيار المتردد. هذا هو السبب في أنه من الضروري أن يكون لديك عاكس للطاقة الشمسية لتحويل الكهرباء DC الأساسية من الألواح الخاصة بك إلى AC. إن طاقة التيار المتردد مفيدة أيضًا لنقل الكهرباء عبر مسافات طويلة.
نظرًا لأن الكهرباء التي لا يحتاجها القمر الصناعي في الفضاء أو مركبة فضائية أخرى لا تحتاج إلى السفر عبر هذه المسافات ، فيمكن أن تظل بتنسيق DC. يساعد هذا أيضًا في تقليل مقدار الأجهزة اللازمة لهذه الأنظمة.
تم تصميم Space Solar Tech بشكل متين وفعال
بشكل عام ، هناك العديد من أوجه التشابه بين الألواح الشمسية القائمة على الفضاء والألواح الشمسية التقليدية. يشتمل كلاهما على خلايا مصنوعة من مادة موصلة (عادةً ما تكون من السيليكون) وتتناسب مع المصفوفات. الفرق الأكبر يتعلق بالجودة الشاملة والمتانة للوحدات.
في الفضاء ، هناك حرارة شديدة والبرد والإشعاع. يتم حساب ذلك في الألواح الشمسية ذات القاعدة الفضائية ويؤثر بشكل طبيعي على حالة الأجهزة. أيضا ، تقوم ناسا باستمرار بتجربة مواد أشباه الموصلات المختلفة لإنتاج خلايا شمسية أفضل للفضاء. زرنيخيد الغاليوم هو أحد الأمثلة على ذلك ، ويجب أن يكون هناك العديد من الابتكارات الجديدة على الطريق!