우주선용 태양전지판 건설. 우주 태양광 모듈

본 발명은 로켓 및 우주 기술, 즉 우주선의 태양 전지의 구조 요소에 관한 것입니다. 우주선의 태양전지 지지 패널에는 프레임과 하중을 지탱하는 상부 및 하부 베이스가 포함되어 있습니다. 언급된 베이스와 프레임 사이에는 벌집 모양의 필러와 하중 지지 파티션이 베이스에 수직으로 밀봉되어 설치됩니다. 허니콤의 내부 용적을 서로 연결하기 위해, 본 발명의 각 변형은 충전재 및 하중 지지 칸막이의 각 허니콤 측면에 배수 구멍을 제공합니다. 벌집의 내부 용적을 외부 환경과 소통시키기 위해, 본 발명의 첫 번째 버전은 적어도 하나의 프레임 요소에 배수 구멍을 만드는 것을 포함하고, 본 발명의 두 번째 버전은 패널의 하부 베이스에 배수 구멍을 균일하게 만드는 것을 제공합니다. 본 발명의 세 번째 버전은 적어도 하나의 프레임 요소와 패널의 하부 베이스에 표면적에 걸쳐 균일하게 배수 구멍을 만드는 것을 제공합니다. 이 경우, 언급된 하중 지지 패널의 구조 요소에서 배수 구멍의 총 면적은 셀 내 가스 매체의 총 부피, 배수 구멍의 유속 및 최대 압력 차이를 고려하여 결정됩니다. 패널 베이스에 작용하는 발사체의 비행 경로를 따라 기체 매체의 영향. 본 발명은 질량을 증가시키지 않으면서 우주선의 태양전지 내하중 패널의 구조적 강도를 증가시키고, 패널의 제조 및 설치 기술을 단순화하며, 작동 신뢰성을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 3n.p. f-ly, 4 병.

본 발명은 공기가스 역학 분야에 관한 것이다. 항공기(LA) 로켓 과학에서 3층 하중 지지 방식에 따라 제작된 우주선(SC)용 태양전지 패널(SB)의 설계 및 제작에 사용될 수 있습니다.

항공기 요소(동체, 꼬리, 날개 등) 제조 시 항공 분야에서 널리 사용되는 것으로 알려져 있으며 3층 하중 지지 방식에 따라 제작된 패널은 상부 및 하부 베이스를 지지하는 프레임(프레임)을 포함합니다. 벌집 모양의 필러가 설치된 제품입니다.

항공기 요소에 작용하는 분산 하중을 흡수하고 전달하도록 설계된 벌집형 코어가 있는 3층 구조에 따라 제작된 패널은 더 높은 강성과 높은 하중 지지력을 제공합니다. 패널에 하중이 가해지면 전단강도가 높고 가벼운 벌집형 코어가 횡방향 전단력을 흡수하고 세로 방향 압축 중에 얇은 하중 지지층을 안정성 손실로부터 보호합니다.

이 기술 솔루션의 단점은 항공기의 비행 고도가 변할 때 항공기의 비행 경로를 따라 패널 요소에 작용하는 상당한 압력 차이로 인해 프레임 요소와 패널의 하중 지지 베이스의 무게가 증가한다는 점입니다.

우주선 전원 공급 시스템의 민감한 요소(광전 변환기)를 그 위에 설치하기 위해 로켓에 사용되는 우주선 SB 패널이 알려져 있습니다. 패널은 또한 3층 하중 지지 구조에 따라 만들어지며 상부 및 하부 베이스를 지지하는 프레임을 포함하며 그 사이에 벌집 모양의 필러가 밀폐되어 설치됩니다. 패널의 강성을 높이는 베이스입니다. SB 패널 구조의 무게를 줄이기 위해 프레임, 하중 지지 베이스 및 파티션을 경량 소재로 제작했습니다.

내하중 패널 로켓공학에 사용되는 SB 우주선과 항공에 사용되는 패널은 허니콤 코어를 갖춘 3층 구조의 SB 패널로 인해 더 높은 강성과 높은 내하중 용량을 제공합니다.

이 기술 솔루션의 단점은 하중을 견디는 SB 패널의 구조적 강도가 감소하고 더 ​​큰 공기 역학적 하중으로 인해 패널 제조 및 작동 기술에 편차가 있는 경우 일반 및 국부적 안정성이 손실될 가능성이 있다는 점입니다. 항공 하중과 비교하여 우주선의 SB 패널 요소에 작용합니다. 이 경우 발사체(LV)의 비행 경로를 따라 우주선의 SC 패널에 작용하는 외부 압력은 대기(LV 발사 시 지구 수준)부터 발사 시 거의 0까지 더 넓은 범위에 걸쳐 다양합니다. 행성 간 공간으로 들어가고 비행 경로를 따라 밀봉된 패널 내부의 압력으로 발사체는 대기 상태를 유지합니다.

본 발명의 목적은 우주선이 발사체에 의해 행성 간 공간으로 발사될 때 질량을 증가시키지 않으면서 우주선 지지 패널의 구조적 강도를 증가시키는 것입니다.

문제는 프레임, 하중 지지 상부 및 하부 베이스를 포함하는 하중 지지 패널 SB KA에서 벌집 모양의 필러가 밀폐되어 설치된 하중 지지 패널 SB KA에서 하중 지지 파티션이 밀폐되는 방식으로 해결됩니다(옵션 1). 본 발명에 따르면, 베이스에 수직으로 설치되고, 필러와 칸막이의 각 허니콤 측면에는 허니컴의 내부 볼륨을 서로 연결하는 관통 배수 구멍이 있으며, 프레임에는 적어도 하나의 요소에 프레임에는 벌집의 내부 공간과 외부 환경을 연결하는 배수 구멍이 있으며 벌집, 칸막이 및 프레임의 배수 구멍의 총 유효 면적은 다음 비율로 결정됩니다.

S 2 [cm 2 ] - 프레임의 배수 구멍의 총 면적.

a, b는 발사체의 궤적 매개 변수에 따른 계수로, 패널 바닥에 작용하는 궤적을 따라 최대 압력 강하에 대한 프레임 배수 구멍의 유효 면적 의존성 곡선에 근접합니다.

문제는 또한 프레임, 하중 지지 상부 및 하부 베이스를 포함하는 하중 지지 패널 SB KA에서 벌집 모양의 필러가 밀폐 설치되어 있는 하중 지지 패널 SB KA에서 하중 지지 파티션이 다음과 같은 방식으로 해결됩니다(옵션 2). 본 발명에 따르면 베이스에 수직으로 밀봉 설치되며, 각 허니콤 필러와 칸막이의 측면에 배수 구멍이 만들어져 허니컴의 내부 볼륨을 서로 연결하고 패널의 하단 베이스에 균일하게 가로질러 설치됩니다. 표면적, 배수 구멍이 만들어져 벌집의 내부 부피를 외부 환경과 연결하는 반면, 벌집, 칸막이 및 하부 베이스의 배수 구멍의 총 유효 면적은 관계에서 결정됩니다.

S 1 [cm 2 ] - 벌집 끝 표면의 배수 구멍의 총 면적.

S 3 [cm 2 ] - 하부 베이스에 있는 배수구의 총 면적.

V [m 3 ] - 벌집 모양의 기체 매체의 총 부피;

μ.GIF; 1 - 벌집 및 칸막이의 배수구 유속;

μ.GIF; 3 - 하부 베이스의 배수구 유속;

Δ.GIF; P [kgf/cm 2 ] - 패널 베이스에 작용하는 발사체의 비행 경로를 따른 가스 매체의 최대 압력 차이

a, b는 발사체의 궤적 매개변수에 따른 계수로, 베이스에 작용하는 궤적을 따른 최대 압력 차이에 대한 패널 베이스의 배수구 유효 면적 의존성 곡선을 근사화합니다. 패널.

문제는 또한 프레임, 하중 지지 상부 및 하부 베이스를 포함하는 하중 지지 패널 SB KA에서 벌집 모양의 필러가 밀폐되어 설치된 하중 지지 패널 SB KA에서 하중 지지 파티션이 다음과 같은 방식으로 해결됩니다(옵션 3). 본 발명에 따르면, 베이스에 수직으로 밀봉 설치되며, 각 허니컴의 측면에서 충전재와 칸막이는 허니콤의 내부 공간을 서로 연결하는 관통 배수 구멍을 갖고, 프레임에서는 적어도 하나의 요소에 허니컴을 갖습니다. 프레임과 패널의 하부 베이스에는 표면적에 걸쳐 배수 구멍이 균일하게 만들어져 허니컴의 내부 볼륨과 외부 환경을 연결합니다. 이 경우 허니컴의 배수 구멍의 전체 유효 면적은 다음과 같습니다. , 파티션, 프레임 및 하단 베이스는 다음 비율에 따라 결정됩니다.

S 1 [cm 2 ] - 벌집 끝 표면의 배수 구멍의 총 면적.

S 2, S 3 [cm 2] - 프레임과 하부 베이스에 있는 배수 구멍의 총 면적입니다.

V [m 3 ] - 벌집 모양의 기체 매체의 총 부피;

μ.GIF; 1 - 벌집 및 칸막이의 배수구 유속;

μ.GIF; 2, μ.GIF; 3 - 패널의 프레임과 하부 베이스에 있는 배수 구멍의 유속

Δ.GIF; P [kgf/cm 2 ] - 패널 바닥에 작용하는 LV 비행 경로를 따른 가스 매체의 최대 압력 차이

본 발명의 기술적 결과는 다음과 같다.

허니컴 코어의 벽에 작용하는 최소 허용 압력 강하로 SB 패널의 베이스와 민감한 요소에 작용하는 압력 강하를 줄입니다.

벌집, 프레임, 하중 지지 베이스 및 패널 파티션의 배수구 유효 면적 결정

배수구의 유효 면적에 대한 궤적 매개변수(마하수, 비행 고도 H)의 영향을 결정합니다.

본 발명의 본질은 SC 패널의 다이어그램과 그 요소에 작용하는 초과 압력의 변화 그래프로 설명됩니다.

그림 1, 2, 3은 각각 옵션 1, 2, 3으로 제작된 우주선 SB 패널의 다이어그램을 보여주며, 해당 조각이 강조 표시되어 있습니다.

2 - 상부 베이스;

3 - 하부 베이스;

4 - 필러;

5 - 파티션;

6 - 배수구;

7 - 민감한 요소.

여기서 화살표는 패널 필러의 벌집에 있는 가스 매체의 흐름 방향과 외부 환경으로의 유출을 보여줍니다.

그림 4는 발사체의 비행 경로에 따른 최대 압력 강하의 의존성을 보여줍니다. Δ.GIF; 배수구 유동 구간의 상대적 유효 면적으로부터 패널 베이스에 작용하는 가스 환경의 P(Δ.GIF; P=Pvn-Pnar) μ.GIF; S/V, 여기서:

Pvn - 패널 내부의 기체 매체 압력(필러의 벌집 모양)

Pnar는 패널 외부의 가스 매체의 압력입니다.

지지 패널 SB 우주선(그림 1, 2, 3)에는 프레임(1), 지지 상부 베이스(2) 및 하부 베이스(3)뿐만 아니라 이러한 베이스에 수직으로 설치된 하중 지지 파티션(5)이 포함되어 있습니다. 베이스 사이에는 허니콤 형태의 필러(4)가 밀봉 설치된다. 우주선 전원 공급 시스템의 감지 요소(7)는 상부 베이스(2)에 설치됩니다.

필러(4)와 하중 지지 칸막이(5)의 각 허니콤 측면에는 프로토타입과 달리 각 버전에는 허니컴의 내부 볼륨을 서로 연결하고 외부 환경과 연결하는 배수 구멍(6)이 있습니다(보기 A 및 섹션 참조). BB를 따라).

옵션 1(그림 1)에서 허니컴의 내부 볼륨은 프레임(1)의 요소 중 적어도 하나에 만들어진 배수 구멍(6)을 통해 외부 환경과 연결됩니다.

옵션 2(그림 2)에서 허니컴의 내부 볼륨은 하중을 받는 하부 베이스(3)에 만들어진 배수 구멍(6)을 통해 외부 환경과 통신하며 베이스 영역에 걸쳐 균등하게 간격을 두고 있습니다.

옵션 3(그림 3)에서 허니컴의 내부 볼륨은 프레임(1), 적어도 해당 요소 중 하나 및 내하중 하부 베이스(3)에 만들어진 배수 구멍(6)을 통해 외부 환경과 통신합니다. 베이스 영역을 따라 균등하게 간격을 둡니다.

패널 베이스 전체에 걸쳐 배수 구멍이 균일하게 배열되어 있기 때문에 벌집 집합체의 압력이 균일하거나 거의 균일하게 분포되어 결과적으로 패널 베이스에 작용하는 압력 차이가 보장됩니다. 이는 불균등한 압력 차이로 인해 패널 요소 접합부에서 응력 집중을 제거하여 패널 제조 기술을 단순화하고 제조 중 숨겨진 결함이 있는 경우(예: 개별 부품의 경우) 작동 신뢰성을 높입니다. 허니컴 코어의 요소는 하중 지지 베이스에 접착되지 않습니다.

패널 배수 옵션의 선택은 발사체의 비행 경로를 따라 패널 베이스에 작용하는 허용 작동 하중에 따라 결정됩니다. 기술적 특징패널 생산.

발사체의 주어진 비행 경로에 대한 프레임(1), 필러 벌집(4), 칸막이(5) 및 하부 베이스(3)의 배수 구멍의 총 유효 면적은 관계식 (1), (2) 및 ( 3) 옵션 1, 2, 3에 대해 각각 발사체 궤적의 매개변수에 따라 달라지는 이러한 관계에 포함된 계수 a와 b를 고려합니다.

공식 (1), (2) 및 (3)에는 배수구 μ.GIF의 상대적 총 유효 면적 의존성에 대한 수학적 설명이 포함되어 있습니다. ·LV 비행 경로에 따른 최대 압력 강하로부터의 S/V Δ.GIF; P는 전력 칸막이(5), 상부 베이스(2) 및 하부 베이스(3)가 있는 배수 벌집 모양의 필러(4)로 형성된 가스 역학적 상호 연결된 용기 시스템에서 가스 매체의 흐름 분석 결과로부터 얻어졌습니다. 외부 환경.

로켓 과학에서 프레임 1은 탄소 섬유로 만들어지고, 하중 지지 베이스 2와 3은 물론, 하중 지지 칸막이 5도 티타늄으로 만들어집니다. 벌집 형태의 필러(4)는 알루미늄 합금예를 들어 항공용 접착제 VKV-9를 사용하여 패널의 상부 베이스(2)와 하부 베이스(3)에 밀봉적으로 부착됩니다. 또한 민감한 요소 7SB가 상부 베이스 2에 부착됩니다.

캐리어 패널 SB KA는 다음과 같이 작동합니다.

필러(4)와 패널 요소(그림 1, 2 및 3)의 각 벌집형 측면에는 프로토타입과 달리 배수 구멍(6)이 만들어지기 때문에 우주선 비행 중에 헤드 유닛의 일부로 사용됩니다. 발사체의 자율 비행뿐만 아니라 우주선의 자율 비행에서도 페어링 헤드 블록을 떨어뜨린 후 가스 매체는 필러(4)의 벌집과 파워 파티션(5) 사이를 흐르며 프레임(1)의 배수 구멍을 통해 흘러나옵니다. 하부 베이스(6)를 외부 환경으로 보냅니다(폭발물 섹션 참조). 가스 매질의 흐름은 필러 4의 벌집에서 압력 균등화가 미미하게 지연되면서 발생합니다.

이 경우, 필러(4)의 벌집 모양에서 외부 환경으로의 가스 매질 유출은 총 유효 면적 μ.GIF; 2·S 2 프레임 1 및 μ.GIF의 배수 구멍 6개; 3 ·S 3 - 하부 베이스에서 3개의 전체 유효 면적 μ.GIF보다 크거나 동일하게 만들어집니다. 1 ·S 1 전원 분할이 있는 필러 4의 벌집 모양 5(μ.GIF; 2 ·S 2 ≥.GIF; μ.GIF; 1 ·S 1 , μ.GIF; 3 ·S 3 ≥.GIF; μ.GIF , 1·S 1).

LV 헤드 유닛의 일부로 우주선을 비행하는 동안 최대 압력 강하 Δ.GIF가 실현됩니다. P(그림 4)는 공식(1), (2) 및 (3)에 따라 패널 2와 3의 베이스에 작용합니다. 이 경우 필러(4)의 벌집 모양의 가스 환경은 헤드 페어링 아래의 닫힌 공간으로 흘러 들어가며, 최대 허용 압력 차이는 발사체의 비행 경로를 따라 외부 압력과 비교하여 다음과 같이 결정됩니다. 구획 배수 시스템을 사용하는 알려진 기술 솔루션.

우주선의 자율 비행 중에 대기압에 가까운 본체 패널 내부에 내부 압력 P VN이 설정됩니다(정적). 주변 분위기). 변경 Δ.GIF; 이 경우, 필러(4)의 허니컴 사이의 압력(P)과 필러(4)의 허니컴 내부 압력(Pvn) 및 패널의 상부 베이스(2)와 하부 베이스(3)에 작용하는 외부 환경(Pnar)은 다음과 같다. 0에 가깝습니다.

따라서 패널 요소와 그 위에 설치된 우주선 전원 공급 시스템의 민감한 요소에 작용하는 압력 강하가 감소합니다. 이에 따라, 우주선 질량을 증가시키지 않으면서 우주선 SB의 구조적 강도가 증가되어 할당된 임무를 달성하게 된다.

또한, 패널 요소에 작용하는 압력차의 감소로 인해 SB 우주선 패널의 제조 및 설치 기술이 단순화되고 작동의 신뢰성이 높아집니다.

Proton 발사체가 발사한 Yamal 우주선용으로 개발된 본체 패널에 대해 수행된 계산에 따르면 압력 강하 Δ.GIF가 나타났습니다. 패널 베이스에 작용하는 P는 프로토타입과 비교하여 크기가 몇 배로 감소하고 실질적으로 0에 가까워집니다.

현재 기술 솔루션은 실험 테스트를 통과했으며 기업에서 개발 중인 우주선에 구현되고 있습니다.

기술 솔루션지구 근처, 행성 간, 자동, 유인 및 기타 우주선 등 다양한 유형의 우주선에 사용할 수 있습니다.

예를 들어 SB 패널을 항공기 날개 요소의 일부로 사용하는 경우 기술 솔루션을 항공에도 적용할 수 있습니다. 이 경우, 패널 요소의 배수 구멍의 유효 면적은 항공기 비행 경로를 따라 날개 요소에 작용하는 최대 압력 차이를 고려하여 결정됩니다.

문학

1. 항공. 백과 사전. M.: TsAGI, 1994, 529페이지.

2. 두 세기의 전환기(1996-2001). 에드. acad. Yu.P. Semenova. M.: S.P. Korolev의 이름을 딴 RSC "Energia", 2001, p. 834.

3. 특허 RU 2145563 C1.

주장하다

1. 상부 및 하부 베이스를 지지하는 프레임을 포함하고, 그 사이에 벌집형 충진재가 밀폐 설치되고, 베이스에 수직인 전원 격벽을 포함하는 우주선의 태양전지 지지판에 있어서, 관통배수구가 형성된 것을 특징으로 하는 우주선의 태양전지 지지패널. 필러 및 전원 파티션의 각 벌집의 측면은 셀의 내부 볼륨을 서로 연결하고 적어도 하나의 프레임 요소에는 셀의 내부 볼륨을 외부 환경과 연결하는 배수 구멍이 있습니다. 셀, 내하중 칸막이 및 프레임의 배수 구멍의 유효 면적은 비율에 따라 결정됩니다.

S 2 - 프레임의 배수구 총 면적, cm 2;

μ.GIF; 2 - 프레임의 배수구 유속;

a, b는 발사체의 궤적 매개변수에 따른 계수로, 패널 베이스에 작용하는 궤적을 따라 최대 압력 강하에 대한 프레임 배수 구멍의 유효 면적 의존성 곡선에 근접합니다.

2. 상부 베이스와 하부 베이스를 지지하는 프레임을 포함하고, 그 사이에 벌집형 충진재가 밀폐 설치되고 베이스와 직교하는 전원 격벽을 포함하는 우주선의 태양전지 지지판넬에 있어서, 상기 베이스에 배수구가 형성된 것을 특징으로 하는 우주선의 태양전지 지지판넬. 필러와 파워칸막이의 각 허니콤 측면은 허니컴의 내부 용적을 서로 연통시키며, 패널의 하부 베이스에는 허니컴의 내부 용적과 패널을 연결하는 배수구가 표면적 전체에 고르게 형성됩니다. 외부 환경, 벌집, 전원 파티션 및 패널 하단베이스의 배수 구멍의 총 유효 면적은 비율에 따라 결정됩니다.

μ.GIF; 1 ·S 1 /V=a·Δ.GIF; Pb,

여기서 S 1은 허니컴 및 파워 파티션의 측면에 있는 배수 구멍의 총 면적, cm 2입니다.

S 3 - 패널 하단 바닥의 배수구 총 면적, cm 2;

V는 셀 내 기체 매체의 총 부피, m3입니다.

μ.GIF; 1 - 허니컴 및 파워 파티션의 측면에 있는 배수 구멍의 유속;

μ.GIF; 3 - 패널 하단 베이스의 배수구 유속;

Δ.GIF; P는 패널 베이스에 작용하는 발사체의 비행 경로를 따른 가스 매체의 최대 압력 차이(kgf/cm 2 )입니다.

a, b는 발사체의 궤적 매개 변수에 따른 계수로, 베이스에 작용하는 궤적을 따라 최대 압력 강하에 대한 패널 하단 베이스에 있는 배수 구멍의 유효 면적 의존성 곡선을 근사화합니다. 패널의.

3. 프레임과 하중을 지탱하는 상부 베이스와 하부 베이스 사이에 벌집 모양의 충진재가 밀폐 설치되고, 베이스에 수직인 전원 칸막이를 포함하는 우주선의 태양전지의 하중 지지 패널에 있어서, 배수를 통한 것을 특징으로 하는 각 필러 허니컴 및 파워 파티션의 측면에 구멍이 만들어져 허니컴의 내부 볼륨을 서로 연결하고 프레임의 적어도 하나의 요소와 패널의 하부 베이스에 배수 구멍이 고르게 만들어집니다. 벌집의 내부 부피를 외부 환경과 연결하는 표면적, 벌집, 파워 파티션, 프레임 및 패널의 하부 베이스에 있는 배수 구멍의 총 유효 면적은 다음 관계에서 결정됩니다.

μ.GIF; 1 ·S 1 /V=a·Δ.GIF; Pb,

μ.GIF; 2 ·S 2 /V≥.GIF; μ.GIF; 1S1/V,

μ.GIF; 3·S 3 /V≥.GIF; μ.GIF; 1S1/V,

여기서 S 1은 허니컴 및 파워 파티션의 측면에 있는 배수 구멍의 총 면적, cm 2입니다.

S 2, S 3 - 프레임과 패널의 하부 바닥에 있는 배수 구멍의 총 면적은 각각 cm 2입니다.

V는 셀 내 기체 매체의 총 부피, m3입니다.

μ.GIF; 1 - 허니컴 및 파워 파티션의 측면에 있는 배수 구멍의 유속;

μ.GIF; 2, μ.GIF; 3 - 패널의 프레임과 하부 베이스에 있는 배수 구멍의 유량 계수.

Δ.GIF; P는 패널 베이스에 작용하는 발사체의 비행 경로를 따른 가스 매체의 최대 압력 차이(kgf/cm 2 )입니다.

a, b는 발사체의 궤적 매개 변수에 따른 계수이며, 궤적을 따라 작용하는 최대 압력 차이에 대한 프레임과 패널의 하부 베이스에 있는 배수 구멍의 유효 면적 의존성 곡선을 근사화합니다. 패널의 기초.

ISS의 태양전지

태양 전지 - 여러 개의 결합된 광전 변환기(광전지) - 태양 에너지를 직접 에너지로 직접 변환하는 반도체 장치 전기, 달리 태양열 수집기, 냉각수 재료의 가열을 생성합니다.

태양 복사를 열 및 전기 에너지로 변환할 수 있는 다양한 장치는 태양 에너지 연구의 대상입니다(그리스어 helios Ήλιος, Helios -). 광전지와 태양열 집열기의 생산은 다양한 방향으로 발전하고 있습니다. 태양광 패널은 마이크로 계산기에 내장된 것부터 자동차와 건물의 지붕을 차지하는 것까지 다양한 크기로 제공됩니다.

이야기

최초의 태양전지 프로토타입은 아르메니아 출신의 이탈리아 광화학자인 Giacomo Luigi Ciamician에 의해 만들어졌습니다.

1954년 4월 25일, 벨 연구소는 전류를 생성하는 최초의 실리콘 기반 태양전지를 개발했다고 발표했습니다. 이 발견은 Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin 및 Gerald Pearson이라는 회사의 세 직원이 수행했습니다. 그로부터 불과 4년 후인 1958년 3월 17일, 최초의 태양광 패널을 장착한 뱅가드 1호가 미국에서 발사되었고, 불과 두 달 뒤인 1958년 5월 15일 소련에서도 스푸트니크 3호가 발사되었습니다. 태양 전지판을 사용합니다.

공간에서 사용

태양광 패널은 태양광 패널을 얻는 주요 방법 중 하나입니다. 전기 에너지 on: 재료를 소비하지 않고 오랫동안 작동하며 동시에 원자력과 달리 환경 친화적입니다.

그러나 태양으로부터 먼 거리(궤도 너머)로 비행하는 경우 태양 에너지의 흐름이 태양으로부터의 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 사용이 문제가 됩니다. 반대로 비행하면 태양 전지판의 전력이 크게 증가합니다 (금성 지역에서는 2 배, 수성 지역에서는 6 배).

광전지 및 모듈의 효율성

대기 입구(AM0)에서 태양 복사 플럭스의 전력은 약 1366와트/입니다. 평방 미터(AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D 참조) 동시에, 매우 흐린 날씨에 유럽에서 태양 복사의 특정 전력은 심지어 낮에도 100W/m² 미만일 수 있습니다. 산업적으로 생산되는 일반적인 태양광 패널을 사용하면 이 에너지를 9~24%의 효율로 전기로 변환할 수 있습니다. 이 경우 배터리 가격은 정격 전력 와트당 약 1~3달러 정도가 됩니다. 태양광 전지를 사용한 산업 발전의 경우 kWh당 가격은 0.25달러가 될 것입니다. 유럽 태양광 발전 협회(EPIA)에 따르면 2020년까지 태양광 발전 시스템을 통해 생산되는 전기 비용은 kW당 €0.10 미만으로 떨어질 것입니다. 산업 설비주거용 건물에 설치하는 경우 kWh당 0.15€ 미만입니다.

2009년에 Spectrolab(보잉 자회사)은 41.6% 효율의 태양전지를 시연했습니다. 2011년 1월에는 이 회사의 태양전지 효율 39%가 시장에 출시될 것으로 예상됐다. 2011년 캘리포니아 회사인 Solar Junction은 5.5x5.5mm 태양전지에서 43.5%의 효율을 달성했는데, 이는 이전 기록보다 1.2% 더 높은 수치입니다.

2012년 Morgan Solar는 폴리메틸메타크릴레이트(플렉시글래스), 게르마늄 및 갈륨 비소를 사용하여 집광 장치와 태양 전지가 장착된 패널을 결합한 Sun Simba 시스템을 만들었습니다. 패널이 고정되어 있을 때 시스템의 효율은 26~30%(연중 시간과 태양이 위치하는 각도에 따라 다름)로 결정질 실리콘 기반 태양전지의 실제 효율의 두 배입니다.

2013년에 Sharp는 44.4%의 효율로 인듐 갈륨 비소 베이스에 4x4mm 크기의 3층 태양 전지를 만들었고, Fraunhofer 태양 에너지 시스템 연구소, Soitec, CEA-Leti 및 Helmholtz 센터의 전문가 그룹이 참여했습니다. 베를린은 자신이 달성한 43.6%를 능가하는 44.7%의 효율로 프레넬 렌즈를 사용하여 광전지를 만들었습니다. 2014년에 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)는 아주 작은 광전지에 빛을 집중시키는 렌즈 덕분에 효율이 46%인 태양 전지를 만들었습니다.

2014년 스페인 과학자들은 태양의 적외선 복사를 전기로 변환할 수 있는 실리콘으로 만든 광전지를 개발했습니다.

유망한 방향은 빛(즉, 주파수가 약 500THz인 전자기 방사선)에 의해 소형 안테나(약 200~300nm)에 유도된 전류를 직접 정류하여 작동하는 나노안테나를 기반으로 하는 광전지를 생성하는 것입니다. 나노안테나는 생산을 위해 값비싼 원자재를 필요로 하지 않으며 최대 85%의 잠재적 효율을 가지고 있습니다.

광전지의 효율성에 영향을 미치는 요인

광전지의 구조적 특징으로 인해 온도가 증가함에 따라 패널의 성능이 저하됩니다.

광전지 패널의 성능 특성으로 볼 때 최고의 효율을 달성하려면 부하 저항을 올바르게 선택해야 한다는 것이 분명합니다. 이를 위해 태양광 패널은 부하에 직접 연결되지 않고 다음을 제공하는 태양광 시스템 제어 컨트롤러를 사용합니다. 최적 모드패널 작동.

생산

단일 광전지는 충분한 전력을 생산하지 못하는 경우가 많습니다. 따라서 특정 수의 태양광 셀이 소위 태양광 모듈로 결합되고 유리판 사이에 보강재가 장착됩니다. 이 조립은 완전히 자동화될 수 있습니다.

2016년(IPPT의 핵심 사업부)에는 우주선용 초경량 복합 메쉬 태양광 패널이 설계되었습니다. SPbPU IPPT 개념의 프레임워크 내에서 개발된 경량 지지 구조는 3층 패널을 벌집형 코어로 대체하기 위한 것입니다. 이 제품은 IPPT 파트너인 Baltico 회사(독일)의 기업에서 제조되었습니다.

이 개발은 포럼을 포함한 산업 전시회에서 반복적으로 시연되었으며, 특히 러시아 산업 무역부 제1차관 G.S. Nikitin 및 기타 정부 관료, 다수의 주요 산업 기업의 수장.

이노프롬-2016. 과학 디렉터 IPPT SPbPU, 엔지니어링 센터 SPbPU A.I. 소장 Borovkov(오른쪽)가 IPPT SPbPU와 Baltico GmbH가 개발한 우주 태양광 패널용 복합 패널을 러시아 산업통상부 제1차관 G.S. Nikitin(가운데) 및 러시아 산업통상부 공작 기계 및 투자 엔지니어링 부서장 M.I. 이바노프

복합패널은 산업통상부 장관 D.V.에게도 시연되었습니다. 2016년 11월 7일 표트르 대제 상트페테르부르크 폴리테크닉 대학교를 방문한 만투로프.

일체 포함. Borovkov는 산업 무역부 D.V. IPPT 개발에 관한 Manturov
초경량 복합 태양광 패널

재료:복합재 - 탄소섬유/에폭시 매트릭스

기술:디지털 적층 제조. 프레임에 연속 섬유를 로봇 방식으로 배치합니다.

생산주기: 15 분

대량 생산 비용: 6000 문지름/제곱미터부터 중.

기술의 장점:

• 강화섬유를 따라 단방향 복합재료의 특성을 최대한 활용한다.
• 직접 공정, 주요 재료(로빙 및 바인더) 사용;
• 호환 가능 금속 구조물;
• 낮은 재료 소비 및 구조물 비용;
• 폐기물 없는 생산;
• 복잡한 기하학적 모양, 모듈성을 제조하는 능력;
• 하중을 지지하는 구조물의 무게를 20~30배 감소시킵니다.
• 완전 자동화 기술;
• 제조 정확도 0.1-1.0 mm;
• 국산재료 사용.

• 환상적인 발전소

더 생산적이고 환경 친화적이며 더 저렴한 에너지를 위한 끊임없는 투쟁에 맞춰 인류가 점점 더 귀중한 에너지의 대체 자원에 의존하고 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 많은 국가에서 꽤 많은 수의 주민들이 집에 전기를 공급하기 위해 태양광 모듈을 사용해야 할 필요성을 인식했습니다.

그들 중 일부는 물질적 자원을 절약하기 위한 어려운 계산 덕분에 이러한 결론에 이르렀고, 일부는 상황에 따라 그러한 책임 있는 조치를 취해야 했는데, 그 중 하나는 도달하기 어렵습니다. 지리적 위치, 안정적인 통신이 부족합니다. 하지만 태양광 패널이 필요한 곳은 접근하기 어려운 곳뿐만이 아닙니다. 지구의 가장자리보다 훨씬 더 먼 경계가 있습니다. 이것이 바로 공간입니다. 우주에 있는 태양전지는 필요한 양의 전기를 생산할 수 있는 유일한 원천입니다.

우주태양에너지의 기초

우주에서 태양광 패널을 사용한다는 아이디어는 반세기 전 인공 지구 위성이 처음 발사되는 동안 처음 나타났습니다. 당시 소련에서는 물리학 분야, 특히 전기 분야의 교수이자 전문가인 Nikolai Stepanovich Lidorenko가 우주선에서 끝없는 에너지원을 사용할 필요성을 입증했습니다. 그러한 에너지는 태양광 모듈을 이용해 생산된 태양의 에너지만이 될 수 있다.

현재 모든 우주 정거장은 태양 에너지로만 운영됩니다.

태양광 모듈의 광합성 과정에 꼭 필요한 태양 광선은 우주 공간에 풍부하고 소비에 방해가 되지 않기 때문에 공간 자체가 이 문제에 큰 도움이 됩니다.

지구 저궤도에서 태양전지판을 사용할 때의 단점은 사진판을 만드는 데 사용되는 재료에 방사선이 미치는 영향일 수 있습니다. 이러한 부정적인 영향으로 인해 태양전지의 구조가 변화되어 발전량이 감소하게 됩니다.

환상적인 발전소

전 세계의 과학 실험실에서는 현재 유사한 작업, 즉 태양으로부터 무료 전기를 찾는 작업이 진행되고 있습니다. 개별 주택이나 도시의 규모가 아니라 지구 전체의 규모입니다. 이 작업의 본질은 크기가 크고 이에 따라 에너지 생산이 가능한 태양광 모듈을 만드는 것입니다.

이러한 모듈의 면적은 거대하므로 지구 표면에 배치하면 다음과 같은 많은 어려움이 따릅니다.

• 수광기 설치를 위한 넓고 자유로운 공간,
• 기상 조건이 모듈 효율성에 미치는 영향
• 유지 관리 및 청소 비용 태양 전지 패널.

이러한 모든 부정적인 측면은 지상에 그러한 기념비적 구조물을 설치하는 것을 제외합니다. 그러나 탈출구가 있습니다. 이는 지구 저궤도에 거대한 태양광 모듈을 설치하는 것으로 구성됩니다. 그러한 아이디어가 실행되면 인류는 항상 영향을 받는 태양 에너지원을 받게 됩니다. 태양 광선, 제설이 필요하지 않으며 가장 중요한 것은 지상에서 유용한 공간을 차지하지 않는다는 것입니다.

물론 우주용 태양광 패널을 최초로 설치하는 사람이 미래의 글로벌 에너지 부문에서 자신의 조건을 결정하게 될 것입니다. 지구상의 광물 매장량은 끝이 없을뿐만 아니라 반대로 매일 인류가 곧 전환해야 함을 상기시켜줍니다. 대체 소스억지로. 이것이 바로 지구 궤도의 우주 태양광 모듈 개발이 미래 발전소를 설계하는 전력 엔지니어 및 전문가의 우선 과제 목록에 포함된 이유입니다.

태양광 모듈을 지구 궤도에 배치하는 데 따른 문제

이러한 발전소를 건설할 때의 어려움은 지구 저궤도에 태양광 모듈을 설치, 배송 및 배치하는 것에만 있는 것이 아닙니다. 가장 큰 문제는 태양광 모듈에서 생성된 전류가 소비자, 즉 지상으로 전달되는 데서 발생합니다. 물론 전선을 늘릴 수도 없고, 컨테이너에 담아 운반할 수도 없습니다. 유형의 물질 없이 먼 거리에 에너지를 전달하는 기술은 거의 비현실적입니다. 그러나 그러한 기술은 과학계에서 많은 논란의 여지가 있는 가설을 야기합니다.

첫째로, 이러한 강한 방사선은 신호 수신의 넓은 영역에 부정적인 영향을 미칩니다. 즉, 지구의 상당 부분이 조사됩니다. 그리고 그런 것들이 있다면 우주 정거장시간이 지나면 너무 많아지겠지? 이는 행성 표면 전체에 방사선을 조사하여 예측할 수 없는 결과를 초래할 수 있습니다.

둘째부정적인 점은 에너지가 발전소에서 수용기로 전달되는 장소에서 대기의 상층부와 오존층이 부분적으로 파괴된다는 점일 수 있습니다. 심지어 어린이도 이런 종류의 결과를 상상할 수 있습니다.

모든 것 외에도 부정적인 측면을 증가시키고 출시 순간을 지연시키는 다양한 성격의 뉘앙스가 많이 있습니다. 유사한 장치. 예상치 못한 고장이나 우주체와의 충돌로 인해 패널을 수리하기 어려운 것부터 패널을 어떻게 처리해야 하는지에 대한 진부한 문제까지 많은 비상 상황이 있을 수 있습니다. 특이한 건물, 서비스 수명이 끝난 후.

모든 부정적인 측면에도 불구하고 인류는 갈 곳이 없습니다. 오늘날 태양 에너지는 이론적으로 증가하는 전기 수요를 충족할 수 있는 유일한 에너지원입니다. 현재 지구상에 존재하는 에너지원 중 그 어떤 것도 미래 전망을 이 독특한 현상과 비교할 수 없습니다.

대략적인 구현 기간

태양광 발전소는 오랫동안 이론적인 문제가 아니었습니다. 지구 궤도에 발전소를 처음으로 발사하는 것은 이미 2040년으로 예정되어 있습니다.물론 이는 시범모델일 뿐이며 앞으로 구축할 글로벌 구조와는 거리가 멀다. 그러한 발사의 본질은 실제로 그러한 발전소가 작동 조건에서 어떻게 작동하는지 확인하는 것입니다. 이렇게 어려운 임무를 맡은 나라가 바로 일본이다. 이론적으로 배터리의 예상 면적은 약 4제곱킬로미터입니다.

실험을 통해 태양광 발전소와 같은 현상이 존재할 수 있다는 것이 밝혀지면 태양에너지 주류는 그러한 발명의 발전을 위한 명확한 길을 갖게 될 것입니다. 경제적 측면이 모든 것을 막을 수 없다면 첫 단계. 사실 이론적 계산에 따르면 본격적인 태양광 발전소를 궤도에 발사하려면 200개 이상의 화물 발사체 발사가 필요합니다. 참고로 기존 통계에 따르면 대형 트럭 1회 출시 비용은 약 50억~10억 달러에 이릅니다. 산술은 간단하고 결과가 만족스럽지 않습니다.

그 결과 양은 엄청나며 분해된 요소를 궤도로 전달하는 데에만 사용되지만 전체 구성 세트를 조립하는 데는 여전히 필요합니다.

지금까지 말한 내용을 모두 요약하면 우주 태양광 발전소를 만드는 것은 시간 문제이지만 이러한 구조는 구현에 따른 전체 경제적 부담을 감당할 수 있는 초강대국만이 건설할 수 있다는 점을 알 수 있습니다. 프로세스의.

이들은 태양 에너지를 직류로 변환하는 반도체 장치인 광전지 변환기입니다. 간단히 말해서, 이것은 우리가 "태양전지판"이라고 부르는 장치의 기본 요소입니다. 이러한 배터리의 도움으로 인공 지구 위성은 우주 궤도에서 작동합니다. 이러한 배터리는 여기 크라스노다르의 Saturn 공장에서 제조됩니다. 공장 경영진은 이 블로그의 작성자에게 생산 과정을 살펴보고 이에 대해 일기에 쓰도록 요청했습니다.

1. 크라스노다르의 기업은 연방 우주국(Federal Space Agency)의 일부이지만 Saturn은 문자 그대로 90년대에 이 생산을 저장한 Ochakovo 회사가 소유하고 있습니다. Ochakovo의 소유자는 거의 미국인에게 전달되는 지배 지분을 구입했습니다. Ochakovo는 여기에 막대한 투자를 하고 현대 장비를 구입하고 전문가를 유지했으며 이제 Saturn은 업계의 두 리더 중 하나입니다. 러시아 시장우주 산업(민간 및 군사)의 요구에 맞는 태양광 및 충전식 배터리 생산. Saturn이 받는 모든 이익은 이곳 크라스노다르에 남아 있으며 생산 기지 개발에 사용됩니다.

2. 따라서 모든 것은 소위 사이트에서 시작됩니다. 가스상 에피택시. 이 방에는 가스 반응기가 있는데, 그곳에서 미래 태양전지의 기초가 될 결정층이 게르마늄 기판 위에 3시간 동안 성장합니다. 이러한 설치 비용은 약 3백만 유로입니다.

3. 그 후에도 기판에는 아직 갈 길이 멀습니다. 광전지의 양쪽 측면에 전기 접점이 적용됩니다(게다가 작업 측면에서 접점은 "빗살 패턴"을 가지게 되며 그 크기는 신중하게 계산됩니다) 햇빛의 최대 통과를 보장하기 위해) 반사 방지 코팅이 기판 코팅 등에 나타납니다. - 광전지가 태양전지의 기초가 되기 전에 다양한 설치에서 총 24개 이상의 기술 작업이 수행되었습니다.

4. 예를 들어 포토리소그래피 설치가 있습니다. 여기에서 전기 접점의 "패턴"이 광전지에 형성됩니다. 기계는 주어진 프로그램에 따라 모든 작업을 자동으로 수행합니다. 여기에는 광전지의 감광층에 해를 끼치 지 않는 빛이 적합합니다. 이전과 마찬가지로 아날로그 사진 시대에 우리는 "빨간색"램프를 사용했습니다.

5. 스퍼터링 설비의 진공 상태에서 전자빔을 사용하여 전기 접점과 유전체가 증착되고 반사 방지 코팅도 적용됩니다(광전지에서 생성되는 전류가 30% 증가합니다).

6. 광전지가 준비되었으므로 태양전지 조립을 시작할 수 있습니다. 부스 바는 서로 연결하기 위해 광전지 표면에 납땜되고 보호 유리가 접착되어 있지 않으면 공간에서 복사 조건 하에서 광전지가 부하를 견딜 수 없습니다. 그리고 유리 두께는 0.12mm에 불과하지만 이러한 광전지를 갖춘 배터리는 궤도에서 오랫동안 작동합니다(고궤도에서 15년 이상).

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7. 전기적 연결광전지는 두께가 0.02mm에 불과한 은 접점(바라고 함)을 사용하여 서로 연결됩니다.

8. 생성된 필요한 네트워크 전압을 얻으려면 태양전지, 광전지는 직렬로 연결됩니다. 이것은 직렬 연결된 광전지(광전 변환기, 맞습니다)의 단면 모습입니다.

9. 마지막으로 태양전지가 조립됩니다. 여기에는 배터리의 일부만 표시됩니다(모형 형식의 패널). 필요한 전력량에 따라 위성에는 최대 8개의 패널이 있을 수 있습니다. 현대 통신 위성에서는 10kW에 이릅니다. 이러한 패널은 위성에 장착되고 우주에서는 날개처럼 열리고 도움을 받아 위성 TV를 시청하고 위성 인터넷, 내비게이션 시스템을 사용합니다(GLONASS 위성은 크라스노다르 태양 전지 패널을 사용합니다).

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10. 우주선이 태양에 의해 조명될 때, 태양전지에서 생성된 전기는 우주선의 시스템에 전력을 공급하고, 잉여 에너지는 배터리에 저장됩니다. 우주선이 지구의 그림자에 있을 때 장치는 배터리에 저장된 전기를 사용합니다. 높은 에너지 용량(60W·h/kg)과 거의 고갈되지 않는 자원을 갖춘 니켈-수소 배터리는 우주선에 널리 사용됩니다. 이러한 배터리의 생산은 Saturn 공장 작업의 또 다른 부분입니다.

이 사진에서 니켈-수소 배터리 조립은 조국 공로 훈장 2급 메달 보유자인 Anatoly Dmitrievich Panin이 수행했습니다.

오전 10시

11. 니켈-수소 배터리 조립 공간. 배터리 내용물은 하우징에 배치할 준비가 되어 있습니다. 충전재는 분리기로 분리된 양극과 음극으로, 에너지 변환과 축적이 발생합니다.

12. 배터리 케이스가 얇은 금속으로 만들어지는 진공 상태에서의 전자빔 용접 설치.

13. 배터리 하우징과 부품의 고압 테스트를 수행하는 작업장 섹션.
배터리에 에너지가 축적되면 수소가 형성되고 배터리 내부의 압력이 증가하기 때문에 누출 테스트는 배터리 제조 공정에서 필수적인 부분입니다.

14. 니켈-수소 배터리의 하우징은 우주에서 작동하는 전체 장치에서 매우 중요한 부분입니다. 하우징은 60kg s/cm 2의 압력에 맞게 설계되었으며 테스트 중에 148kg s/cm 2의 압력에서 파열이 발생했습니다.

15. 테스트된 배터리는 전해질과 수소로 충전된 후 사용할 수 있습니다.

16. 니켈수소전지의 본체는 특수 금속합금으로 제작되어 기계적으로 강하고, 가벼우며, 열전도율이 높아야 합니다. 배터리는 셀에 설치되며 서로 닿지 않습니다.

17. 충전용 배터리와 이들로 조립된 배터리는 당사 자체 생산 시설에서 전기 테스트를 거칩니다. 우주에서는 더 이상 어떤 것도 수정하거나 교체할 수 없으므로 여기에서 모든 제품을 주의 깊게 테스트합니다.

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18. 모든 우주 기술은 우주선을 궤도에 진입시킬 때 하중을 시뮬레이션하는 진동 스탠드를 사용하여 기계적 테스트를 거칩니다.

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19. 전체적으로 토성식물이 가장 좋은 인상을 주었다. 제작은 잘 조직되어 있고, 작업장은 깨끗하고 밝으며, 일하는 사람들은 자격을 갖추고 있으며, 그러한 전문가들과 의사소통하는 것은 우리 공간에 적어도 어느 정도 관심이 있는 사람에게는 즐겁고 매우 흥미로운 일입니다. 나는 좋은 기분으로 토성을 떠났습니다. 여기서 그들이 한가한 잡담이나 서류 섞기에 참여하지 않고 실제적이고 진지한 작업을 수행하고 다른 나라의 유사한 제조업체와 성공적으로 경쟁하는 곳을 보는 것은 항상 좋은 일입니다. 러시아에는 이런 일이 더 많을 것입니다.

사진: © drugoi

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