Орбитальные солнечные электростанции

[L_Pt]

Fakir

Для гигаваттной мощности ядерный реактор, даже в космическом исполнении, будет однозначно легче солнечных батарей. И сильно не исключено, что дешевле. Ресурс как минимум не хуже будет, без перезагрузок.

Очень и очень сомнительно. Даже для реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем сам реактор будет весить за тысячу тонн. Плюс радиаторы, излучающие 2 гигаватта тепла в пространство. Плюс ресурс этой штуки никак не составляет годы в безобслуживаемом режиме (высокие температуры, динамические нагрузки прокачиваемого теплоносителя), необходимо держать целую ремонтную бригаду...

При всей технологической сложности КСЭС, не надо же так неадекватно к этому относиться. Никто же не предлагает начинать их строить прямо сейчас.

Как по мне, тут незаслуженно обошли вниманием термоэмиссионные преобразователи. Суммарное кпд будет еще меньшим чем для кремниевых батарей, но основу массы конструкции (алюминиевая фольга-зеркало, рама и радиаторы) выполнить в лунных условиях не в пример легче, чем сверхчистый кремний.

[Fakir]

L_Pt

Очень и очень сомнительно.

По стоимости сомневаться еще можно, но по массе - никаких сомнений, абсолютно.
Реактор легче СБ начиная где-то с 10-киловаттной электрической мощности.

Даже для реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем сам реактор будет весить за тысячу тонн.  

А СБ - за 10 000.

[SS-20]

1. По оценкам, оптимальный диапазон частот для передачи энергии с орбиты на Землю составляет 2,5...5 ГГц. Пишут, что на более высоких частотах заметно поглощение кислородом и парами воды.

Главным параметром определяющим целесообразность передачи энергии с помощью СВЧ является >90% КПД генераторного устройства, а так же его себестоимость. Этим критериям отвечают только приборы типа М (магнетроны и амплитроны). В свою очередь чисто физические принципы работы этих приборов ограничивают максимальную частоту непрерывной генерации ~ 10ГГц, а мах КПД при мин себестоимости как раз приходится на диапазон 2,45ГГц. Следует также учесть, что для промышленного использования отведены именно частоты 2,45  и 5,8 ГГц, а следующаяя разрешенная промышленная частота 21 ГГц, где как правильно было отмечено есть существенное роглощение атмосферы.

[Димитър]

Главным параметром определяющим целесообразность передачи энергии с помощью СВЧ является >90% КПД генераторного устройства, а так же его себестоимость. Этим критериям отвечают только приборы типа М (магнетроны и амплитроны). В свою очередь чисто физические принципы работы этих приборов ограничивают максимальную частоту непрерывной генерации ~ 10ГГц, а мах КПД при мин себестоимости как раз приходится на диапазон 2,45ГГц. Следует также учесть, что для промышленного использования отведены именно частоты 2,45 и 5,8 ГГц

Спасибо за информацию! А более подробно о макс. мощности и к.п.д. магнетронов и амплитронов можно?
Какие-то ссылочки в интернете?
А как насчет использования частоты 5,8 ГГц ?

[korund]

Во многом согласен с Факиром
Если хочется чего нибудь запустить давайте тогда воздушного змея
А лучше аэростат на 25-35 км. все с теме же солнечными батареями (все равно кто-то предлагал для СВЧ приемника)
+++ - сы очевидны да и солн. радиация на такой высоте не много меньше чем в космосе.
Ну а деньги которые остались на выведение, на СВЧ антену и приемник и т. д.  (минус конечно цены аэростата) как раз хватит до Марса слетать бесплатно

[SS-20]

Спасибо за информацию! А более подробно о макс. мощности и к.п.д. магнетронов и амплитронов можно?

Максимальная непрерывная мощность в диапазоне 10 см  достигает десятков киловатт и до 80 % КПД.  К сожалению досих пор максимальный КПД и максимальную мощность не удается  сочетать с минимальной себестоимостью, а особенно с долговечностью.

Какие-то ссылочки в интернете?

Поиск их Вам легко найдет (все что открыто, а  остальное увы). К примеру http://www.oao-tantal.ru/tovar.php?id=869

А как насчет использования частоты 5,8 ГГц ?

В отличие от 2,45 ГГц, эта частота практически не освоена. Магнетрон этого диапазона, непрерывного действия, я вообще видел только раз, да и то это был не законченый ОКР.  Попадался экзотический  проект передачи энергии в этом диапазоне с размещением генераторных мощностей на поверхности Луны.  Причем для этого требуется автоматизированый завод-укладчик ленты на поверхности которой интегрирована как солнечная батарея, так и прередающие полупроводниковые излучатели. Низкий КПД (5-7%)преобразования света и генерации (10-15%) компенсируется огромной площадью и использованием местных материалов.

[foogoo]

Скажите, а кто-либо пробовал проводить эксперименты по передачи электроэнергии по СВЧ лабораторно или на местности? Или пока это все только разговоры. Ещё вопрос: есть ли какие либо данные про преобразователям СВЧ в электроэнергию?

[Stargazer]

Скажите, а кто-либо пробовал проводить эксперименты по передачи электроэнергии по СВЧ лабораторно или на местности? Или пока это все только разговоры. Ещё вопрос: есть ли какие либо данные про преобразователям СВЧ в электроэнергию?

Японцы точно проводили - то ли самолетик, то ли вертолетик с приемником и преобразователем СВЧ у них летал - без иных источников энергии. Они же по-моему проводили эксперимент на геофизической ракете - на  ней был установлен и приемник и передатчик.
Инфу по всем этим экспериентам можно в найти в сети.

[Alexc]

L_Pt

Очень и очень сомнительно.

По стоимости сомневаться еще можно, но по массе - никаких сомнений, абсолютно.
Реактор легче СБ начиная где-то с 10-киловаттной электрической мощности.

Даже для реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем сам реактор будет весить за тысячу тонн.  

А СБ - за 10 000.

Если я правильно помню - плотность потока солнечной энергиии порядка 1.3 квт на м2. КПД СБ сейчас около 35% теоретически около 85%. Итого с кв. метра 0.5-1.0 квт. Для МВТ 1000-2000 м2, Для ГВТ 10**6 М2. Для пленочной  конструкции вес м2 примем  1 кг (по крайней мере у слонечного паруса  вес порядка  1 кг нп 100 м2) Итого
ддя ГВТ вес 10**6 кг или 1000 тон.

Не все так плохо  

Что интересно - если у Знамя-2 сделать парус как СБ - то с него можно было бы снимать  около 0.2-0.5 МВТ

Я собственно не утверждаю - что все необходимое есть и можно начинать строить... Но даже если текущие параметры на порядок хуже требуемых - то можно работать. Разница на порядок преодолима.

Другое дело, что пока  не видно разумных технологий передачи энергии на землю...

Удачи
Алексей

[Fakir]

Alexc

Если я правильно помню - плотность потока солнечной энергиии порядка 1.3 квт на м2.

Да.

КПД СБ сейчас около 35%

Под "космическим" спектром АМ0 такой КПД - только с концентратором, если не ошибаюсь. Разве что в последние год-два особо продвинутые многокаскадные фотоэлементы подобрались.

теоретически около 85%.

Это "совсем теоретически" - термодинамический предел минус неизбежные внутренние потери. Как к нему подобраться - пока даже предположений нет. У однопереходных СБ "совсем теоретический" потолок КПД - 30% (на практике - около 20%), у многопереходных (они же каскадные) теоретический потолок - 60% (на практике пока повыше 30%, расти еще будет, но вероятнее всего и до 50% не дойдёт - а сложность и стоимость растёт ого-го!).

Итого с кв. метра 0.5-1.0 квт.

Не в этой жизни. Максимум ватт 400.

Для МВТ 1000-2000 м2,

Раза в два больше, в самом лучшем случае.

Для пленочной конструкции вес м2 примем 1 кг (по крайней мере у слонечного паруса вес порядка 1 кг нп 100 м2)

Нереально. Конструкция фотоэлемента с КПД за 30% на порядок сложнее солнечного паруса. С парусом отдалённо (отдалённо!) сравнима плёночная СБ из аморфного кремния, но у него теоретический потолок КПД - 15%, а на практике еще вроде и 10-ти процентов нет.
Алфёров пишет (статья 2004 г.), что в космических условиях можно добиться (и это в перспективе, как очень хороший результат, если получится) удельных параметров фотоэлементов - 140 Вт/кг. И это без всяких причиндалов типа каркасов, поворотных узлов, электрики, и т.д. и т.п., не говоря о преобразователях, передатчиках, систем ориентации и пр.
То есть по самым оптимистичным оценкам только на фотоэлементы приходится 7 кг/кВт.
Т.е. гигавттная СЭС в сборе не меньше 10 000.

ддя ГВТ вес 10**6 кг или 1000 тон.

Режьте осетра!
В самом лучшем случае - под 10 000.

Не все так плохо  

Всё гораздо хуже  :mrgreen:

Но даже если текущие параметры на порядок хуже требуемых - то можно работать. Разница на порядок преодолима.

По стоимости в сравнении с другими типами электростанций (с АЭС) набирается как бы не два порядка.
Да и разница по стоимости на порядок, даже на 50% хоронит всё на раз.
Самое главное - СЭС в принципе не смогут занять заметную долю общемирового энергопотребления (хотя бы процентов 10).

Другое дело, что пока не видно разумных технологий передачи энергии на землю...

Это отдельный вопрос. Но даже если предположить, что технология передачи существует и бесплатна - экономически шансов никаких.

[mihalchuk]

По моему разумению плотность кремния - 2,33 т/куб. м, толщина кремниевых пластин - 150 мкм, в квадратном метре получается 350 г. Если выход - 250 Вт (кпд ~ 20%), то на киловатт - 1,4 кг кремния. Или около 180 Вт/кг. Остальное - каркас, провода, краевые потери и т. д.
140 Вт/кг конечно можно, но это дорого. Утоньшение пластин нерентабельно, так как не приводит к экономии на сырье (из-за потерь при резке), а технологию значительно усложняет. Более тонкие пластины проще получать при меньших их диаметрах, но тогда падает производительность всей производственной линии. Может быть, здесь предполагалось использование концентраторов? Алюминиевая плёнка концентратора может иметь толщину несколько микрон, так что идея здравая. Но кремний сильно не нагреешь - пропадут полупроводниковые св-ва.

[Димитър]

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/276/23.shtml

" Базируясь на разработках, выполненных в конце 1990 г., модуль массой 100 т может теоретически развернуть фотоэлектрическую пленку площадью до 1 км2, собирая до 1.3 ГВт солнечного света и сбрасывая на Землю примерно 100–150 МВт мощности (при к.п.д. около 12%). "

Ну почему никто не читает топик ? Про ссылках уже не говорю...  

[Димитър]

Компания DayStar Technologies анонсировала выпуск солнечных панелей без кремния, которые компания будет продвигать на рынок под торговой маркой LightFoil. Эти солнечные батареи созданы на основе тонких фотоячеек, в свою очередь, созданных с применением меди, индия, галлия и селена. Ячейки размещены на тончайшей титановой плёнке. Достоинства — очень высокая гибкость, позволяющая покрывать фотоэлектрическим покрытием любые сложные поверхности, а также — низкий вес на единицу мощности. При этом мощность, генерируемая одним квадратным метром новой плёнки, заметно уступает классической солнечной батарее на основе кремния, зато вес этого квадратного метра — очень мал, как мала (по сравнению с нынешними солнечными элементами) и его цена. В экспериментальной установке создатели LightFoil достигли уровня 1,44 киловатта на килограмм веса батареи. В массовой продукции ожидается достичь 1-1,1 киловатта на килограмм.
Это относится к простым фотоэлектрическим без концентратором. У ЭС с тепловыми машинами получается 1 – 2 кг/ кВт. У фотоэлектрических с концентратором  будет значительно меньше.

Еще одно напоминание ...  

[Alexc]

Alexc

Но даже если текущие параметры на порядок хуже требуемых - то можно работать. Разница на порядок преодолима.

По стоимости в сравнении с другими типами электростанций (с АЭС) набирается как бы не два порядка.
Да и разница по стоимости на порядок, даже на 50% хоронит всё на раз.
Самое главное - СЭС в принципе не смогут занять заметную долю общемирового энергопотребления (хотя бы процентов 10).

Другое дело, что пока не видно разумных технологий передачи энергии на землю...

Это отдельный вопрос. Но даже если предположить, что технология передачи существует и бесплатна - экономически шансов никаких.

Спасибо за грамотный разбор. Эх и почему профессионалы вечно песимисты    
Наверно так же реагировали современники на первые ДВС и реактивные двигатели    :lol:  :wink:

При совреммных технологиях, нынешних ценах -  шансов нет.
Если предположить, что весовые характеристики улучшились на порядок а стоимость энергоносителей на земле выросла тоже на порядок,  Да при этом начались проблемы с экологией .... То вывод энергетики в космос  в следующие 20-50 лет может быть впоне оправдан.

Но я бы предположил как вынос энергоемкого протзвлдсва а не как передача энергии на землю.

Собственно никто не мешает уде сейчас создавать и выводить что то на МВТы ну например для чего то подобного плавки кристалов

Удачи

[Димитър]

1. Спасибо за грамотный разбор.
2. Наверно так же реагировали современники на первые ДВС и реактивные двигатели    :lol:  :wink:

1. И что вы называете "грамотный разбор"? Совершенно предвзятое ИМХО Факира? Который ничего не хочет замечать, кроме то, что эму нравится?

2. Здесь Вы совершенно правы.

[Alexc]

1. Спасибо за грамотный разбор.
2. Наверно так же реагировали современники на первые ДВС и реактивные двигатели    :lol:  :wink:

1. И что вы называете "грамотный разбор"? Совершенно предвзятое ИМХО Факира? Который ничего не хочет замечать, кроме то, что эму нравится?

Под "грамотный" - Я понимаю ответ человека явно лучше чем я разбирающегося в  параметрах современных СБ и при этом с конкретными цифрами и пояснениями чем они обусловлены и откуда растут ноги....

К сожалению во многих знаниях многие печали - и профи как правило настроенны не оптимистично  :cry:

[mihalchuk]

mihalchuk:

По моему разумению плотность кремния - 2,33 т/куб. м, толщина кремниевых пластин - 150 мкм, в квадратном метре получается 350 г. Если выход - 250 Вт (кпд ~ 20%), то на киловатт - 1,4 кг кремния. Или около 180 Вт/кг. Остальное - каркас, провода, краевые потери и т. д.
140 Вт/кг конечно можно, но это дорого. Утоньшение пластин нерентабельно, так как не приводит к экономии на сырье (из-за потерь при резке), а технологию значительно усложняет. Более тонкие пластины проще получать при меньших их диаметрах, но тогда падает производительность всей производственной линии. Может быть, здесь предполагалось использование концентраторов? Алюминиевая плёнка концентратора может иметь толщину несколько микрон, так что идея здравая. Но кремний сильно не нагреешь - пропадут полупроводниковые св-ва.

Димитър:

Димитър писал(а):

" Базируясь на разработках, выполненных в конце 1990 г., модуль массой 100 т может теоретически развернуть фотоэлектрическую пленку площадью до 1 км2, собирая до 1.3 ГВт солнечного света и сбрасывая на Землю примерно 100–150 МВт мощности (при к.п.д. около 12%). "

Ну почему никто не читает топик ? Про ссылках уже не говорю...

Да все это читали. 140 Вт/кг - это цифра Алфёрова, а он занимался гетероструктурами. Плёночную гетероструктуру, насколько я помню, никто не предлагал, если ошибаюсь - поправьте. Плёночные элементы - это другая история. О них говорят давно, но пока для космоса одни разговоры. Недавно попалась статья Алфёрова в сборнике "Будущее науки" за 1979 г - оказалось, с тех пор за 25 лет мы много узнали, но мало продвинулись практически в области эффективности СБ.

[SS-20]

Скажите, а кто-либо пробовал проводить эксперименты по передачи электроэнергии по СВЧ лабораторно или на местности? Или пока это все только разговоры. Ещё вопрос: есть ли какие либо данные про преобразователям СВЧ в электроэнергию?

1) Выпущен был целый  3-х томник "СВЧ-Энергетика" Ред. Окреса Э. (М: Мир, 1971г.). Большая часть вопросов по этой тематике в нем подробно освещена в доступной для понимания, даже не специалистами, форме.
2)Типичный КПД преобразования энергии в постоянный ток 80%.
3) Не смотря на все продолжающееся развитие СВЧ техники, передача промышенных мощностей все еще не может конкурировать с уществующими проводными системами.

[Fakir]

mihalchuk

По моему разумению плотность кремния - 2,33 т/куб. м, толщина кремниевых пластин - 150 мкм, в квадратном метре получается 350 г.

Ну, побольше, чем 150 мкм. Раза в 2-3.
Кроме этого - есть еще покровное стекло, еще просветляющее покрытие, еще нижний (сплошной) контакт и верхний (сетчатый) контакт... Это - по всей поверхности каждого фотоэлемента.  

Если выход - 250 Вт (кпд ~ 20%), то на киловатт - 1,4 кг кремния. Или около 180 Вт/кг.

Больше, больше.

Остальное - каркас, провода, краевые потери и т. д.

Помимо каркаса и проводов - еще диоды, обратный и шунтирующий на каждую ячейку, узлы крепления, и т.д. и т.п.

Более тонкие пластины проще получать при меньших их диаметрах, но тогда падает производительность всей производственной линии.

Сейчас делают иначе - слоистые структуры выращивают эпитаксиальными методами. Не кремний, конечно.

Может быть, здесь предполагалось использование концентраторов? Алюминиевая плёнка концентратора может иметь толщину несколько микрон, так что идея здравая.

Сейчас используют (напр., на ДипСпейсе 1) и собираются использовать только линзовые концентраторы, силиконовые линзы Френеля (концентрация - до 10-ти раз). Естественно, сзади к фотоэлементу необходимо прикреплять холодильник-излучатель, алюминиевую конструкцию. Естественно, фотоэлемент - только арсенид-галлиевый, бо греется, плюс необходима высокая точность наводки на Солнце (отклонение не более 2 градусов).
Причём с использованием концентраторов масса снижается слабо! Преимущество в том, что используется меньше дорогостоящих фотоэлементов, плюс несколько растёт их КПД и ресурс.

Но кремний сильно не нагреешь - пропадут полупроводниковые св-ва.

Рабочая температура СБ на кристаллическом кремнии - не выше 80 С.

[Fakir]

Димитър

" Базируясь на разработках, выполненных в конце 1990 г., модуль массой 100 т может теоретически развернуть фотоэлектрическую пленку площадью до 1 км2, собирая до 1.3 ГВт солнечного света и сбрасывая на Землю примерно 100–150 МВт мощности (при к.п.д. около 12%). "

Так уже -надцать раз было сказано, что это из области "на заборе написано #@$, а на самом деле - доски".
Пока как было "теоретически", так и осталось. Пока КПД не дотягивает и до 10%. Пока очень серьёзные проблемы с растрескиванием, которые неизвестно, решаются или нет.
Кроме этого, от каркаса никуда не деться, как и от кучи других привесок.

Компания DayStar Technologies анонсировала выпуск солнечных панелей без кремния, которые компания будет продвигать на рынок под торговой маркой LightFoil. Эти солнечные батареи созданы на основе тонких фотоячеек, в свою очередь, созданных с применением меди, индия, галлия и селена. Ячейки размещены на тончайшей титановой плёнке. Достоинства — очень высокая гибкость, позволяющая покрывать фотоэлектрическим покрытием любые сложные поверхности, а также — низкий вес на единицу мощности. При этом мощность, генерируемая одним квадратным метром новой плёнки, заметно уступает классической солнечной батарее на основе кремния, зато вес этого квадратного метра — очень мал, как мала (по сравнению с нынешними солнечными элементами) и его цена. В экспериментальной установке создатели LightFoil достигли уровня 1,44 киловатта на килограмм веса батареи. В массовой продукции ожидается достичь 1-1,1 киловатта на килограмм.
Это относится к простым фотоэлектрическим без концентратором. У ЭС с тепловыми машинами получается 1 – 2 кг/ кВт. У фотоэлектрических с концентратором будет значительно меньше.  

А там говорится хоть слово, хоть полслова о радиационной стойкости, например? О том, как фотоэлемент переносит температурный режим? Какие будут параметры при "космическом" спектре АМ0, а не при "земных"  - АМ1, АМ1,5 ?
Я вам заранее могу сказать, что получится значительно хуже, чем у того, что летает, и что собирается летать.