Svemirska solarna baterija strane proizvodnje. Ecowatt: Baterije i solarni paneli u svemiru. Svemirska letjelica misije "Mjesec"

Riječ je o fotonaponskim pretvaračima – poluvodičkim uređajima koji solarnu energiju pretvaraju u istosmjernu električnu struju. Jednostavno rečeno, to su osnovni elementi onoga što nazivamo "solarnim panelima". Uz pomoć takvih baterija umjetni zemaljski sateliti djeluju u svemirskim orbitama. Takve se baterije proizvode ovdje u Krasnodaru - u tvornici Saturn. Uprava pogona pozvala je autora ovog bloga da pogleda proizvodni proces i ispričaj o tome u svom dnevniku.

1. Poduzeće u Krasnodaru dio je Federalne svemirske agencije, ali Saturn je u vlasništvu tvrtke Ochakovo, koja je doslovno spasila ovu proizvodnju 90-ih godina. Vlasnici Ochakova otkupili su kontrolni paket, koji je zamalo pripao Amerikancima. "Ochakovo" je ovdje uložio velika sredstva, kupljen moderna oprema, uspio zadržati stručnjake i sada je "Saturn" jedan od dva lidera na ruskom tržištu za proizvodnju solarnih i akumulatorskih baterija za potrebe svemirske industrije - civilne i vojne. Sav profit koji Saturn dobije ostaje ovdje u Krasnodaru i ide u razvoj proizvodne baze.

2. Dakle, sve počinje ovdje – na stranici tzv. plinovita faza epitaksije. U ovoj prostoriji nalazi se plinski reaktor u kojem se tri sata uzgaja kristalni sloj na germanijevoj podlozi, koji će poslužiti kao osnova za buduću fotoćeliju. Cijena takve instalacije je oko tri milijuna eura.

3. Nakon toga, supstrat ima još dug put: električni kontakti bit će primijenjeni na obje strane fotoćelije (štoviše, na radnoj strani kontakt će imati "češljasti uzorak", čije su dimenzije pažljivo izračunato da osigura maksimalan prijenos sunčeve svjetlosti), pojavit će se antirefleksija na podlozi itd. - ukupno više od dvadesetak tehnoloških operacija na različitim instalacijama prije nego što fotoćelija postane osnova solarne baterije.

4. Na primjer, fotolitografska postavka. Ovdje se na fotoćelijama formiraju "obrasci" električnih kontakata. Stroj sve operacije izvodi automatski, prema zadanom programu. Ovdje je i svjetlo primjereno, koje ne šteti fotoosjetljivom sloju fotoćelije – kao i prije, u eri analogne fotografije, koristili smo "crvene" lampe.

5. U vakuumu jedinice za taloženje nanose se električni kontakti i dielektrici pomoću snopa elektrona, a nanose se antirefleksne prevlake (povećavaju struju koju stvara fotoćelija za 30%).

6. Pa, fotoćelija je spremna i možete započeti sastavljanje solarne baterije. Gume se zalemljuju na površinu fotoćelije, kako bi se potom međusobno spojile, a na njih se lijepi zaštitno staklo bez kojeg u prostoru, u uvjetima zračenja, fotoćelija možda neće izdržati opterećenja. I, iako je debljina stakla samo 0,12 mm, baterija s takvim fotoćelijama će dugo raditi u orbiti (u visokim orbitama više od petnaest godina).

7. Električno spajanje fotoćelija jedna s drugom vrši se srebrnim kontaktima (nazivaju se sabirnice) debljine samo 0,02 mm.

8. Kako bi se dobio potreban napon u mreži, koji generira solarna baterija, fotoćelije se spajaju u seriju. Ovako izgleda dio serijski spojenih fotonaponskih ćelija (fotonaponski pretvarači – tako je).

9. Konačno, solarni panel je sastavljen. Ovdje je prikazan samo dio baterije - ploča u formatu izgleda. Takvih panela na satelitu može biti do osam, ovisno o tome koliko je energije potrebno. Na modernim komunikacijskim satelitima doseže 10 kW. Takvi paneli bit će postavljeni na satelit, u svemiru će se razvijati poput krila i uz njihovu pomoć ćemo gledati satelitsku TV, koristiti satelitski internet, navigacijski sustavi (Glonass sateliti koriste Krasnodar solarni paneli).

10. Kada je letjelica osvijetljena Suncem, električna energija koju proizvodi solarna baterija napaja sustave letjelice, a višak energije se pohranjuje u bateriji. Kada je letjelica u sjeni Zemlje, letjelica koristi električnu energiju pohranjenu u bateriji. Nikl-vodikova baterija, koja ima visok energetski kapacitet (60 W h / kg) i gotovo neiscrpan resurs, naširoko se koristi u svemirskim letjelicama. Proizvodnja takvih baterija je još jedan dio posla Saturnove tvornice.

Na ovoj fotografiji montažu nikl-vodikove baterije vrši nositelj medalje Reda za zasluge za domovinu, II stupnja, Anatolij Dmitrijevič Panin.

10a

11. Mjesto za montažu nikl-hidrogen baterija. Punjenje baterije je pripremljeno za postavljanje u kućište. Punjenje se sastoji od pozitivnih i negativnih elektroda razdvojenih papirom za odvajanje – u njima se odvija transformacija i akumulacija energije.

12. Instalacija za zavarivanje elektronskim snopom u vakuumu uz pomoć koje se izrađuje kućište baterije tanki metal.

13. Dio trgovine, gdje se ispituju tijela i dijelovi akumulatora na visoki tlak.
Zbog činjenice da je nakupljanje energije u bateriji praćeno stvaranjem vodika i porastom tlaka unutar baterije, ispitivanje nepropusnosti je sastavni dio procesa proizvodnje baterije.

14. Tijelo nikl-vodikove baterije vrlo je važan dio cjelokupnog uređaja koji djeluje u svemiru. Tijelo je dizajnirano za pritisak od 60 kg · s / cm 2, tijekom ispitivanja došlo je do pucanja pri tlaku od 148 kg · s / cm 2.

15. Ispitane baterije pune se elektrolitom i vodikom, nakon čega su spremne za korištenje.

16. Tijelo nikl-vodikove baterije izrađeno je od posebne legure metala i mora biti mehanički čvrsto, lagano i visoke toplinske vodljivosti. Baterije su ugrađene u ćelije i ne dodiruju jedna drugu.

17. Baterije i baterije sastavljene od njih električno se ispituju u instalacijama vlastita proizvodnja... Više neće biti moguće ništa popraviti ili zamijeniti u prostoru, stoga je svaki proizvod ovdje temeljito testiran.

17a

17b

18. Sva svemirska tehnologija testirana je na mehanička naprezanja korištenjem vibracionih postolja, koji simuliraju opterećenja tijekom lansiranja svemirske letjelice u orbitu.

18a

19. Općenito, biljka Saturn ostavila je najpovoljniji dojam. Proizvodnja je dobro organizirana, radionice čiste i svijetle, ljudi kvalificirani, komunikacija s takvim stručnjacima je zadovoljstvo i vrlo zanimljiva osobi, barem donekle zainteresiranom za naš prostor. Ostavio sam "Saturn" za odlično raspoloženje- uvijek je lijepo pogledati naše mjesto gdje se ne upuštaju u prazno brbljanje i ne prebacuju papire, već rade pravi, ozbiljan posao, uspješno konkuriraju istim proizvođačima u drugim zemljama. U Rusiji bi ovoga bilo više.

Fotografije: © drugoi

p.s. Blog potpredsjednika marketinga u Ochakovu

Solarni paneli su često prilično veliki pa je teško pronaći vrstu nekretnina na koje ih postaviti. Razvila se švicarska tvrtka novi pristup i pronašla svoje načine za rješavanje ovog problema. Tvrtka lansira plutajući otok prekriven solarnim panelima na jezeru Neuchâtel. Svaki od tri planirana otoka promjera 25 metara moći će ugostiti 100 fotonaponskih panela koji će raditi u sljedećih 25 godina. Otoci će se koristiti i u istraživačke svrhe.

U posljednje vrijeme brodarske tvrtke sve više pribjegavaju korištenju intenzivnih solarna energija postavljanje solarnih panela na brod. Brodski solarni paneli prvi put su raspoređeni u Šangaj 2010. godine. Brod je bio opremljen ogromnim solarnim panelom napravljenim u obliku jedra. Na istom principu temelji se i jahta Turanor PlanetSolar koja je nedavno završila obilazak svijeta koristeći sunčevu energiju.

Solarni paneli na nebu

2013. je bila rekordna godina za korištenje solarnih panela kao izvora energije za zrakoplove. Solar Impulse je razvio najduži zrakoplov na svijetu na solarni pogon. Zrakoplov je ovog ljeta preletio Ameriku.

Naravno, letjeti na solarnu energiju, do sada mogu samo mali, bespilotne letjelice... Solarni paneli uvelike olakšavaju konstrukciju dronova, te produžuju vrijeme njihovog mogućeg boravka u zraku.

Jedan primjer korištenja solarnih panela u zraku je lift smješten visoko u planinama, koji je u stanju podići ljude na vrh planine koristeći sunčevu energiju.

Solarni paneli u svemiru

Istraživači sa Sveučilišta Carnegie Mellon stvorili su prototip istraživačkog rovera, koji se planira u budućnosti poslati na Mjesec raketom SpaceX. Uređaj, nazvan Polaris, u potpunosti je na solarni pogon. Polaris će se koristiti za proučavanje polarnih lunarnih širina. Rover je opremljen posebnim softveršto će mu pomoći da radi u tamnijim područjima satelita.

Vjerojatno ste također čuli za veliku količinu svemirskog otpada u orbiti. Bilo bi lijepo obnoviti te satelite i vratiti ih na Zemlju na popravke i daljnji povratak u orbitu. Ova ideja je bila temelj novi koncept Solara, uređaj na solarni pogon koji ne zahtijeva trajni popravak. Atmosferski satelit koji je razvio Titan Aerospace. Solara već pet godina zaredom može raditi u najvišoj atmosferi.

Najnovija i najambicioznija nada je projekt japanske tvrtke koja planira izgraditi niz solarnih ćelija oko mjesečevog ekvatora, a zatim pokrenuti snop energije natrag na Zemlju. Stvaranje "Mjesečevog prstena" trajat će oko 30 godina. Prema stručnjacima tvrtke, Mjesečev prsten će generirati do 13.000 TW (terawata) stalne energije.

Ovi poluvodički uređaji pretvaraju sunčevu energiju u istosmjernu struju. Jednostavno rečeno, to su osnovni elementi onoga što nazivamo "solarnim panelima". Uz pomoć takvih baterija umjetni zemaljski sateliti djeluju u svemirskim orbitama. Takve se baterije proizvode ovdje u Krasnodaru - u tvornici Saturn. Idemo tamo na izlet.

Poduzeće u Krasnodaru dio je Federalne svemirske agencije, ali Saturn je u vlasništvu tvrtke Ochakovo, koja je doslovno spasila ovu proizvodnju 90-ih godina. Vlasnici Ochakova otkupili su kontrolni paket, koji je zamalo pripao Amerikancima.

Ovdje su uložena velika sredstva i nabavljena suvremena oprema, a sada je Saturn jedan od dva lidera na ruskom tržištu za proizvodnju solarnih i akumulatorskih baterija za potrebe svemirske industrije – civilne i vojne. Sav profit koji Saturn dobije ostaje ovdje u Krasnodaru i ide u razvoj proizvodne baze.

Dakle, sve počinje ovdje – na stranici tzv. plinovita faza epitaksije. U ovoj prostoriji nalazi se plinski reaktor u kojem se 3 sata uzgaja kristalni sloj na germanijevoj podlozi, koji će poslužiti kao osnova za buduću fotoćeliju. Cijena takve instalacije je oko 3 milijuna eura:

Nakon toga, supstrat ima još dug put: električni kontakti će se primijeniti na obje strane fotoćelije (štoviše, na radnoj strani kontakt će imati "češljasti uzorak", čije su dimenzije pažljivo izračunate kako bi se osiguralo maksimalni prijenos sunčeve svjetlosti), na podlozi će se pojaviti antirefleksni premaz i sl. - ukupno više od dvadesetak tehnoloških operacija na različitim instalacijama prije nego što fotoćelija postane osnova solarne baterije.

Na primjer, instalacija fotolitografije... Ovdje se na fotoćelijama formiraju "obrasci" električnih kontakata. Stroj sve operacije izvodi automatski, prema zadanom programu. Evo odgovarajućeg svjetla, koje ne šteti fotoosjetljivom sloju fotoćelije - kao i prije, u eri analogne fotografije, koristili smo "crvene" lampe ^

U vakuumu jedinice za taloženje nanose se električni kontakti i dielektrici pomoću snopa elektrona, a nanose se antirefleksne prevlake (povećavaju struju koju stvara fotoćelija za 30%):

Pa, fotoćelija je spremna i možete početi sastavljati solarnu bateriju. Gume se zalemljuju na površinu fotoćelije, kako bi se potom međusobno spojile, a na njih se lijepi zaštitno staklo bez kojeg u prostoru, u uvjetima zračenja, fotoćelija možda neće izdržati opterećenja. I, iako je debljina stakla samo 0,12 mm, baterija s takvim fotoćelijama će dugo raditi u orbiti (u visokim orbitama više od 15 godina).

Električno spajanje fotoćelija međusobno se provodi srebrnim kontaktima (zovu se sabirnice) debljine samo 0,02 mm.

Solarne ćelije su spojene u seriju kako bi se dobio potreban napon u mreži, koji generira solarna baterija. Ovako izgleda dio serijski spojenih fotonaponskih ćelija (fotonaponski pretvarači - tako je):

Konačno, solarni panel je sastavljen. Ovdje je prikazan samo dio baterije - ploča u formatu izgleda. Takvih panela na satelitu može biti do osam, ovisno o tome koliko je energije potrebno. Na modernim komunikacijskim satelitima doseže 10 kW. Paneli će biti postavljeni na satelit, u svemiru će se razvijati poput krila i uz njihovu pomoć ćemo gledati satelitsku televiziju, koristiti satelitski internet, navigacijske sustave (Glonass sateliti koriste solarne baterije Krasnodar):

Kada je letjelica osvijetljena suncem, električna energija koju proizvodi solarna baterija napaja sustave letjelice, a višak energije se pohranjuje u bateriji. Kada je letjelica u sjeni Zemlje, letjelica koristi električnu energiju pohranjenu u bateriji. Nikl vodikova baterija, koji ima visok energetski intenzitet (60 W h / kg) i gotovo neiscrpan resurs, naširoko se koristi u svemirskim letjelicama. Proizvodnja takvih baterija je još jedan dio posla Saturnove tvornice.

Na ovoj fotografiji montažu nikl-vodikove baterije vrši nositelj medalje Ordena za zasluge za domovinu, II stupnja, Anatolij Dmitrijevič Panin:

Mjesto za montažu nikal-vodikovih baterija. Punjenje baterije je pripremljeno za postavljanje u kućište. Punjenje se sastoji od pozitivne i negativne elektrode, razdvojene papirom za odvajanje - u njima se odvija transformacija i akumulacija energije:

Instalacija za zavarivanje elektronskim snopom u vakuumu s kojim je kućište baterije izrađeno od tankog metala:

Dio trgovine gdje se kućišta i dijelovi akumulatora ispituju na visoki tlak. Zbog činjenice da je nakupljanje energije u bateriji praćeno stvaranjem vodika, a tlak unutar baterije raste, ispitivanje nepropusnosti sastavni je dio procesa proizvodnje baterije:

Kućište nikl-vodikove baterije vrlo je važan dio cjelokupnog uređaja koji radi u svemiru. Kućište je dizajnirano za pritisak od 60 kg s / cm 2, tijekom ispitivanja došlo je do pucanja pri tlaku od 148 kg s / cm 2:

Provjerene baterije pune se elektrolitom i vodikom, nakon čega su spremne za upotrebu:

Kućište nikl-vodikove baterije izrađeno je od posebne legure metala i mora biti mehanički čvrsto, lagano i visoke toplinske vodljivosti. Baterije su ugrađene u ćelije i ne dodiruju jedna drugu:

Baterije i baterije sastavljene od njih su električno ispitane u vlastitim proizvodnim pogonima. Više neće biti moguće ništa popraviti ili zamijeniti u prostoru, stoga je svaki proizvod ovdje temeljito testiran.

Sva svemirska tehnologija podvrgnuta je mehaničkim testovima na stres pomoću stalka za vibracije, koji simuliraju opterećenja tijekom lansiranja svemirske letjelice u orbitu.

U cjelini, biljka Saturn ostavila je najpovoljniji dojam. Proizvodnja je dobro organizirana, radionice čiste i svijetle, ljudi kvalificirani, komunikacija s takvim stručnjacima je zadovoljstvo i vrlo zanimljiva osobi, barem donekle zainteresiranom za naš prostor. Iz Saturna sam otišao u izvrsnom raspoloženju - uvijek je lijepo pogledati naše mjesto gdje se ne upuštaju u besposleno brbljanje i ne prebacuju papire, već rade pravi, ozbiljan posao, uspješno konkuriraju istim proizvođačima u drugim zemljama. U Rusiji bi ovoga bilo više.

Holding ruskih svemirskih sustava (RCS, dio Roscosmosa) završio je izradu moderniziranog sustava električne zaštite za solarne baterije domaće proizvodnje. Njegova primjena značajno će produžiti vijek trajanja izvora napajanja svemirskih letjelica i ruske solarne baterije učiniti jednim od energetski najučinkovitijih na svijetu. O razvoju događaja izvještava u priopćenju za javnost koje je zaprimila redakcija.

Dizajn novih dioda koristi se patentiranim tehnička rješenja, koji su značajno poboljšali svoje operativne karakteristike i povećali njihovu pouzdanost. Dakle, korištenje posebno razvijene višeslojne dielektrične izolacije kristala omogućuje diodi da izdrži obrnuti napon do 1,1 kilovolta. Zahvaljujući tome, nova generacija zaštitnih dioda može se koristiti s najučinkovitijim dostupnim fotonaponskim pretvaračima (PEC). Prije, kada su diode bile nestabilne na visoki obrnuti napon, bilo je potrebno odabrati ne najučinkovitije uzorke.

Kako bi se povećala pouzdanost i vijek trajanja dioda, RKS je stvorio nove višeslojne sklopne sabirnice dioda na bazi molibdena, zahvaljujući kojima diode podnose više od 700 toplinskih udara. Toplinski šok je tipična situacija za fotoćelije u svemiru, kada se tijekom prijelaza iz osvijetljenog dijela orbite u zasjenjeni od Zemlje temperatura promijeni za više od 300 stupnjeva Celzija u nekoliko minuta. Standardne komponente zemaljskih solarnih baterija to ne mogu izdržati, a resurs svemirskih uvelike je određen brojem toplinskih udara koje mogu preživjeti.

Aktivni vijek solarne baterije letjelice, opremljene novim diodama, povećat će se na 15,5 godina. Dioda se može pohraniti na Zemlji još 5 godina. Dakle, general jamstveni rok rad dioda nove generacije je 20,5 godina. Visoka pouzdanost uređaja potvrđena je neovisnim životnim testovima, tijekom kojih su diode izdržale više od sedam tisuća toplinskih ciklusa. Razvijena tehnologija grupne proizvodnje omogućuje RKS-u proizvodnju više od 15 tisuća dioda nove generacije godišnje. Njihove isporuke planiraju početi 2017. godine.

Nove fotoćelije će izdržati do 700 padova temperature za 300 stupnjeva Celzija i moći će raditi u svemiru više od 15 godina

Solarne baterije za prostor sastoje se od fotonaponskih pretvarača (PV) dimenzija 25x50 milimetara. Površina solarnih panela može doseći 100 četvornih metara(za orbitalne stanice), tako da u jednom sustavu može biti puno FEP-ova. FEP-ovi su raspoređeni u lancima. Svaki pojedinačni niz naziva se "string". U svemiru pojedine solarne ćelije povremeno bivaju pogođene kozmičkim zrakama, a ako ne bi imale nikakvu zaštitu, onda bi cijela solarna baterija, u kojoj se nalazi zahvaćeni pretvarač, mogla otkazati.

Osnovu sustava zaštite solarnih baterija čine diode - mali uređaji ugrađeni u set sa solarnom ćelijom. Kada solarna baterija djelomično ili potpuno padne u sjenu, solarne ćelije, umjesto da dovode struju u baterije, počinju je trošiti – kroz solarne ćelije teče obrnuti napon. Kako se to ne bi dogodilo, na svaki FEP se ugrađuje shunt dioda, a na svaki "string" dioda za blokiranje. Što je FEP učinkovitiji, što više struje proizvodi, to će veći obrnuti napon biti kada solarna baterija padne u sjenu Zemlje.

Ako shunt dioda "ne povuče" obrnuti napon iznad određene vrijednosti, fotonaponske ćelije će morati biti manje učinkovite kako bi i struja punjenja baterija prema naprijed i povratna struja neželjenog pražnjenja bile minimalne. Kada s vremenom, pod utjecajem destabilizirajućih faktora svemira, pojedinačne solarne ćelije ili odmah "string" pokvare, takvi elementi se jednostavno odsijeku, bez utjecaja na radne solarne ćelije i ostale "žice". To omogućuje ostalim, još uvijek uslužnim, pretvaračima da nastave s radom. Dakle, energetska učinkovitost i aktivni vijek solarne baterije ovise o kvaliteti dioda.

U SSSR-u su se na solarnim baterijama koristile samo blokirne diode, koje su, u slučaju kvara jednog FEP-a, odmah isključile cijeli lanac pretvarača. Zbog toga je degradacija solarnih ćelija na sovjetskim satelitima bila brza i one nisu dugo radile. Zbog toga je bilo potrebno češće izrađivati i lansirati uređaje za njihovu zamjenu, što je bilo vrlo skupo. Od 1990-ih, pri stvaranju domaćih svemirskih letjelica, koriste se FEP-ovi strane proizvodnje, koji su se kupovali zajedno s diodama. Situacija je obrnuta tek u 21. stoljeću.