Kosmosdagi quyosh panellari. Kosmik quyosh batareyasi

Rossiya kosmik tizimlari xoldingi (RKS, Roskosmosning bir qismi) zamonaviylashtirilgan elektr himoya tizimini yaratishni yakunladi. quyosh panellari mahalliy ishlab chiqarish. Uning ishlatilishi kosmik kemalarning quvvat manbalarining ishlash muddatini sezilarli darajada uzaytiradi va Rossiya quyosh panellarini dunyodagi eng energiya tejamkorlaridan biriga aylantiradi. Rivojlanish haqida muharrir tomonidan olingan press-relizda xabar berilgan.

Yangi diodlarning dizayni patentlangan texnik echimlar, bu ularning ishlash xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilagan va ishonchliligini oshirgan. Shunday qilib, kristalning maxsus ishlab chiqilgan ko'p qatlamli dielektrik izolyatsiyasidan foydalanish diodaning 1,1 kilovoltgacha bo'lgan teskari kuchlanishlarga bardosh berishiga imkon beradi. Buning yordamida yangi avlod himoya diyotlari mavjud bo'lgan eng samarali fotovoltaik konvertorlar (PVX) bilan ishlatilishi mumkin. Ilgari, diodlar yuqori teskari kuchlanishga beqaror bo'lganida, eng samarali namunalarni tanlash kerak edi.

Diyotlarning ishonchliligi va xizmat qilish muddatini oshirish uchun RKS molibden asosidagi diodlar uchun yangi ko'p qatlamli kommutatsiya avtobuslarini yaratdi, buning natijasida diodlar 700 dan ortiq termal zarbalarga bardosh bera oladi. Termal zarba - bu kosmosdagi quyosh xujayralari uchun odatiy holat bo'lib, orbitaning yoritilgan qismidan Yerning soyali qismiga o'tish paytida harorat bir necha daqiqada 300 darajadan ko'proq Selsiyga o'zgaradi. Er usti quyosh batareyalarining standart komponentlari bunga bardosh bera olmaydi va kosmik batareyalarning ishlash muddati asosan ular omon qolishi mumkin bo'lgan termal zarbalar soni bilan belgilanadi.

Yangi diodlar bilan jihozlangan kosmik kema quyosh batareyasining faol ishlash muddati 15,5 yilgacha oshadi. Diyot Yerda yana 5 yil saqlanishi mumkin. Shunday qilib, yangi avlod diodlari uchun umumiy kafolat muddati 20,5 yil. Qurilmaning yuqori ishonchliligi mustaqil hayot sinovlari bilan tasdiqlangan, uning davomida diodlar yetti mingdan ortiq termal davrlarga bardosh bergan. Tasdiqlangan guruh ishlab chiqarish texnologiyasi RKSga yiliga 15 mingdan ortiq yangi avlod diodlarini ishlab chiqarish imkonini beradi. Ularni yetkazib berish 2017 yilda boshlanishi rejalashtirilgan.

Yangi quyosh xujayralari 300 daraja Selsiy bo'yicha 700 tagacha harorat o'zgarishiga bardosh beradi va kosmosda 15 yildan ortiq vaqt davomida ishlay oladi.

Kosmos uchun quyosh batareyalari 25x50 millimetr o'lchamdagi fotovoltaik konvertorlardan (PVX) iborat. Quyosh panellarining maydoni 100 kvadrat metrga yetishi mumkin (orbital stantsiyalar uchun), shuning uchun bitta tizimda juda ko'p quyosh batareyalari bo'lishi mumkin. FEPlar zanjir shaklida joylashtirilgan. Har bir alohida zanjir "tor" deb ataladi. Kosmosda individual quyosh xujayralari vaqti-vaqti bilan kosmik nurlar tomonidan shikastlanadi va agar ular hech qanday himoyaga ega bo'lmasa, ta'sirlangan konvertor joylashgan butun quyosh batareyasi ishlamay qolishi mumkin.

Quyosh batareyasini himoya qilish tizimining asosi diodlardan iborat - quyosh batareyalari bilan to'liq o'rnatilgan kichik qurilmalar. Quyosh batareyasi qisman yoki to'liq soyaga tushganda, quyosh batareyalari batareyalarga oqim berish o'rniga, uni iste'mol qila boshlaydi - quyosh batareyalari orqali teskari kuchlanish oqadi. Bunga yo'l qo'ymaslik uchun har bir PV xujayrasiga shunt diodi o'rnatiladi va har bir "string" ga blokirovka qiluvchi diyot o'rnatiladi. Quyosh batareyasi qanchalik samarali bo'lsa, u qanchalik ko'p oqim hosil qilsa, quyosh paneli Yer soyasiga kirganda teskari kuchlanish kuchayadi.

Agar shunt diodi teskari kuchlanishni ma'lum bir qiymatdan yuqoriroq "tortib olmasa", quyosh batareyalari batareyalarning to'g'ridan-to'g'ri zaryadlash oqimi va kiruvchi zaryadsizlanishning teskari oqimi minimal bo'lishi uchun kamroq samarali bo'lishi kerak. Vaqt o'tishi bilan kosmosdagi beqarorlashtiruvchi omillar ta'sirida alohida quyosh xujayralari yoki "tor" darhol ishlamay qolsa, bunday elementlar ishlaydigan quyosh batareyalari va boshqa "torlar" ga ta'sir qilmasdan oddiygina kesiladi. Bu qolgan, hali ham ishlaydigan konvertorlarga ishlashni davom ettirish imkonini beradi. Shunday qilib, quyosh batareyasining energiya samaradorligi va faol ishlash muddati diodlarning sifatiga bog'liq.

SSSRda quyosh batareyalarida faqat blokirovka qiluvchi diodlar ishlatilgan, agar bitta quyosh batareyasi ishlamay qolsa, ular darhol konvertorlarning butun zanjirini o'chirib qo'yishdi. Shu sababli, Sovet sun'iy yo'ldoshlarida quyosh panellarining degradatsiyasi tez sodir bo'ldi va ular juda uzoq vaqt ishlamadi. Bu bizni ularni almashtirish uchun qurilmalarni tez-tez yasash va ishga tushirishga majbur qildi, bu juda qimmat edi. 1990-yillardan boshlab mahalliy kosmik kemalarni yaratishda chet elda ishlab chiqarilgan quyosh batareyalari ishlatila boshlandi, ular diodlar bilan yig'ilgan holda sotib olingan. Vaziyatni faqat 21-asrda o'zgartirish mumkin edi.

1945 yilda AQSh armiyasida radioaloqa qurilmalaridan foydalanish haqida razvedka ma'lumotlari olindi. Bu haqda I.V. Sovet armiyasini radioaloqa bilan jihozlash to'g'risida darhol farmon chiqarishni tashkil etgan Stalin. Elementar elektro-galvanik instituti yaratildi, keyinchalik "Kvant" deb nomlandi. Qisqa vaqt ichida institut jamoasi radioaloqa uchun zarur bo‘lgan keng ko‘lamli tok manbalarini yaratishga muvaffaq bo‘ldi.

Nikolay Stepanovich Lidorenko 1950 yildan 1984 yilgacha "Kvant" ilmiy-ishlab chiqarish korxonasini (SPE) boshqargan.

1950 yildan beri institut "Berkut" loyihasi uchun energiya ishlab chiqaruvchi tizimlarni yaratmoqda. Loyihaning mohiyati zenit-raketalardan foydalangan holda Moskva uchun raketaga qarshi mudofaa tizimini yaratish edi. N.S. Lidorenko Vazirlar Kengashi huzuridagi Uchinchi Bosh Boshqarmaga chaqirilib, undan o'sha paytda sir bo'lgan ushbu mavzu bo'yicha ishlarga rahbarlik qilish taklif qilindi. Parvoz paytida zenit quroli va raketaning o'zini elektr energiyasi bilan ta'minlash tizimini yaratish kerak edi. Raketada an'anaviy kislota elektrolitlari asosida ishlab chiqaruvchi qurilmalardan foydalanish mumkin emas edi. N.S. Lidorenko tuz (suv o'z ichiga olmaydi) elektrolitlar bilan oqim manbalarini ishlab chiqish vazifasini qo'ydi. Elektrolit sifatida tuz quruq shaklda qadoqlangan. Raketa uchirilganda, batareya ichidagi squib kerakli vaqtda ishga tushirildi, issiqlik tuzni eritdi va shundan keyingina elektr toki paydo bo'ldi. Ushbu tamoyil S-25 tizimida ishlatilgan.

1950 yilda N.S. Lidorenko bilan R-2 raketasida ishlagan Sergey Pavlovich Korolev aloqaga chiqdi. Ko'p bosqichli raketaning parvozi murakkab raketaga aylanayotgan edi texnologik jarayon. N.S boshchiligidagi jamoa. Lidorenkoning so'zlariga ko'ra, avtonom elektr ta'minoti tizimlari R-2 raketasi va keyinchalik keyingi avlod R-5 raketasi uchun yaratilgan. Quvvat manbalari talab qilinadi yuqori quvvat: nafaqat raketaning elektr zanjirlarini, balki yadro zaryadlarini ham quvvat bilan ta'minlash kerak edi. Ushbu maqsadlar uchun termal batareyalardan foydalanish kerak edi.

1955 yil sentyabr oyida K-3 Leninskiy komsomol atom suv osti kemasi qurilishi boshlandi. Bu 1955 yil yanvar oyida Amerikaning "Nautilus" atom suv osti kemasining ishga tushirilishiga majburiy javob edi. Batareyalar eng zaif havolalardan biri bo'lib chiqdi. Hozirgi N.S.ning manbalari sifatida. Lidorenko kumush va sink asosidagi elementlardan foydalanishni taklif qildi. Batareyaning energiya sig'imi 5 baravar oshirildi, shuning uchun qurilmalar taxminan 40 000 amper / soat, nurda 1 million joulni etkazib berishga qodir edi. Ikki yil o'tgach, Leninskiy komsomoli jangovar navbatchilikka o'tdi. N.S. rahbarligida yaratilganlarning ishonchliligi va samaradorligi ko'rsatildi. Lidorenko akkumulyatori qurilmalari amerikalik hamkasbiga qaraganda 3 baravar kuchliroq bo'lib chiqdi.

N.S.ning keyingi bosqichi. Lidorenko torpedalar uchun elektr batareyalarni ishlab chiqardi. Qiyinchilik kichik hajmli mustaqil quvvat manbalariga bo'lgan ehtiyoj edi, ammo u muvaffaqiyatli bartaraf etildi.

Mashhur Korolev "etti" - R-7 raketasini yaratish bo'yicha ishlar alohida o'rin tutadi. Raketalar bo'yicha keng ko'lamli ishlarni amalga oshirishning boshlang'ich nuqtasi SSSR Vazirlar Kengashining 1946 yil 13 mayda I.V. tomonidan imzolangan qarori edi. Stalin. Hozirgi kunda ayrim jurnalistlar mamlakatimiz rahbariyatining kosmik loyihalarga qaratayotgan e’tiborini, birinchi navbatda, harbiy manfaatlar bilan izohlashga moyillik bilan harakat qilmoqda. Bu haqiqatdan uzoqdir, buni o'sha davrdagi mavjud hujjatli materiallar tasdiqlaydi. Garchi, albatta, istisnolar bor edi. Shunday qilib, N.S. Xrushchev S.P.ning eslatmalarini bir necha marta ishonchsizlik bilan o'qidi. Korolev, ammo KGB raisi Amerika Red Stone raketasining muvaffaqiyatsiz uchirilishi haqida xabar berganidan keyingina muammoni jiddiy qabul qilishga majbur bo'ldi, shundan so'ng Amerika mashinasi orbitaga apelsin o'lchamidagi sun'iy yo'ldoshni uchirishga qodir edi. Ammo Korolevning o'zi uchun R-7 raketasi kosmosga ucha olishi muhimroq edi.

1957-yil 4-oktabrda Yerning dunyodagi birinchi sun’iy yo‘ldoshi muvaffaqiyatli uchirildi. Sun'iy yo'ldoshning avtonom elektr ta'minoti tizimini N.S. Lidorenko.

Ikkinchi Sovet sun'iy yo'ldoshi bortida Laika iti bilan uchirildi. N.S. rahbarligida yaratilgan tizimlar. Lidorenko sun'iy yo'ldoshda hayotiy funktsiyalarni turli maqsadlar va dizayndagi turli xil oqim manbalari bilan ta'minladi.

Bu davrda N.S. Lidorenko o'sha paytda yangi, cheksiz quvvat manbai - Quyosh nuridan foydalanish imkoniyatini tushundi. Quyosh energiyasi kremniy yarimo'tkazgichlar asosidagi fotoelementlar yordamida elektr energiyasiga aylantirildi. O'sha paytda fizika bo'yicha fundamental ishlar tsikli yakunlandi va tushayotgan quyosh foton nurlanishini aylantirish printsipi asosida ishlaydigan fotoelementlar (fotokonvertorlar) kashf qilindi.

Aynan shu manba - quyosh panellari - uchinchi sovet sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshi - og'irligi bir yarim tonnaga yaqin bo'lgan avtomatik orbital ilmiy laboratoriya uchun asosiy va deyarli cheksiz energiya manbai edi.

Insonning koinotga birinchi parvoziga tayyorgarlik boshlandi. Uyqusiz tunlar, uzoq soatlar mashaqqatli mehnat... Mana bu kun ham keldi. Eslaydi N.S. Lidorenko: "Gagarinning ishga tushirilishidan bir kun oldin, Bosh dizaynerlar kengashida masala hal qilinmoqda... Ular jim. Korolev: "Xo'sh, yana sizning fikringiz qanday?" Yana tomoshabinlar jim. "Demak. Men siyishni rozilik belgisi sifatida qabul qilaman." Korolev ishora qiladi va biz hammamiz orqasiga o'n ikkita imzo qo'yamiz va Gagarin uchib ketadi ... "

Gagarinning parvozidan bir oy oldin - 1961 yil 4 mart - tarixda birinchi marta strategik raketaning jangovar kallagi tutib olindi. Prinsipial jihatdan yangi turdagi uskunalar - V-1000 raketaga qarshi raketa uchun quvvat manbai Kvant uyushmasi tomonidan yaratilgan batareya edi.

1961 yilda 20 dan 50 tagacha batareyani o'z ichiga olgan yirik bloklardan murakkab yagona energiya tizimlariga ega Zenit sinfidagi kosmik kemalarni yaratish bo'yicha ishlar ham boshlandi.

1961-yil 12-apreldagi voqeaga javoban AQSh prezidenti Jon Kennedi shunday dedi: "Bu oʻn yillikni ruslar ochdi. Biz uni yopamiz". U Oyga odam yuborish niyatini bildirdi.

Qo'shma Shtatlar kosmosga qurol joylashtirish haqida jiddiy o'ylay boshladi. 60-yillarning boshlarida amerikalik harbiylar va siyosatchilar Oyni harbiylashtirish rejalarini tuzdilar - bu qo'mondonlik punkti va harbiy raketa bazasi uchun ideal joy. AQSh Harbiy-havo kuchlari qo'mondoni Stenli Gardnerning so'zlaridan: “Yigirma yoki o'ttiz yil ichida Oy o'zining iqtisodiy, texnik va harbiy ahamiyatiga ko'ra bizning ko'z o'ngimizda Yerdagi ba'zi muhim hududlardan kam bo'lmagan qiymatga ega bo'ladi. Asosiy harbiy to'qnashuvlar kimning egaligi uchun sodir bo'lgan."

Fizik olim J.Alferov geterostrukturali yarimo‘tkazgichlar – turli komponentlarni bir atom qatlamiga qatlam-qatlam cho‘ktirish natijasida hosil bo‘lgan sun’iy kristallarning xossalari bo‘yicha qator tadqiqotlar olib bordi.

N.S. Lidorenko bu nazariyani darhol keng ko'lamli tajriba va texnikaga tatbiq etishga qaror qildi. Dunyoda birinchi marta sovet avtomatik kosmik kemasi Lunoxod galliy arsenid bilan ishlaydigan va 140-150 darajadan yuqori haroratga bardosh bera oladigan quyosh batareyalari bilan jihozlangan. Batareyalar Lunoxodning menteşeli qopqog'iga o'rnatildi. 1970 yil 17 noyabrda Moskva vaqti bilan soat 7:20 da Lunoxod-1 Oy yuzasiga tegdi. Parvozlarni boshqarish markazidan quyosh panellarini yoqish buyrug‘i olindi. Uzoq vaqt davomida quyosh panellaridan hech qanday javob bo'lmadi, lekin keyin signal o'tdi va quyosh panellari qurilmaning butun ishlashi davomida a'lo darajada ishladi. Birinchi kuni Lunoxod 197 metr, ikkinchisida allaqachon bir yarim kilometr yo'l bosib o'tdi... 4 oydan so'ng, 12 aprelda qiyinchiliklar paydo bo'ldi: Lunoxod kraterga qulab tushdi... Oxir-oqibat, xavfli qaror qabul qilindi - quyosh batareyasi bilan qopqog'ini yopish va ko'r-ko'rona orqaga qaytish yo'limiz. Ammo tavakkalchilik o‘z samarasini berdi.

Taxminan bir vaqtning o'zida Kvant jamoasi ishonchliligi yuqori bo'lgan aniq termoregulyatsiya tizimini yaratish muammosini hal qildi, bu xona haroratining 0,05 darajadan ko'p bo'lmagan og'ishlariga imkon berdi. O'rnatish V.I. maqbarasida muvaffaqiyatli ishlaydi. Lenin 40 yildan ortiq. Bu boshqa bir qator mamlakatlarda ham talabga ega bo'lib chiqdi.

N.S. faoliyatidagi eng muhim bosqich. Lidorenko boshqariladigan orbital stantsiyalar uchun elektr ta'minoti tizimlarini yaratish edi. 1973 yilda ana shunday stansiyalardan birinchisi, quyosh panellaridan iborat ulkan qanotli Salyut stansiyasi orbitaga chiqarildi. Bu Kvant mutaxassislarining muhim texnik yutug'i edi. Quyosh xujayralari galliy arsenid panellaridan iborat edi. Stansiya Yerning quyoshli tomonida ishlaganda, ortiqcha elektr quvvati elektr batareyalariga o'tkazildi va bu sxema kosmik kemani deyarli tugamaydigan energiya bilan ta'minladi.

Quyosh panellari va ularni "Salyut", "Mir" stansiyalari va boshqa kosmik kemalarda qo'llash asosida elektr ta'minoti tizimlarining muvaffaqiyatli va samarali ishlashi N.S. tomonidan taklif qilingan kosmik energiyani rivojlantirish strategiyasining to'g'riligini tasdiqladi. Lidorenko.

1982 yilda "Kvant" ilmiy-ishlab chiqarish korxonasi jamoasi kosmik energiya tizimlarini yaratgani uchun Lenin ordeni bilan taqdirlandi.

N.S. boshchiligidagi Kvant jamoasi tomonidan yaratilgan. Lidorenkoning so'zlariga ko'ra, elektr energiyasi mamlakatimizning deyarli barcha harbiy va kosmik tizimlarini energiya bilan ta'minlaydi. Ushbu jamoaning ishlanmalari deyiladi qon aylanish tizimi mahalliy qurollar.

1984 yilda Nikolay Stepanovich NPO Kvant bosh dizayneri lavozimini tark etdi. U "Lidorenko imperiyasi" deb nomlangan gullab-yashnayotgan korxonani tark etdi.

N.S. Lidorenko fundamental fanga qaytishga qaror qildi. Yo'nalishlardan biri sifatida u energiyani konvertatsiya qilish muammosini hal qilishning yangi usulini qo'llashga qaror qildi. Boshlanish nuqtasi insoniyat ishlab chiqarilgan energiyaning atigi 40 foizidan foydalanishni o'rganganligi edi. Elektr energetikasi samaradorligini 50% yoki undan ko'proq oshirish umidini oshiradigan yangi yondashuvlar mavjud. N.S.ning asosiy g'oyalaridan biri. Lidorenko - yangi fundamental elementar energiya manbalarini izlash imkoniyati va zarurati.

Materiallar manbalari: Material avvalroq bosma nashrlarda qayta-qayta e'lon qilingan ma'lumotlar asosida, shuningdek, "Quyosh uchun tuzoq" filmi (rejissyor A. Vorobyov, 1996 yil 19 aprelda efirga uzatilgan) asosida tuzilgan.

Quyosh panellari va ulardan foydalanish asosida kosmik kemalarni energiya bilan ta'minlash tizimlarining muvaffaqiyatli va samarali ishlashi N.S. tomonidan taklif qilingan kosmik energiyani rivojlantirish strategiyasining to'g'riligini tasdiqlaydi. Lidorenko.

ISSda quyosh batareyasi

Quyosh batareyasi - bir nechta kombinatsiyalangan fotoelektrik konvertorlar (fotosellar) - quyosh energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr tokiga aylantiradigan yarimo'tkazgichli qurilmalar quyosh kollektorlari, sovutish suvi materialini isitishni ishlab chiqarish.

Quyosh nurlanishini issiqlik va elektr energiyasiga aylantirishga imkon beradigan turli xil qurilmalar quyosh energiyasida tadqiqot ob'ekti hisoblanadi (yunoncha helios lelios, Helios -). Fotovoltaik elementlar va quyosh kollektorlarini ishlab chiqarish turli yo'nalishlarda rivojlanmoqda. Quyosh panellari turli o'lchamlarda bo'ladi, mikrokalkulyatorlarga o'rnatilganidan tortib, avtomobillar va binolarning tomlarini egallaganlargacha.

Hikoya

Quyosh xujayralarining birinchi prototiplari asli arman bo'lgan italiyalik fotokimyogari Giakomo Luiji Ciamician tomonidan yaratilgan.

1954 yil 25 aprelda Bell Laboratories kremniy asosidagi birinchi quyosh xujayralari yaratilishini e'lon qildi. elektr toki. Ushbu kashfiyotni kompaniyaning uchta xodimi - Kalvin Sauter Fuller, Deril Chapin va Jerald Pirson amalga oshirdi. Oradan 4 yil o‘tib, 1958-yil 17-martda Amerika Qo‘shma Shtatlarida birinchi quyosh panelli Vanguard 1 uchirildi, oradan bir necha oy o‘tib, 1958-yil 15-mayda Sputnik 3 SSSRda ham uchirildi. quyosh panellaridan foydalanish.

Kosmosda foydalaning

Quyosh panellari olishning asosiy usullaridan biridir elektr energiyasi bo'yicha: ular uzoq vaqt davomida hech qanday materiallarni iste'mol qilmasdan ishlaydi va shu bilan birga yadroviy va yadrodan farqli ravishda ekologik jihatdan qulaydir.

Biroq, Quyoshdan katta masofada (orbitadan tashqarida) uchishda ulardan foydalanish muammoli bo'lib qoladi, chunki quyosh energiyasi oqimi Quyoshdan masofa kvadratiga teskari proportsionaldir. Uchish paytida va aksincha, quyosh panellarining kuchi sezilarli darajada oshadi (Venera mintaqasida 2 marta, Merkuriy mintaqasida 6 marta).

Fotoelementlar va modullarning samaradorligi

Atmosferaga kirishda (AM0) quyosh radiatsiya oqimining kuchi kvadrat metrga taxminan 1366 vattni tashkil qiladi (shuningdek, AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D ga qarang). Shu bilan birga, Evropada quyosh nurlanishining o'ziga xos kuchi juda bulutli ob-havo sharoitida, hatto kunduzi ham 100 Vt / m² dan kam bo'lishi mumkin. Sanoatda ishlab chiqariladigan keng tarqalgan quyosh panellari yordamida bu energiya 9-24% samaradorlik bilan elektr energiyasiga aylantirilishi mumkin. Bunday holda, batareyaning narxi har bir vatt nominal quvvat uchun taxminan 1-3 AQSh dollarini tashkil qiladi. Quyosh batareyalaridan foydalangan holda elektr energiyasini sanoat ishlab chiqarish uchun kVt/soat narxi 0,25 AQSh dollarini tashkil etadi.Yevropa fotovoltaik assotsiatsiyasi (EPIA) ma'lumotlariga ko'ra, 2020 yilga kelib quyosh tizimlarida ishlab chiqariladigan elektr energiyasining narxi sanoat uchun bir kVt/soat uchun 0,10 evrodan kam tushadi. qurilmalar va turar-joy binolarida o'rnatish uchun kVt / soat uchun 0,15 € dan kam.

2009 yilda Spectrolab (Boeing sho'ba korxonasi) 41,6% samaradorlikka ega quyosh batareyasini namoyish etdi. 2011 yil yanvar oyida ushbu kompaniyaning 39% samaradorlikka ega quyosh batareyalari bozorga chiqishi kutilgan edi. 2011 yilda Kaliforniyaning Solar Junction kompaniyasi 5,5x5,5 mm o'lchamdagi quyosh batareyasi uchun 43,5% samaradorlikka erishdi, bu avvalgi rekorddan 1,2% yuqori.

2012-yilda Morgan Solar polimetilmetakrilat (pleksiglas), germaniy va galliy arsenididan kontsentratorni quyosh batareyasi o‘rnatilgan panel bilan birlashtirgan holda Sun Simba tizimini yaratdi. Panel statsionar bo'lganida tizimning samaradorligi 26-30% (yil vaqtiga va Quyosh joylashgan burchakka qarab), kristalli kremniyga asoslangan quyosh batareyalarining amaliy samaradorligidan ikki baravar ko'p edi.

2013-yilda Sharp 44,4% samaradorlik bilan indiy galliy arsenid bazasida 4x4 mm o'lchamdagi uch qavatli quyosh batareyasini va Fraungofer quyosh energiyasi tizimlari instituti, Soitec, CEA-Leti va Helmgoltz markazidan bir guruh mutaxassislarni yaratdi. Berlin Fresnel linzalari yordamida 44,7% samaradorlik bilan fotoselni yaratdi va o'zining 43,6% yutug'idan oshib ketdi. 2014-yilda Fraunhofer Quyosh energiyasi tizimlari instituti yorug‘likni juda kichik fotoelementga qaratuvchi linzalar tufayli 46% samaradorlikka ega bo‘lgan quyosh batareyalarini yaratdi.

2014-yilda ispan olimlari kremniydan quyoshdan keladigan infraqizil nurlanishni elektr energiyasiga aylantira oladigan fotovoltaik elementni yaratdilar.

Istiqbolli yo'nalish - kichik antennada (taxminan 200-300 nm) yorug'lik (ya'ni, taxminan 500 TGs chastotali elektromagnit nurlanish) tomonidan induktsiya qilingan oqimlarni to'g'ridan-to'g'ri rektifikatsiya qilish orqali ishlaydigan nanoantennalar asosida fotosellarni yaratish. Nanoantennalar ishlab chiqarish uchun qimmatbaho xom ashyoni talab qilmaydi va 85% gacha potentsial samaradorlikka ega.

Fotoelementlarning samaradorligiga ta'sir qiluvchi omillar

Fotoelementlarning strukturaviy xususiyatlari harorat oshishi bilan panellarning ishlashini pasayishiga olib keladi.

Fotovoltaik panelning ishlash xususiyatlaridan ko'rinib turibdiki, eng katta samaradorlikka erishish uchun yuk qarshiligini to'g'ri tanlash kerak. Buning uchun fotovoltaik panellar to'g'ridan-to'g'ri yukga ulanmaydi, lekin uni ta'minlaydigan fotovoltaik tizimni boshqarish moslamasidan foydalaning. optimal rejim panelning ishlashi.

Ishlab chiqarish

Ko'pincha bitta fotosellar etarli quvvat ishlab chiqarmaydi. Shuning uchun, ma'lum miqdordagi fotovoltaik hujayralar fotovoltaik quyosh modullari deb ataladigan narsalarga birlashtiriladi va shisha plitalar orasiga armatura o'rnatiladi. Ushbu yig'ilish to'liq avtomatlashtirilgan bo'lishi mumkin.

Oltmish yildan ko'proq vaqt oldin, amaliy quyosh energiyasi davri boshlandi. 1954 yilda uchta amerikalik olim dunyoni kremniy asosidagi birinchi quyosh batareyalari bilan tanishtirdi. Bepul elektr energiyasi olish istiqboli juda tez amalga oshdi va dunyoning yetakchi ilmiy markazlari quyosh elektr stansiyalarini yaratish ustida ishlay boshladilar. Quyosh panellarining birinchi "iste'molchisi" kosmik sanoat edi. Aynan shu erda, boshqa hech qanday joyda bo'lgani kabi, qayta tiklanadigan energiya manbalariga ehtiyoj bor edi, chunki sun'iy yo'ldoshlardagi bort batareyalari o'z resurslarini tezda tugatdi.

Va atigi to'rt yil o'tgach, kosmosdagi quyosh panellari o'zlarining cheksiz vazifasini boshladilar. 1958 yil mart oyida Qo'shma Shtatlar bortida quyosh panellari bo'lgan sun'iy yo'ldoshni uchirdi. Ikki oydan kamroq vaqt o'tgach, 1958 yil 15 mayda Sovet Ittifoqi Sputnik 3 ni bortida quyosh panellari bilan Yer atrofida elliptik orbitaga olib chiqdi.

Kosmosdagi birinchi mahalliy quyosh elektr stantsiyasi

Sputnik 3 ning pastki va burun qismiga kremniy quyosh panellari oʻrnatildi. Ushbu tartibga solish sun'iy yo'ldoshning quyoshga nisbatan orbitadagi holatidan qat'i nazar, deyarli uzluksiz qo'shimcha elektr energiyasini olish imkonini berdi.

Uchinchi sun'iy yo'ldosh. Quyosh paneli aniq ko'rinadi

Bort batareyalari 20 kun ichida xizmat muddatini tugatdi va 1958 yil 3 iyunda sun'iy yo'ldoshga o'rnatilgan asboblarning aksariyati quvvatsizlandi. Biroq Quyosh nurlanishini o‘rganuvchi qurilma, olingan ma’lumotni yerga jo‘natuvchi radiouzatuvchi va radiomayoq o‘z ishini davom ettirdi. Bortdagi akkumulyatorlar tugaganidan so‘ng, bu qurilmalar to‘liq quyosh panellari bilan quvvatlantirildi. Radio mayoq deyarli 1960 yilda sun'iy yo'ldosh Yer atmosferasida yonib ketguncha ishladi.

Mahalliy kosmik fotoenergetikaning rivojlanishi

Dizaynerlar kosmik kemalarni elektr bilan ta'minlash haqida hatto birinchi raketalarni loyihalash bosqichida ham o'ylashdi. Axir, batareyalarni kosmosda almashtirib bo'lmaydi, ya'ni kosmik kemaning faol xizmat qilish muddati faqat bort batareyalarining quvvati bilan belgilanadi. Birinchi va ikkinchi sun'iy sun'iy yo'ldoshlar faqat bort batareyalari bilan jihozlangan bo'lib, ular bir necha haftalik ishlagandan keyin tugadi. Uchinchi sun'iy yo'ldoshdan boshlab, barcha keyingi kosmik kemalar quyosh panellari bilan jihozlangan.

Kosmosning asosiy ishlab chiqaruvchisi va ishlab chiqaruvchisi quyosh elektr stansiyalari“Kvant” ilmiy-ishlab chiqarish korxonasi mavjud edi. Kvant quyosh panellari deyarli barcha mahalliy kosmik kemalarga o'rnatiladi. Dastlab bu silikon quyosh xujayralari edi. Ularning kuchi berilgan o'lchamlar va og'irlik bilan cheklangan edi. Ammo keyin Kvant olimlari mutlaqo yangi yarimo'tkazgich - galliy arsenid (GaAs) asosida dunyodagi birinchi quyosh batareyalarini ishlab chiqdilar va ishlab chiqardilar.

Bundan tashqari, dunyoda o'xshashi bo'lmagan mutlaqo yangi geliy panellari ishlab chiqarishga kiritildi. Ushbu yangi mahsulot to'r yoki simli tuzilishga ega bo'lgan substratda yuqori samarali geliy panellari.

Mesh va torli tayanchli geliy panellari

Ikki tomonlama sezgirlikka ega kremniy geliy panellari past orbitali kosmik kemalarga o'rnatish uchun maxsus ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan. Masalan, xalqaro kosmik stantsiyaning Rossiya segmenti uchun (Zvezda kosmik kemasi) ikki tomonlama sezgirlikka ega kremniy asosidagi panellar ishlab chiqarilgan va bitta panelning maydoni 72 m² ni tashkil etdi.

Zvezda kosmik kemasining quyosh batareyasi

Amorf kremniy asosida mukammal o'ziga xos tortishish xususiyatlariga ega moslashuvchan quyosh batareyalari ham ishlab chiqilgan va ishlab chiqarishga kiritilgan: og'irligi atigi 400 g / m² bo'lgan bu batareyalar 220 Vt / kg ko'rsatkichli elektr energiyasini ishlab chiqargan.

Amorf kremniyga asoslangan moslashuvchan gel batareyasi

Quyosh xujayralarining samaradorligini oshirish uchun Katta kosmikning geliy panellariga salbiy ta'sirini aniqlash uchun keng qamrovli er osti tadqiqotlari va sinovlari o'tkazildi. Bu har xil turdagi kosmik kemalar uchun belgilangan muddat bilan quyosh batareyalarini ishlab chiqarishga o'tish imkonini berdi faol ish 15 yilgacha.

Venera missiyasi kosmik kemasi

1965 yil noyabr oyida to'rt kunlik interval bilan ikkita kosmik kema Venera 2 va Venera 3 eng yaqin qo'shnimiz Veneraga uchirdi. Bu ikkita mutlaqo bir xil kosmik zondlar edi, ularning asosiy vazifasi Veneraga qo'nish edi. Ikkala kosmik kema ham galliy arsenidiga asoslangan quyosh panellari bilan jihozlangan bo'lib, ular o'zlarini avvalgi Yerga yaqin kosmik kemalarda isbotlagan. Parvoz davomida ikkala zondning barcha jihozlari uzluksiz ishlagan. “Venera-2” stansiyasi bilan 26 ta, “Venera-3” stansiyasi bilan 63 ta aloqa seansi amalga oshirildi.Shunday qilib, ushbu turdagi quyosh batareyalarining eng yuqori ishonchliligi tasdiqlandi.

Boshqarish uskunasidagi nosozliklar tufayli Venera 2 bilan aloqa uzilib qolgan, biroq Venera 3 stansiyasi yo‘lida davom etgan. 1965 yil dekabr oyining oxirida Yerdan berilgan buyruqdan keyin traektoriya tuzatildi va 1966 yil 1 martda stansiya Veneraga yetib keldi.

Ushbu ikki stantsiyaning parvozi natijasida olingan ma'lumotlar yangi missiyani tayyorlashda hisobga olindi va 1967 yil iyun oyida Venera-4 yangi avtomatik stansiyasi Venera tomon uchirildi. Ikki oldingi kabi, u umumiy maydoni 2,4 m² bo'lgan gallium arsenidli quyosh panellari bilan jihozlangan. Ushbu batareyalar deyarli barcha jihozlarning ishlashini qo'llab-quvvatladi.

"Venera-4" stantsiyasi. Quyida tushirish moduli mavjud

1967 yil 18 oktyabrda tushish moduli ajralib chiqib, Venera atmosferasiga kirgandan so'ng, stansiya orbitada o'z ishini davom ettirdi, shu jumladan, tushayotgan transport vositasining radio uzatgichidan Yerga signallarni uzatish relesi sifatida xizmat qildi.

Luna missiyasining kosmik kemasi

Galliy arsenidiga asoslangan quyosh batareyalari Lunoxod-1 va Lunokhod-2 edi. Ikkala qurilmaning quyosh panellari menteşeli qopqoqlarga o'rnatildi va butun ish davrida sodiqlik bilan xizmat qildi. Bundan tashqari, dasturi va resursi bir oy ishlashga mo'ljallangan Lunoxod-1da batareyalar rejalashtirilganidan uch baravar ko'proq, uch oy davom etdi.

Lunoxod-2 Oy yuzasida to'rt oydan sal ko'proq vaqt davomida 37 kilometr masofani bosib o'tdi. Agar uskuna haddan tashqari qizib ketmagan bo'lsa, u hali ham ishlashi mumkin edi. Qurilma bo'shashgan tuproqli yangi kraterga tushib ketdi. Men uzoq vaqt sirg'alib ketdim, lekin oxir-oqibat teskari vitesda chiqishga muvaffaq bo'ldim. U teshikdan chiqqanida, quyosh panellari o'rnatilgan qopqoq ustiga oz miqdordagi tuproq tushgan. Berilgan issiqlik rejimini saqlab qolish uchun, buklangan quyosh panellari tungi vaqtda apparat bo'limining yuqori qopqog'iga tushirildi. Kraterni tark etib, qopqoqni yopgandan so'ng, undan tuproq apparat bo'limiga tushib, o'ziga xos issiqlik izolyatori bo'ldi. Kun davomida harorat yuz darajadan oshdi, uskunalar bunga chiday olmadi va ishdan chiqdi.

Yangi yarimo‘tkazgich materiallardan foydalangan holda eng yangi nanotexnologiyalar yordamida ishlab chiqarilgan zamonaviy quyosh panellari og‘irlikni sezilarli darajada kamaytirish bilan 35 foizgacha samaradorlikka erishish imkonini berdi. Va bu yangi geliy panellari Yerga yaqin orbitalar va chuqur kosmosga yuborilgan barcha qurilmalarda sodiqlik bilan xizmat qiladi.