Dansk Rumforskningsinstitut Byg din egen satellit - Space.aau.dk

More documents

Recommendations

Info

Dansk Rumforskningsinstitut Byg din egen satellit 9. Solceller og elforsyning 9.1 Solceller Solceller er langt den overvejende måde, hvorpå man producerer elektricitet i satelliter. En solcelle består af en ca. 0.15 mm tyk skive af Silicium (samme råmaterale til de mikrochips, der sidder i computere, mobiltelefoner TV-apparater os.v.) eller Gallium-Arsenid – GaAs. Udgangsmaterialet er først renset for alle urenheder ned til omkring 1 del på 10 9 , hvorefter der kontrolleret tilføres “urenheder” af forskelige grundstoffer, så der dannes en såkaldt PNovergang. Derefter pådampes et metallag på bagsiden og et metalnet på oversiden og tilledninger påsvejses. Se fig. 9.1-1, som viser en GaAs-solcelle fra firmaet TECSTAR, ref. [33]. Se også Ref. [34]. Elektrisk set får man en diode, som leder strømmen den ene vej, men ikke den anden. Belyses forsiden af solcellen og forbindes den til et ydre elektrisk kredsløb, vil der løbe en strøm, fuldstænding som fra et batteri. Fig. 9.1-1 TECSTAR Gallium-Arsenid solcelle 4 · 6 cm Lader man solen skinne på solcellen og påtrykker man den forskellige belastninger lige fra en kortslutning til en tomgang kan man tegne et kurve af sammenhørende værdier for spænding og strøm, som vist på den røde kurve i fig 9.1-2 for en GaAs-solcelle på 2 × 4 cm. Kortslutningsstrømmen er i dette tilfælde 222 mA og tomgangsspændingen 0.974 V. Op til en spænding på ca. 0.85 V leverer cellen en konstant strøm, mens den for en afgiven strøm i området fra 0 op til ca. 200 mA leverer en næsten konstant spænding. Beregner man, hvor meget effekt solcellen leverer i ethvert punkt, får man den blå stiplede kurve. Den afgivne effekt topper ved 0.875 V og 215 mA svarende til 0.188 W, markeret på kurven. Varierer man intensiteten af sollyset, enten ved at satellitten rejser ind mod eller bort fra solen, eller ved at indfaldsvinklen ændres, vil det vandrette stykke af kurven i fig. 9.1-2, hvor strømmen er konstant bevæge sig op eller ned proportionalt med intensiteten af sollyset. Tomgangsspændingen, derimod, ændres næsten ikke. Cosinusloven, ligning 7.1.1-1, gælder også ved solindfald på solpaneler. gen/dssp/mis/tn/0010(2) Side 50 Byg_din_egen_satellit_2_Draft_1.doc
Dansk Rumforskningsinstitut Byg din egen satellit Den vigtigste parameter for en solcelle er effektiviteten (efficiency eller conversion efficiency), som er et mål for hvor stor en del af solenergien, der omdannes til elektricitet. For at kunne beregne effektiviteten, η (eta), skal vi bruge solkonstanten S0 = 1353 W/m 2 fra afsnit 7.1.1. Når vi ved, at arealet solcellen i fig 9.1-2 er 8 cm 2 , er det let at beregne effektiviteten til η = 0.174 eller 17.4 %. Amp./Watt Isa n Ipmax Psa n Psamax 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Vsan , Vpmax, Vsan , Vpmax Current: Red solid line Power: Blue dotted line Max. power point marked by diamond Fig. 9.1-2 Strøm/spændingskarakteristik for GaAs solcelle på 2 · 4 cm De bedste solceller, man kan købe kommercielt idag, har en typisk effektivitet på 24% og kaldes GaAs multi-junction celler. I disse celler har man i samme skive af GaAs stablet tre eller fire solceller ovenpå hinanden, således at det sollys, som slipper igennem den første celle uden at blive til elektricitet, passerer celle nr. 2 og bliver delvist omdannet til elektricitet. Resten af lyset passerer så gennem celle nr. 3 o.s.v. I laboratoriet har man opnået effektiviteter på et godt stykke over 30 %, men cellerne er endnu ikke til salg. Når man stabler flere celler ovenpå hinanden, stiger udgangsspændingen også. For triple-junction celler (3 lag) er spændingen ca. 2.3 V ved. max effekt. Supersolcellerne er naturligvis dyre, så derfor kan man overveje at nøjes med simple GaAs solceller med η = 18 – 19.5 % alt efter teknologi og fabrikat, eller det billigste: Silicium-solceller med η = 16.5 %. Tomgangsspændingen fra siliciumsolceller er i omegnen af 0.6 V og maksimum effekt leveres ved ca. 0.5 V. Silicium-solceller til rumbrug koster ca. 175000 kr/m 2 . Det koster yderligere omtrent lige så meget for mekanik, montage og test, før man står med de færdige solpaneler. Vælger man de bedste GaAs solceller, må man ryste op med ca. 1.2 mio. kr/m 2 for cellerne alene. gen/dssp/mis/tn/0010(2) Side 51 Byg_din_egen_satellit_2_Draft_1.doc Volt
Page 1 and 2: Dansk Rumforskningsinstitut Byg din
Page 49: Dansk Rumforskningsinstitut Byg din
Page 79: Dansk Rumforskningsinstitut Byg din

Dansk Rumforskningsinstitut Byg din egen satellit - Space.aau.dk

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?