Каталог разработок

Солнечные элементы и батареи космического применения

Поставщик: ОАО «НПП «Квант» Ключевые слова: НПП «Квант», фотоэнергетика, солнечные батареи

Разработка и изготовление солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материалов. Проектирование и изготовление солнечных батарей для космических аппаратов со сроком активного существования до 15 лет.

В настоящее время в НПП «Квант» ведутся работы по трем основным направлениям развития космической фотоэнергетики и ее элементной базы, а именно:

Создание солнечных батарей на основе монокристаллического кремния

Созданные в НПП «Квант» кремниевые солнечные батареи соответствуют мировому уровню, что было подтверждено при выполнении ряда зарубежных заказов по их изготовлению в интересах Индии, Франции, Голландии, Чехии, Израиля, Китая. Эти батареи обладают:

  • наивысшей начальной удельной энергетической характеристикой ~ 200Вт/м2;
  • наименьшей деградацией за срок активного существования;
  • двусторонней чувствительностью, что используется на низколетящих космических аппаратах и позволяет увеличить выходную мощность солнечных батарей на 10-15 % за счет преобразования альбедо Земли (в частности, солнечные батареи для КА «Заря», «Звезда», российского сектора МКС, СБ для КА «Монитор-Э»).

Создание солнечных батарей на основе многокаскадных фотоэлектрических преобразователей с использованием сложных полупроводниковых материалов на инородных подложках.

С помощью солнечных элементов на основе каскадных сложных гетеропереходных структур, использующих тройные и четвертные соединения АIIIВV, наносимые на инородную полупроводниковую подложку, в настоящее время достигнуты максимальный кпд в условиях космоса, наилучшие результаты по удельной мощности, сроку активного существования и минимальной деградации за этот срок. C помощью подобных солнечных элементов освоен диапазон кпд 25-30%. Для целого класса перспективных космических аппаратов, например, крупных геостационарных платформ, а также космических аппаратов, предназначенных для транспортных операций в космосе с использованием электрореактивных двигательных установок, возможность выполнить современные целевые задачи позволяет только использование подобных высокоэффективных солнечных батарей. Учитывая это, а также используя многолетний опыт проектирования солнечных батарей на основе GaAs, НПП «Квант» развивает работы в указанном направлении.

Создание гибких тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния с максимальной удельной энергомассовой характеристикой и минимальной стоимостью.

Это совершенно новое направление в космической фотоэнергетике. Наиболее перспективным типом таких фотоэлектрических преобразователей в настоящее время являются 3-х-каскадные ФЭП на основе аморфного кремния (a-Si). Первоначально созданные для целей наземной фотоэнергетики солнечные батареи из аморфного кремния в настоящее время рассматриваются для использования в условиях космоса, вследствие:

  • возможности получения высоких энергомассовых характеристик солнечных батарей, в 4-5 раз выше, чем у солнечных батарей, изготовленных на основе монокристаллического кремния, несмотря на их меньший начальный кпд;
  • высокой радиационной стойкости;
  • возможности снижения на порядок и более удельной стоимости солнечной батареи по сравнению с монокристаллическим вариантом.

Существенным преимуществом гибких тонкопленочных солнечных батарей является их малый стартовый (транспортный) объем, возможность создания на их основе легко развертываемых солнечных батарей рулонного типа и т.д.

В качестве базовой технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного кремния для космического применения рассматривается освоенная совместным российско-американским предприятием ООО «Совлакс» (соучредители НПП «Квант», ЕСD Ltd.,USA) технология наземного применения. Эта технология обеспечивает формирование каскадной трехпереходной фотоэлектрической структуры на основе сплавов a-Si на тонкой ленточной подложке.

Современные проекты НПП «Квант» в области космической фотоэнергетики

  • МКС: Российский сегмент из модулей «Заря» и «Звезда» с солнечными преобразователями с двусторонней чувствительностью
  • Крупные геостационарные платформы «СиСат», «Экспресс-А», «Экспресс-АМ», «КазСат» и др.
  • Космические аппараты для дистанционного зондирования Земли и метеорологии «Монитор-Э», «Метеор-3» и др.
Основные характеристики солнечных батарей НПП «Квант»
Основные характеристики Моно- кристаллический GalnP2-GalnAs-Ge
трехкаскадные
Аморфный
Удельная мощность СБ при АМ0, 25°С в оптимальной точке ВАХ, Вт/м2 200 ~350 90-100
Удельная мощность СБ при АМ0, 60°C, в оптимальной точке ВАХ, Вт/м2 165-170 ~320 80-90
Удельная масса (по фотообразующей части без учёта каркаса), кг/м2:
— сетчатая подложка
— сотовая подложка
1,7-1,85
1,4-1,5
1,9
1,6
0,3
Деградация рабочего тока за САС, %
— 10 лет GEO
— 10 лет LEO
— 10 лет на эллиптической и промежуточной орбитах
20
20
30
15
15
25
Радиационная
деградация
~7%
Станция "Мир"

Станция "Мир"

Солнечные преобразователи с двусторонней чувствительностью

Солнечные преобразователи с двусторонней чувствительностью

Международная космическая станция

Международная космическая станция

Солнечная батарея

Солнечная батарея

Карточка организации:

  • Теги