Футуристическая возобновляемая энергия: спутник солнечной энергии - Kaif

Футуристическая возобновляемая энергия: спутник солнечной энергии

Спутник солнечной энергии

Все началось в конце 1960-х годов, изначально была предложена идея использования солнечной энергии прямо из космоса и передачи ее на Землю, которая претерпела различные изменения и комбинации. Основное преимущество, которое обсуждалось в то время, заключалось в том, что, размещая солнечные батареи в космосе, можно использовать 99% солнечной энергии в течение 24 часов в сутки.

Кроме того, поскольку запасы ископаемого топлива быстро истощаются, космическая солнечная энергия является необходимостью. Преимущество этой технологии заключается в том, что она является экологически чистой, вызывает минимальные потери и является современным способом передачи энергии. Согласно последнему исследованию, нынешние темпы потребления нефти приведут к ее истощению в ближайшие 65 лет. Для будущего потребления эта дилемма требует альтернативного источника энергии, и солнечная энергия является одним из лучших вариантов. На данный момент мы создаем электричество, используя солнечные панели, которые собирают солнечный свет в качестве источника энергии. Однако у использования солнечной энергии на Земле есть два существенных недостатка. Во-первых, солнечный свет недоступен ночью, и, кроме того, солнечный свет иногда загораживает облака. Поэтому установка солнечных батарей в космосе с помощью спутников — один из ответов на эти проблемы.

футуристическая-возобновляемая-энергия-солнечная-энергия-спутник
МДПИ

Строительство спутника солнечной энергии

Местоположение солнечной батареи

Массив, установленный на корпусе

Эти массивы прочно соединены с корпусом спутника. Из-за нехватки места этот тип монтажа обычно используется для небольших спутников, таких как CubeSats и SmallSats. Кроме того, солнечные панели и полезная нагрузка системы могут быть эффективно объединены вместе.

Развернутый массив

Такое крепление обычно используется для огромных спутников, требующих большой мощности. Солнечные элементы этого типа расположены на крыльях, которые разворачиваются, когда космический корабль выходит на орбиту своей миссии. Солнечному спутнику требуются большие крылья солнечной батареи для выработки большого количества энергии; поэтому для решения этой проблемы солнечные спутники обычно используют геосинхронную орбиту (GEO), которая находится на высоте 36 000 км над поверхностью Земли и не имеет атмосферного сопротивления.

В чем разница между наземными и космическими солнечными панелями?

  • Они легкие.
  • Они сделаны, чтобы противостоять космическому излучению.
  • Поскольку в помещении нет влаги, нет необходимости изолировать компоненты от коррозии.
  • Им не нужна механическая поддержка, которая требуется в наземных солнечных панелях.
футуристическая-возобновляемая-энергия-солнечная-энергия-спутник
Институт аэродинамики и гидротехники, космонавтика

Типы орбит спутников Земли

Существует 3 основных типа орбит:

  1. Низкая околоземная орбита (НОО)
  2. Средняя околоземная орбита (MEO)
  3. Геосинхронная орбита (GEO)

Поскольку геосинхронная орбита является наиболее подходящей орбитой для спутника солнечной энергии, давайте посмотрим на нее подробнее!

Геосинхронная орбита

продолжительность обращения ГСО составляет 1 сутки. Хотя она эллиптическая с наклоном к экваториальной плоскости. Несмотря на то, что геостационарная орбита является подмножеством геостационарной орбиты, названия часто меняются местами, а аббревиатура часто совпадает (GEO). На высоте около 36000 километров он вращается вокруг экватора с запада на восток. Орбита круговая, с наклоном 0 градусов к плоскости экватора. Кроме того, продолжительность обращения составляет 23 часа 56 минут и 4 секунды, что эквивалентно одному дню. В результате спутник кажется «неподвижным» над земной точкой. Эта орбита в основном используется для спутников связи; три равномерно расположенных спутника могут обеспечить всестороннее покрытие, за исключением полярных районов, со скоростью примерно 3 км/с. С другой стороны, как описано выше, солнечный спутник будет вращаться на геосинхронной орбите, чтобы предотвратить атмосферное и гравитационное сопротивление.

футуристическая-возобновляемая-энергия-солнечная-энергия-спутник
Википедия

Факторы, влияющие на спутник солнечной энергии

1. Радиационный пояс Ван Аллена

Протоны, электроны и более тяжелые ионы «захвачены» магнитным полем Земли в «пояса», названные в честь первооткрывателя «Ван Аллена». Энергии электронов варьируются от нескольких кэВ до примерно 7 МэВ. Энергия протонов и ионов варьируется от нескольких кэВ до примерно 500 МэВ. Хотя небольшое количество частиц имеет энергию выше этой, они не важны с точки зрения конструкции космического корабля. Пространственное распределение изменяется на несколько порядков в зависимости от высоты и наклонения орбиты. Кроме того, южноатлантическая аномалия – 11-градусная разница температур между магнитным и пространственным полюсами, а также смещение пространственного и геомагнитного центров Земли – вызывает магнитное возмущение над Южной Атлантикой, задерживая заряженные частицы на более низких высотах (около 400 км). В результате, поскольку космические корабли должны проходить через пояса Ван Аллена, они создают трудности для любой орбиты.

2. Температура

Поскольку в среде нет конвекции или теплопроводности, температура любого космического корабля полностью контролируется излучением. Чтобы сохранить массив солнечных батарей холодным, жизненно важно оптимизировать излучение массива. Избегайте чрезмерного поглощения энергии, используя «настроенные» покровные стекла на ячейках, чтобы блокировать инфракрасный и ультрафиолетовый свет, которые ячейки не могут использовать. Максимизируйте отток тепла от массива, излучая тепло в дальний космос, используя поверхности с высоким коэффициентом излучения. Разница температур между полным солнечным светом в передней части массива и темнотой сзади будет значительной. Температура массива может варьироваться от -10°C для панели корпуса, установленной на LEO, до -140°C во время затмения, при этом рабочие температуры обычно находятся в диапазоне от 30 до 90С. (наихудший случай глубокого затмения развернутого массива GEO).

3. Атомарный кислород

Атомарный кислород является основной составляющей атмосферы на высотах 200-700 км. Атомарный кислород очень реактивен и разъедает материалы, особенно серебро на межсоединениях. Это может привести к поломке массива и является фактором, определяющим срок службы миссии. Все чувствительные поверхности массива должны быть защищены (например, с помощью комбинации покровного стекла и клея). Поверхностная эрозия также может вызывать тепловые, электрические и оптические изменения, влияющие на условия эксплуатации солнечной батареи.

Преимущества

  1. По сравнению с величайшими земными местами на Земле полное солнечное излучение будет доступно в любое время, что приведет к почти 5-кратному увеличению солнечной энергии.
  2. Любая Ректенна на планете может стать целью антенны.
  3. Невесомость в космосе и экстремальный вакуум позволили бы создавать значительно более легкие и не требующие особого ухода конструкции и коллекторы солнечной энергии.
  4. Нет необходимости в топливе.

Заключение

Таким образом, космическая солнечная энергия является футуристической альтернативой традиционной наземной солнечной энергии. Кроме того, солнечный спутник является одним из наиболее значимых компонентов идеи SBSP, и для получения максимального солнечного излучения от Солнца спутник должен быть модернизирован по конструктивным соображениям. Несмотря на то, что концепция очень дорогая и установка потребует времени, она будет обеспечивать мощность в 5 раз больше, чем у лучших наземных солнечных панелей, и в 99% времени года.

Добавить комментарий