Солнечные панели - температура эксплуатации ?

[Lunatik-k]

Меня интересует эксплуатация солнечных панелей ночью на Луне ?

Космические аппараты которые эксплуатируются на Луне имеют обогреватели.
Даже если солнечные панели находятся на поверхности космического аппарата, то от самого аппарата исходит тепловое излучение которое попадает и на солнечные панели немного подогревая их.

Вопрос выдержат ли сами солнечные панели лунную ночь если в аппарате не будет обогревателя.
Про другую аппаратуру присутствующую на аппарате речи не идет.

Смысл вот в чем.
Строятся планы по созданию солнечных электростанций на поверхности Луны.
Рядом с каждой панелью РИТЭГ не поставишь.
Как будут эксплуатироваться солнечные панели.

[Дем]

Собственно тут ещё вопрос - а насколько остывают СБ аппаратов при проходе в тени?
С одной стороны они недолго там, с другой - и теплоёмкость у них небольшая, а площадь наоборот - должны остывать быстро.

[Lunatik-k]

Собственно тут ещё вопрос - а насколько остывают СБ аппаратов при проходе в тени?
С одной стороны они недолго там, с другой - и теплоёмкость у них небольшая, а площадь наоборот - должны остывать быстро.

При попадании в тень Земли если предположить что они находятся на значительно удалении от космической  станции, то единственным источником тепла будет только поверхность самой Луны.
Они остынут больше чем поверхность Луны т.к. одна поверхность солнечных батарей будет обращена в космос.

Причем поверхность Луны в разных местах нагревается и остывает по разному.
Как пишут больше остывают области наиболее приближенные к полюсам, т.к. за лунный день они нагреваются меньше.

[Serge V Iz]

Вы не можете просматривать это вложение.
Зависимость напряжения (1) и температуры (2) СБ от времени при отборе максимальной мощности в конце 8 лет САС на рабочей орбите (теневая орбита)

https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=31434

И стоит обратить внимание на то, что эффективность и долговечность СБ существенно больше страдают не от охлаждения, а наоборот, от нагрева )

[Димитър]

А меня интересуют солнечные панели для работы при очень высоких температур .В фокусе концентраторов или на орбите Меркурия 

[opinion]

А меня интересуют солнечные панели для работы при очень высоких температур .В фокусе концентраторов или на орбите Меркурия

И там и там их проще охлаждать.

[SOLDIER]

Опасно вовлекаться в бред пациента...

[Дем]

А меня интересуют солнечные панели для работы при очень высоких температур .В фокусе концентраторов или на орбите Меркурия 

СБ - та же тепловая машина, у которой КПД зависит от разности температур

[Димитър]

А меня интересуют солнечные панели для работы при очень высоких температур .В фокусе концентраторов или на орбите Меркурия

И там и там их проще охлаждать.

Изкуственное охлаждение сильно усложняет СЭУ 

[Димитър]

А меня интересуют солнечные панели для работы при очень высоких температур .В фокусе концентраторов или на орбите Меркурия 

СБ - та же тепловая машина, у которой КПД зависит от разности температур

Вопрос скорее, какая температура смогут выдержать батареи не потеряв работоспособности. Про силиций читал, что 100-150 гр. С, арсенид галия - 300-400 градусов. Что выше?

[Serge V Iz]

Что выше?

Эмиссионные приборы? Классический (вакуумный, не полупрводниковый) фотодиод, например?

[vlad7308]

А меня интересуют солнечные панели для работы при очень высоких температур .В фокусе концентраторов или на орбите Меркурия 

СБ - та же тепловая машина, у которой КПД зависит от разности температур

нууу... Если рассматривать СБ как тепловую машину (хоть это и странно), то Тн у нее наверно около 6000К. Если я правильно понимаю.
Тогда Тх 300К или 400 - пофиг в общем.

ЗЫ вообще я не очень уверен, что имеет смысл смотреть на СБ как на тепловую машину.

[Дем]

вообще я не очень уверен, что имеет смысл смотреть на СБ как на тепловую машину.

По формулам - да, не имеет смысла, ибо полупроводник, запрещённые зоны итд. Но помнить что общий принцип работы тот же - стоит
И по вышеприведённому графику видно, что охлаждение на 160 градусов дало прибавку в 30-40% выходного напряжения

[Lunatik-k]

Сколько весит РИТЭГ ?

[Serge V Iz]

Почти сколько угодно )
От

https://www.vniief.ru/unvisible_aria/products/energy/razr/1014b9004a2f5c8cada4ef6afc5c9f87

Термоэлектрический радионуклидный генератор "Ангел" (РИТЭГ-238-0,1/15)
Предназначен для снабжения электрической энергией научных приборов и аппаратуры малой автономной станции. Создан на основе радионуклида плутоний-238. Разработан для научно-исследовательского космического комплекса "Марс-96". Может использоваться на других объектах (космических, морских, наземных), где применение иных автономных источников электрической энергии затруднено или невозможно
Особенности:

• радиационно безопасен при эксплуатации, складском хранении и транспортировке любым видом транспорта
• обеспечивает радиационную безопасность в случае возникновения аварий, в том числе самых тяжелых: горение ракетного топлива при пожаре на стартовой позиции; аварийный спуск в плотных слоях атмосферы, сопровождающийся сильным аэродинамическим нагревом, с последующим ударом о поверхность Земли или погружением на дно Мирового океана (в том числе на предельно большие глубины, более 11 км)

Основные технические характеристики:

Выходная электрическая мощность, Вт	не менее 0,15
Выходное электрическое напряжение, В	15
Мощность эквивалентной дозы на расстоянии 1 м       от поверхности РИТЭГ, Зв/ч (мбэр/ч)	не более 0,55·10 (0,55)
Тип электрического тока	постоянный
Назначенный срок службы, лет	10
Габаритные размеры, мм	Ø85Х125
Масса, кг	0,5

Хранение и транспортировка осуществляются в специально разработанной сертифицированной транспортной упаковке
Поставка в течение 12 месяцев с момента оформления заказа

до условного кубометра условного чугуния.

[DiZed]

ЗЫ вообще я не очень уверен, что имеет смысл смотреть на СБ как на тепловую машину.

угу, примерно как электродвигатель - не тепловая машина. но на полный цикл, если начинать с того, что излучение тепловое и его источник - нагретое до 6000K тело, все ограничения термодинамики остаются в силе

[Lunatik-k]

Почти сколько угодно )
От

https://www.vniief.ru/unvisible_aria/products/energy/razr/1014b9004a2f5c8cada4ef6afc5c9f87

Термоэлектрический радионуклидный генератор "Ангел" (РИТЭГ-238-0,1/15)
Предназначен для снабжения электрической энергией научных приборов и аппаратуры малой автономной станции. Создан на основе радионуклида плутоний-238. Разработан для научно-исследовательского космического комплекса "Марс-96". Может использоваться на других объектах (космических, морских, наземных), где применение иных автономных источников электрической энергии затруднено или невозможно
Особенности:

• радиационно безопасен при эксплуатации, складском хранении и транспортировке любым видом транспорта
• обеспечивает радиационную безопасность в случае возникновения аварий, в том числе самых тяжелых: горение ракетного топлива при пожаре на стартовой позиции; аварийный спуск в плотных слоях атмосферы, сопровождающийся сильным аэродинамическим нагревом, с последующим ударом о поверхность Земли или погружением на дно Мирового океана (в том числе на предельно большие глубины, более 11 км)

Основные технические характеристики:

Выходная электрическая мощность, Вт	не менее 0,15
Выходное электрическое напряжение, В	15
Мощность эквивалентной дозы на расстоянии 1 м    от поверхности РИТЭГ, Зв/ч (мбэр/ч)	не более 0,55·10 (0,55)
Тип электрического тока	постоянный
Назначенный срок службы, лет	10
Габаритные размеры, мм	Ø85Х125
Масса, кг	0,5

Хранение и транспортировка осуществляются в специально разработанной сертифицированной транспортной упаковке
Поставка в течение 12 месяцев с момента оформления заказа

до условного кубометра условного чугуния.

А сколько такой РИТЭГ выделяет тепла ?

[Serge V Iz]

...
А сколько такой РИТЭГ выделяет тепла ?

До порядка: в десятки раз больше, чем электричества.

[Lunatik-k]

Какие есть медленные экзотермические реакции без выделения газов ? кроме ядерных, связанных с полураспадом.

 

[Serge V Iz]

Какие есть медленные экзотермические реакции без выделения газов ? кроме ядерных, связанных с полураспадом.

 

Окисление металлов галогенами и халькогенами, например. (См. воздушно-цинковые, тионилхлоридные и т.п. элементы) Но это, всё равно, не идёт ни в какое сравнение с энергоёмкостью радиозотопных источников сопоставимой массы.

[vlad7308]

ЗЫ вообще я не очень уверен, что имеет смысл смотреть на СБ как на тепловую машину.

угу, примерно как электродвигатель - не тепловая машина. но на полный цикл, если начинать с того, что излучение тепловое и его источник - нагретое до 6000K тело, все ограничения термодинамики остаются в силе

угу
Но смысла в использовании соответствующих моделей и матаппарата (разработанных под тепловые машины) немного. Если вообще есть.

[vlad7308]

Какие есть медленные экзотермические реакции без выделения газов ? кроме ядерных, связанных с полураспадом.

 

растворение спирта в воде 

[mihalchuk]

Что выше?

Эмиссионные приборы? Классический (вакуумный, не полупрводниковый) фотодиод, например?

Карбид кремния и нитрид бора можно попробовать, но не лучше ли турбомашинное преобразование на орбите Меркурия?

[Serge V Iz]

Что выше?

Эмиссионные приборы? Классический (вакуумный, не полупрводниковый) фотодиод, например?

Карбид кремния и нитрид бора можно попробовать, но не лучше ли турбомашинное преобразование на орбите Меркурия?

Так запросто может быть. Чем выше температура, тем проще устраивать её перепад. Именем Стефана-Больцмана. ) Вопрос лишь в материалах, которые будут стойкими к температуре и износу...

[Lunatik-k]

Если вспомнить Луноходы то там энергетика состояла из двух частей.
Днем от солнечных батарей, которые были на внутренней стороне крышки Лунохода, крышка на день открывалась и батареи ориентировали на Солнце .
На ночь крышка Лунохода закрывалась пряча солнечные батареи под крышкой, а внутри Лунохода работал РИТЭГ который обогревал Луноход в том числе и ночью солнечные батареи.
При наступлении дня крышка снова открывалась и солнечные батареи становились освещенными.
Вот меня интересует останутся ли живы современные солнечные батареи если в Луноходе солнечные батареи не будут прятать ночью под крышку и в Луноходе будет отсутствовать РИТЭГ.
Про аккумуляторы речь не идет посчитаем, что аккумуляторы свободно выдерживают -170 °С.
Пока интересует только живучесть открытых солнечных батарей ночью при -170°С.

[спец]

А сколько температура на ночной стороне орбиты Земли? Там СБ вполне себе выдерживают, хотя и намного короче по времени.

[Serge V Iz]

Пока интересует только живучесть открытых солнечных батарей ночью при -170°С.

Чем больше амплитуда термоциклов, тем тяжелее придется материалам. Но, с другой стороны, термоциклы на Луне, в сотни раз реже, чем на теневой орбите околоземного КА. Можно, ввиду неизвестности, предположить, что в этом смысле условия будут равными.

[Lunatik-k]

Пока интересует только живучесть открытых солнечных батарей ночью при -170°С.

Чем больше амплитуда термоциклов, тем тяжелее придется материалам. Но, с другой стороны, термоциклы на Луне, в сотни раз реже, чем на теневой орбите околоземного КА. Можно, ввиду неизвестности, предположить, что в этом смысле условия будут равными.

Предполагаю, что тепловой режим искусственного спутника в тени Земли много легче, чем температурный режим Луны ночью.
Дело в том, что Земля является излучающим тепло объектом.
Плотность теплового потока с Земли попадающего на поверхность солнечных батарей искусственного спутника, значительно выше теплового потока попадающего с Земли на поверхность Луны.
Тепловой поток с Земли обратно пропорционален квадрату расстояния до получающего тепло объекта(искусственный спутник, Луна).
Чем дальше объект от Земли тем меньше он получает тепла с поверхности Земли.
Ночью поверхность Луны остывает до -173°С.
До какой температуры остывают солнечные батарей искусственных спутников мне не известно.

 

[Lunatik-k]

Вот нашел дополнительную информацию:

Вместе с тем, нет и достаточного объема испытаний (GaAs) ФП на «низких» орбитах
(менее 500 км) орбитальных станций в условиях постоянного термоциклирования (16 раз
в сутки температура СБ меняется в диапазоне –45...+75 °С) и при наличии заметной пылевой
«атмосферы» вокруг станции. В связи с этим, на РС МКС и транспортных кораблях пока
используются ФП на кремниевой основе.


https://www.energia.ru/ktt/archive/2016/01-2016/01-04.pdf

Условия эксплуатации солнечных батарей -173°C на Луне и  -45°С на МКС слишком различны.

[Lunatik-k]

Лунные сейсмические станции НАСА имели два источника энергии.
Открытые солнечные батареи и изотопные источники.
Из этого можно предположить , что солнечные батареи все-же выдерживают температуру ночного режима на Луне.
Хотя от самой сейсмической станции все-же поступало какое-то излучение на поверхность солнечных батарей т.к. в сейсмической станции присутствовал изотопный источник.
Так-же можно предположить, что на обогрев солнечных батарей тратилось  какое-то количество энергии вырабатываемой изотопным источником по электрическим цепям, чтобы хоть немного но облегчить режим эксплуатации .