Перспективные СБ для межпланетных (и не только) аппаратов

[Mexannik]

А кто как видит дальнейшее развитие СБ для межпланетных (и не только) КА?
На мой взгляд кремниевые СБ себя уже изжили в виду маленького к.п.д., а арсенид-галиевые пока довольно дороги. Кроме этого обычные планарные панели имеют  большую удельную массу порядка 20 кг/кВт. Думаю, что уменьшить уд. массу и стоимость СБ можно за счет применения концентраторов с арсенид-галиевыми ФЭПами. Причем концентраторы могут быть как зеркальными, так и линзовыми.
С помощью них, по прикидкам, уд. масса может быть снижена до 4...10 кг/кВт, а стоимость до уровня кремниевых СБ.

[Chilik]

планарные панели имеют  большую удельную массу порядка 20 кг/кВт. Думаю, что уменьшить уд. массу и стоимость СБ можно за счет применения концентраторов с арсенид-галиевыми ФЭПами. Причем концентраторы могут быть как зеркальными, так и линзовыми.

1 кВт = примерно квадратный метр при 100% кпд
Я очень хотел бы посмотреть на зеркальные или линзовые концентраторы и их структуры механической поддержки, которые при метровой площади имели бы вес меньше 10 кг. Если Вы думаете, что можно просто так взять свет и сфокусировать в маленькую точечку, и на этом поиметь экономию по площади полупроводника, то появляются две новые задачи (помимо механической структуры). Первая - отвод тепла от точки фокуса, там будет перегрев и поэтому никакой КПД. Вторая - необходимость достаточно точной ориентации панелей на Солнце. С точки зрения надёжности эксплуатации и устойчивости к нерасчётной ориентации аппарата это совсем плохо.
Стоимость собственно батареи не так уж и велика, мы же не на курятник в аризонщине её ставить собираемся.

[Андрей Суворов]

Строго говоря, у модели Боинг-702 раньше были концентраторы - зеркальные плёночные. Выяснилось, что они приводят к быстрой деградации в условиях реального полёта, поэтому от них отказались и увеличили площадь батарей.

[Дмитрий Виницкий]

Если концентраторы, то из них логически вырастает Стирлинг, или , там, турбина

[pkl]

Я лично любые перспективы связываю с ЯЭУ.

А, вот ещё: надувные СБ.

[sychbird]

В научноу литературе довольно большой поток публикаций по органическим СБ. КПД их пока ниже чем кремниевых, но регулярно увеличиваются. И число патентов растет. Правда надо учитывать процессы деградации. Таких данных не встречал.

[Fakir]

Зачем изобретать велосипед? Кремниевые и так уже почти отмерли (по причине как малого КПД, так и меньшей рад. стойкости и ресурсу по ср. с GaAs), концентраторы тоже проработаны достаточно подробно как в теории, так и на практике - см. СКАРЛЕТТ, СБ Дип Спейса.
Концентраторы дают не столько выигрыш по массе, сколько выигрыш по цене, и - немножко - ресурсу.

[Mexannik]

Зачем изобретать велосипед? Кремниевые и так уже почти отмерли (по причине как малого КПД, так и меньшей рад. стойкости и ресурсу по ср. с GaAs), концентраторы тоже проработаны достаточно подробно как в теории, так и на практике - см. СКАРЛЕТТ, СБ Дип Спейса.
Концентраторы дают не столько выигрыш по массе, сколько выигрыш по цене, и - немножко - ресурсу.

А ссылочкой в инете не поделитесь - почитать про это?

[Mexannik]

Строго говоря, у модели Боинг-702 раньше были концентраторы - зеркальные плёночные. Выяснилось, что они приводят к быстрой деградации в условиях реального полёта, поэтому от них отказались и увеличили площадь батарей.

К деградации ФЭПов?

[Mexannik]

планарные панели имеют  большую удельную массу порядка 20 кг/кВт. Думаю, что уменьшить уд. массу и стоимость СБ можно за счет применения концентраторов с арсенид-галиевыми ФЭПами. Причем концентраторы могут быть как зеркальными, так и линзовыми.

1 кВт = примерно квадратный метр при 100% кпд
Я очень хотел бы посмотреть на зеркальные или линзовые концентраторы и их структуры механической поддержки, которые при метровой площади имели бы вес меньше 10 кг. Если Вы думаете, что можно просто так взять свет и сфокусировать в маленькую точечку, и на этом поиметь экономию по площади полупроводника, то появляются две новые задачи (помимо механической структуры). Первая - отвод тепла от точки фокуса, там будет перегрев и поэтому никакой КПД. Вторая - необходимость достаточно точной ориентации панелей на Солнце. С точки зрения надёжности эксплуатации и устойчивости к нерасчётной ориентации аппарата это совсем плохо.
Стоимость собственно батареи не так уж и велика, мы же не на курятник в аризонщине её ставить собираемся.

А данных по стоимостям современных СБ у вас нет? Ну или ссылок - где можно об этом почитать?

На счет просто взять и сфокусировать я не думаю - видел кой какие проработки вопросов концентрации и теплоотвода - результаты многообещающие. Хотя на счет деградации оптических поверхностей конечно есть вопросы.

[Chilik]

А данных по стоимостям современных СБ у вас нет? Ну или ссылок - где можно об этом почитать?

Увы. Данных по кремниевым наземным системам море, это реально не очень дорого. Хотя стоимость "солнечной" электроэнергии в несколько раз выше, чем обычной, но там есть несколько моментов, например, необходимость создания промежуточных накопителей энергии для нивелирования разницы в суточных циклах генерации и потребления. Короче, для кремниевых систем цены скорее "земные", чем "космические". К тому же быстро падающие из-за перехода производства на крупносерийные объёмы.
А в космосе - арсенид галлия, двойные переходы (на HS-601 они уже были, про раньше просто не знаю). Недавно где-то в новостях пробегала система с тройным переходом и, соответственно, более высоким КПД. Плюс часто поминаемая здесь проблема с деградацией. Мелкое производство из экзотического и опасного материала с особыми требованиями по технологии и надёжности - дешёвым оно не будет никогда. Ну и лично моё пессимистическое вИдение этого мира: вместо одной панели СБ и двух панелей концентраторов всяко лучше запускать три панели СБ. Потому что есть вариант, при котором одна из панелей вдруг выходит из строя, и что тогда?

P.S. Моя предыдущая реплика была в основном вызвана словом "линзовые" про концентраторы. То, что концентратором можно обозвать обычную зеркальную панель, я как-то не догадался.  :? Но тут можно ожидать некоторого падени эффективности системы из-за наклонного падения лучей от панелей-отражателей.

[Fakir]

Краем уха слышал, что цена панели СБ для спутников порядка 1 млн./1 кВт для арсенида, порядка 0,5 млн./1 кВт для кремния (это "у них"), а отечественные кремниевые - порядка 100 000/кВт.
Это, как я понял, речь именно уже о панели, а не только фотоэлементы.
Цена на отдельные "космические" фотоэлементы разных типов, ЕМНИП, на сайте Спектролаба есть.

А ссылочкой в инете не поделитесь - почитать про это?

Погуглите SCARLETT + Deep Space.

P.S. Моя предыдущая реплика была в основном вызвана словом "линзовые" про концентраторы. То, что концентратором можно обозвать обычную зеркальную панель, я как-то не догадался.  :? Но тут можно ожидать некоторого падени эффективности системы из-за наклонного падения лучей от панелей-отражателей.

На ДипСпасе вполне линзовые, и нормально слетали.

[Azteckium]

Поищите информацию по европейскому Proba-1, они там что-то бодяжили с СБ.
ИМХО, СБ будут потихоньку вытесняться другими источниками, в первую очередь ядерными (в ООН уже идут дискуссии), с развитием технологии - химическими.

[Fakir]

Не выгугливается толком ничего.
В чём там суть?

[Shin]

Не выгугливается толком ничего.
В чём там суть?

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/227/17.shtml

Хотя, на первый взгляд, ничего сверхестественного там нет.

[Fakir]

Торможу... не вижу вообще - что там и где про СБ?

[Shin]

Торможу... не вижу вообще - что там и где про СБ?

Да нифига и нет почти:

На внешних панелях размещены солнечные батареи с элементами на арсениде галлия, обеспечивающие мощность до 90 Вт. В систему электропитания входят также никель-кадмиевая аккумуляторная батарея на 7 А·час и шина питания на 28 В.

Непонял я новизны. Может человек имел в виду другие спутники Proba, там еще 2-й и 3-й были кажется.

[Shin]

Скорее что-то было на Proba-2

...an experimental solar panel with a solar flux concentrator
...Deployable solar panels with 3-Junction GaAs cells

http://www.esa.int/techresources/ESTEC-Article-fullArticle_par-50_1134728792936.html

[sychbird]

http://www.npp-kvant.ru/production/photo/cosmic.php

[Azteckium]

Да, Proba-2, лукавый попутал.
Она должна улететь с еврокотом(?) в этом году.

[Димитър]

В книге В.М.Андреева, В.А.Грилихеса и В.Д.Румянцева "Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения" Ленинград 1989 г. приводятся следующие данные:

С увеличением степени концентрации солнечного излучения (Кс) к.п.д. ФЭП (фотоэлектрических преобразователей) увеличивается до максимума, а потом падает. Кремниевые ФЭП имеют максимальный к.п.д. выше 20 % при Кс = 50 - 100. При Кс = 1 - к.п.д. = 17 %. ФЭП на основе GaAs показывают к.п.д 25 – 26 % при Кс = 500 – 1000 и 20 % при Кс = 2500!
С увеличением рабочей температуры ФЭП к.п.д. падает, но увеличивается радиационная устойчивость. Концентратор может защищать ФЭП от вредной радиации. До Кс = 100 говорят о низкой степени концентрации, а свыше Кс = 100 – о высокой степени концентрации.

[Fakir]

На практике для космических применений не стоит ожидать концентраций выше 20-30 (а по факту летали СБ с концентраторами на 8-12).

[Chilik]

Ко мне пришёл майский номер Nature Photonics Technology Focus. Выпуск посвящён обзорам солнечной энергетики, правда, наземной. В сети пока лежит вот тут:
http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n5/techfocus/index.html
но я не знаю, доступна ли электронная версия "человеку с улицы". Из интересных вещей есть структуры с кпд чуть выше 40% - сложный бутерброд с числом слоёв больше 20. Внушает.

[Александр Ч.]

Ко мне пришёл майский номер Nature Photonics Technology Focus. Выпуск посвящён обзорам солнечной энергетики, правда, наземной. В сети пока лежит вот тут:
http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n5/techfocus/index.html
но я не знаю, доступна ли электронная версия "человеку с улицы". Из интересных вещей есть структуры с кпд чуть выше 40% - сложный бутерброд с числом слоёв больше 20. Внушает.

Врядли, они, ЕМНИП, баксов по 30 за статью просят.

[Fakir]

Из интересных вещей есть структуры с кпд чуть выше 40% - сложный бутерброд с числом слоёв больше 20. Внушает.

Это под каким спектром? АМ1 или АМ0?

Но в любом случае, за 37% перевалили уже несколько лет назад, слоёв было 5, что ли... тут перевал за 40 (такой ценой!!!) - это сильно круто...

Опс, а вы какие слои имеете в виду? В смысле каскады, или просто слои?

[Fakir]

Меня, кстати, к полным текстам не пустили - хотя, казалось бы, локалка могла бы быть и подписана...

[Mexannik]

Ко мне пришёл майский номер Nature Photonics Technology Focus. Выпуск посвящён обзорам солнечной энергетики, правда, наземной. В сети пока лежит вот тут:
http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n5/techfocus/index.html
но я не знаю, доступна ли электронная версия "человеку с улицы". Из интересных вещей есть структуры с кпд чуть выше 40% - сложный бутерброд с числом слоёв больше 20. Внушает.

А выложить где-нибудь можете, чтоб скачать можно было?

[korund]

Не подскажите какую ссылочку, где бы был график зависимости процента преобразования света в электричество от длинны волны.
Очень интересно .....

[Fakir]

Если для ОДНОЙ длины волны - то 80-90 %  

[Chilik]

А выложить где-нибудь можете, чтоб скачать можно было?

Журнал лежит в тумбочке, тумбочка - в Новосибирске. На электронную версию дал только ссылку, доступа у меня нет.

[Mexannik]

А выложить где-нибудь можете, чтоб скачать можно было?

Журнал лежит в тумбочке, тумбочка - в Новосибирске. На электронную версию дал только ссылку, доступа у меня нет.

А там много - может отсканить можно?  

[Fakir]

Да что вы паритесь? Просто погуглите - материалов про каскадный фотоэлементы в сети куча, начать хоть со статей Алфёров в ЖТФ

[Ну-и-ну]

Господа, а 20 кг / кВт это что же, полмегаватта в 10 тонн уложится? Да при 100 тыс денег на кВт?

Это ж красота какая - готовый буксир на ЭРД за сто лимонов, лэндеры к Луне таскать, практически "недорого, со склада в Москве"? Где собака порылась, объясните балбесу?

[Mexannik]

Господа, а 20 кг / кВт это что же, полмегаватта в 10 тонн уложится? Да при 100 тыс денег на кВт?

Это ж красота какая - готовый буксир на ЭРД за сто лимонов, лэндеры к Луне таскать, практически "недорого, со склада в Москве"? Где собака порылась, объясните балбесу?

Амовские СБ на МКС примерно 17 кг/кВт.

[Ну-и-ну]

А не по 10 тонн на 15 кВт?

[Mexannik]

А не по 10 тонн на 15 кВт?

Нет  :lol:

[Fakir]

Господа, а 20 кг / кВт это что же, полмегаватта в 10 тонн уложится?  

Ну можно попробовать... только для больших батарей там еще весить будут механизмы раскрытия, развёртывания и т.п.

 

Да при 100 тыс денег на кВт?

Щаззз. Таких цен на Привозе нету
На космические СБ.
От 500 килобаксов за кремниевые, а хорошие многокаскадные - порядка лимона.

Это ж красота какая - готовый буксир на ЭРД за сто лимонов, лэндеры к Луне таскать, практически "недорого, со склада в Москве"?

В 10 тонн как раз за 100 лимонов реально получить реахтур мегаватта эдак на 3-4

[Димитър]

Это ж красота какая - готовый буксир на ЭРД за сто лимонов, лэндеры к Луне таскать, практически "недорого, со склада в Москве"?

В 10 тонн как раз за 100 лимонов реально получить реахтур мегаватта эдак на 3-4

... И вместе с реактором получить убийственную радиацию, из-за которой Ваш буксир не сможет приблизиться к обитаемой станции.  :twisted:

[Shin]

... И вместе с реактором получить убийственную радиацию, из-за которой Ваш буксир не сможет приблизиться к обитаемой станции.  :twisted:

Ха-ха, щазз Факир ответит  

[Fakir]

Это действительно момент, к-й может создать определённые трудности, но далеко не смертельные.
Реактор фонит мощно только во время работы, когда же он заглушен - радиация от него сравнительно невелика (и появляется только после того, как реактор проработает достаточно долго), и даже круговая (а не просто обычная теневая) защита, обеспечивающая безопасность станции при эволюциях такого буксира вблизи, будет иметь вполне небольшую массу.

Не говоря о том, что при небольшом времени пребывания буксира рядом со станцией свести дозу от него к "фоновой" - нет сложности.

Не говоря о том, что буксиру рядом с пилотируемой станцией находиться вообще не так и обязательно  

[Mexannik]

Господа, а 20 кг / кВт это что же, полмегаватта в 10 тонн уложится?  

Ну можно попробовать... только для больших батарей там еще весить будут механизмы раскрытия, развёртывания и т.п.

 

20кг/кВт это с механизмами

[Mexannik]

Это ж красота какая - готовый буксир на ЭРД за сто лимонов, лэндеры к Луне таскать, практически "недорого, со склада в Москве"?

В 10 тонн как раз за 100 лимонов реально получить реахтур мегаватта эдак на 3-4

... И вместе с реактором получить убийственную радиацию, из-за которой Ваш буксир не сможет приблизиться к обитаемой станции.  :twisted:

Так никто буксир к станции стыковать не собирается. Доставил контейнер на дальность 10 км и назад...  :lol:

[Fakir]

Господа, а 20 кг / кВт это что же, полмегаватта в 10 тонн уложится?  

Ну можно попробовать... только для больших батарей там еще весить будут механизмы раскрытия, развёртывания и т.п.

 

20кг/кВт это с механизмами

Доля массы механизмов для ОЧЕНЬ больших - мегаваттных - панелей будет расти.

[Димитър]

В 10 тонн как раз за 100 лимонов реально получить реахтур мегаватта эдак на 3-4

... И вместе с реактором получить убийственную радиацию, из-за которой Ваш буксир не сможет приблизиться к обитаемой станции.  :twisted:

Так никто буксир к станции стыковать не собирается. Доставил контейнер на дальность 10 км и назад...  :lol:

Похоже - это единственное решение...  
Значит, в комплекте с кораблями на ЯЭУ, нужен еше и буксир на ОС (что-то типа Парома - на химическом топливе ?). Он и будет возить грузы и пассажиры к КК с ЯЭУ, заходя со стороны теневой защиты.

Но остается еще вопрос - А как будем ремонтировать саму ЯЭУ? Или при первой повреде - реактор за борт!? ... и буксир, который уведет эго на безопасной орбиты - тоже в расход.

[Димитър]

Ну можно попробовать... только для больших батарей там еще весить будут механизмы раскрытия, развёртывания и т.п.  

20кг/кВт это с механизмами

Доля массы механизмов для ОЧЕНЬ больших - мегаваттных - панелей будет расти.

А не надо никаких механизмов раскрытия! Сделать роботов, которые будут собирать (раскрывать) СЭУ на орбите! (Американцы вроде уже делают?) Можно и под надзором космонавтов на МКС. А потом этих роботов возить вместе с кораблем не надо! Сделали свою работу - и остались на станцию собирать следующий корабль.  

На марсианском корабле Энергии заложили еще в 80-ых 5 - 6 кг/кВт. Считали лучшие специалисты СССР. Да еще за 25 прошедших лет никакой прогресс не произошел?

[Mexannik]

В 10 тонн как раз за 100 лимонов реально получить реахтур мегаватта эдак на 3-4

... И вместе с реактором получить убийственную радиацию, из-за которой Ваш буксир не сможет приблизиться к обитаемой станции.  :twisted:

Так никто буксир к станции стыковать не собирается. Доставил контейнер на дальность 10 км и назад...  :lol:

Похоже - это единственное решение...  
Значит, в комплекте с кораблями на ЯЭУ, нужен еше и буксир на ОС (что-то типа Парома - на химическом топливе ?). Он и будет возить грузы и пассажиры к КК с ЯЭУ, заходя со стороны теневой защиты.

Но остается еще вопрос - А как будем ремонтировать саму ЯЭУ? Или при первой повреде - реактор за борт!? ... и буксир, который уведет эго на безопасной орбиты - тоже в расход.

Паром это фигня!  А контейнеры сами будут стыковаться со станцией - своими силами, ну и обратно к буксиру - тоже своим ходом...  :lol:   :lol:   :lol:

ЯЭУ никак ремонтировать не будем - сразу сделаем хорошо. Хотя на низких орбитах ЯЭУ долго не протянет...  :lol:   :lol:   :lol:

[Lanista]

мб можно будет их орканить, выстрелить например магнитом на тросе и притянуть к станции...
только вот как тормозить на подлете не понятно... те всё равно надо ДУ ставить...
ну а как подлетит, ловить манипулятором...

[Mexannik]

мб можно будет их орканить, выстрелить например магнитом на тросе и притянуть к станции...
только вот как тормозить на подлете не понятно... те всё равно надо ДУ ставить...
ну а как подлетит, ловить манипулятором...

Да вы гурман!!!  :lol:  :lol:  :lol:

[Chilik]

Позволю себе вернуться к старой теме.

Ко мне пришёл майский номер Nature Photonics Technology Focus. Выпуск посвящён обзорам солнечной энергетики, правда, наземной. В сети пока лежит вот тут:
http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n5/techfocus/index.html
...

Меня, кстати, к полным текстам не пустили - хотя, казалось бы, локалка могла бы быть и подписана...

Что произошло - не совсем понятно, но сегодня я поимел полный номер по указанной выше ссылке и с работы, и из дома. Там около 4 Мб, отдельные статьи, естественно, меньше.
Прямая ссылка на файл - http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n5/pdf/techfocus.pdf

Короче, качайте, кому интересно. Сразу оговорюсь, что номер интересен мне, и, видимо будет интересен неспециалистам в этой области - это, скорее, микрообзоры некоторых направлений развития отрасли, для экспертов он совсем попсовый.
Почему не смогли скачать раньше - непонятно. Подозреваю, что "...разруха начинается в головах..." (C) и просто никто реально не попытался, памятуя об обычной платности этого ресурса.

[Fakir]

Хм, сегодня и у меня открылось - а в прошлый раз (и из той же самой локалки) посылало нафиг.

[Iltis]

вопрос не совсем по теме , но открывать новую ветку не хочется:

а какие (точнее чьи) ФЭП ставятся на солнечные батареи у наших аппаратов?

Своих то галлий-арсенидовых делать мы увы не умеем :(
По миру знаю трех производителей.

спасибо.

[Имxотеп]

Своих то галлий-арсенидовых делать мы увы не умеем

по-моему все-таки умеем: ОАО "Сатурн", у них свое производство в Краснодаре.
Делают GaAs ФЭП: кпд 26.8%, 300 Вт/м2, 1.7 кг/м2 - почти как в лучших домах Европы
Еще есть НПП "Квант" аналогичного профиля, там тоже должны были наладить произодство GaAs, хотя раньше они все делали из покупных гетероструктур.

[TestPilot]

Что произошло - не совсем понятно, но сегодня я поимел полный номер по указанной выше ссылке и с работы, и из дома. Там около 4 Мб, отдельные статьи, естественно, меньше.
Прямая ссылка на файл - http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n5/pdf/techfocus.pdf

Спасибо. Очень интересно было прочитать. А каковы ограничения на минимальную толщину моносиликоновых пластин? Как сказывается например упомянутое уменьшение толщины с 200 µm до 140µm или до 80 µm на эффективности получаемых в результате солнечных батарей? Хотябы приблизительное отношение.

[Iltis]

по-моему все-таки умеем: ОАО "Сатурн", у них свое производство в Краснодаре.
Делают GaAs ФЭП: кпд 26.8%, 300 Вт/м2, 1.7 кг/м2 - почти как в лучших домах Европы :)
Еще есть НПП "Квант" аналогичного профиля, там тоже должны были наладить произодство GaAs, хотя раньше они все делали из покупных гетероструктур.

 насколько я знаю, никто из вышеназванных не имеет пока своего ростового процесса. 26.8% это предыдущее поколение ФЭП на тройных гетеропереходах, последнее поколение дает 28%. следущий шаг - 30 % и понижение веса.
проблема в использовании новых  разработок в аппаратах - flight heritage.

никто не хочет быть первым в опробовании новых продуктов. дорого может получиться.

[Iltis]

Спасибо. Очень интересно было прочитать. А каковы ограничения на минимальную толщину моносиликоновых пластин? Как сказывается например упомянутое уменьшение толщины с 200 µm до 140µm или до 80 µm на эффективности получаемых в результате солнечных батарей? Хотябы приблизительное отношение.

стер свой первый ответ и написал все заново, т.к. не все так просто:

если речь идет о просто кремнии, то разница между 300 и 200 µм уже будет замена по величине тока из-за уменьшения объема в котором поглощается свет.

ФЭП же это больше чем просто кремнивая пластина: наличие например Al отражателя на обратной стороне  прибора позволит уменьшить толщину без особой потери  эффективности (тогдасвет проходит через прибор дважды), потом наличие back-scattering field (скажите мне как оно по русски :(  - высоколегированый слой  под базой) для снижения рекомбинации, качество и вид противоотражающего покрытия на поверхности........
с другой стороны, если ФЭП ну очень хороший (высокое время жизни носителей заряда), то уменьшение толщины ниже какого то порога  хотя и приведет к падению тока, но также вызовет возрастание напряжения (будет меньше рекомбинация в базе),  так что падение эффективности будет некоторым образом скомпенсировано.

[Fakir]

а какие (точнее чьи) ФЭП ставятся на солнечные батареи у наших аппаратов?

Надо полагать, что как свои, так и импортные. В зависимости от.

Своих то галлий-арсенидовых делать мы увы не умеем

Да кто вам такую ерунду сказал, и почему вы ему поверили?
На Луноходах были именно арсенид-галлиевые - кремний бы тех температух не выдержал. На Мире были арсенид-галлиевые. Ну, тогда еще однокаскадные, конечно.

[Iltis]

историю космонавтики я немного знаю
а речь как раз шла про трехкаскадные. других, пожалуй, сейчас и не ставят.

[Fakir]

А почему непременно трёх? А не двух- или сразу четырёх- ?
Опытные образцы фотоэлементов уже с пятью были, ЕМНИП, года два назад уже.


Года три назад мне в одной косм. конторе называли след. цифры - чтто забугорные GaAs СБ стоят порядка 1 млн. за киловатт, кремниевые - около 0,5 млн., наши кремниевые порядка 100 000, а наших GaAs нету.

Насколько это было верно тогда и верно сейчас - ручаться не возьмусь.

Вроде как встречал в инете упоминания и о наших каскадных (от "Луча"??). Да собственно в одном из номеров "Рос. космоса" за прошлый год была статья мужика из Питера (ЛФТИ, что ли) - вроде как говорил о закупке установки, которая позволит наладить серийное производство.

Но даже если предположить, что отечественных каскадных нет, что ж - может, и кремний ставят. Раз сильно дешевле - можно смириться и с большей массой, и меньшей стойкостью. Сделать запас - на круг может всё равно дешевле выйти.

[Iltis]

А почему непременно трёх?  А не двух- или сразу четырёх- ?

а потому что сейчас это то что "стандартно" ставится на зарубежные спутники. эпоха 2х каскадных СБ если и была, то очень короткая -  выигрыш по эффективности  по сравнению с кремниевыми СБ был невелик.  
современные 3х каскадные СБ  имеют  28% эфф. , как будущее заявляется  30%....

разработки 4х каскадных СБ тоже есть,  но там есть проблемы технологического плана -  растить требуемый материал четвертого p-n- перехода  ( если уж совсем  в детали, то нитриды)  очень сложная задача, не говоря уже о промышленном производстве.

есть также и вариаты 5 каскадных -  с (потенциально) еще лучшим использованием солнечного спектра.

Второй аспект  и второе направление разработок - это вес  СБ.
3х каскадные СБ  весят окло 86 миллигр/см2. (а цена 1 кг payload'a окло 25 кЕ).

чтто забугорные GaAs СБ стоят порядка 1 млн. за киловатт,

включая растаможку.. да, может быть......зависит от объема договора и степени интеграции (голые СБ, с зашитным стеклом).... у меня правда нет цифр.

статья мужика из Питера (ЛФТИ, что ли) - вроде как говорил о закупке установки, которая позволит наладить серийное производство.

 да, питерский Физтех (Физ-Техн Инст им Иоффе) весьма силен и в фотовольтаике тоже. Но если речь идет  не о разработках, а о пром. производстве то играют роль и другие факторы, а не только наличие установки. Именно этим объясняется то, что по миру есть только 3 "нормальных" производителя  3-каск. СБ. (Spectrolab/Boeing, AZUR SPACE, Emcore).

[Fakir]

а потому что сейчас это то что "стандартно" ставится на зарубежные спутники.

Вопрос - а надо ли нам непременно на это ориентироваться?

У нас если сами СБ и похуже (киловатт весит больше), зато стоит дешевле, а что тяжелее - так у нас и выведение (тем более для себя) НАМНОГО дешевле.

Если параметром оптимизации является цена, то еще сильно неочевидно, что лучше.

современные 3х каскадные СБ  имеют  28% эфф. , как будущее заявляется  30%....

Да вообще-то давным-давно и куда больше имеют. До 37% и выше.
Около 28% Спектролаб даже кремний предлагает.

НЯП, фишка в том, что получаемые фотоэлементы имеют довольно сильный разброс по параметрам (в одной из статей видел график).
Т.е. в партии "выпеченных" фотоэлементов КПД может варьироваться от, скажем, 28 до 35% - с максимум около 31% (все цифры условные).
Причём хвост распределения жиденький, из партии в 1000 пластинок КПД > 34 будут иметь два-три десятка.

Для космических применений вот такой отбор "хвоста" и делают - ессно, они еще и поэтому дороже "среднекоммерческих", к-е не сортируют специально - зато у тех и КПД "средний".

разработки 4х каскадных СБ тоже есть,  

Да как бы и не 5-ти

есть также и вариаты 5 каскадных -  с (потенциально) еще лучшим использованием солнечного спектра.

Ясное дело, что с лучшим
ЕМНИП, теоретически разумный предел - что-то 7 или 10... причём "последние" слой добавляют уже совсем небольшую долю КПД, так что по совокупности целесообразность не очень очевидна.

Второй аспект  и второе направление разработок - это вес  СБ.
3х каскадные СБ  весят окло 86 миллигр/см2. (а цена 1 кг payload'a окло 25 кЕ).

Для нас это не настолько критична - цена килограмма, тем более "для себя", мягко говоря, немного меньше

включая растаможку.. да, может быть......зависит от объема договора и степени интеграции (голые СБ, с зашитным стеклом).... у меня правда нет цифр.

Фиг знает. Про растаможку слов не было, просто цифры.

И со стеклом или без - тоже вопрос.
Наверное, брать можно и так и эдак - по крайней мере, Спектролаб вроде как ячейки вполне продаёт "россыпью".

[Iltis]

Да вообще-то давным-давно и куда больше имеют. До 37% и выше. Около 28% Спектролаб даже кремний предлагает.

хм.. узнал много нового.  
придется разделить мух от котлет.
37% и выше..... верно но...... существующий  рекорд   - 40.7% поставлен в NREL (national renewable research laboratory). Но  НЕ для космичесикх СБ, а для наземных (отличаются другим спектральным регионом и особенностями структуры), кроме того эта эффектичность для солнечной концентрации в 500 солнц. Т.е. Требует оптического концентратора (линза Френеля или параболическое зеркало).

Кремний  с 28% ?? - нет такого. Это практически теоретический лимит, который недостижим (зеленая кривая на графике).



Да с помощью всяких технологических трюков (см. мой пост выше) можно достичь многого, но 28% еще нигде не публиковалось. не говоря от серийном производстве.

В категории 3-каскадных СБ, SPL имеет 1 место в мире.  Кстати у них есть на страничке короткое упоминание о цене за ватт - 250-300 USD.

фишка в том, что получаемые фотоэлементы имеют довольно сильный разброс по параметрам (в одной из статей видел график).
Т.е. в партии "выпеченных" фотоэлементов КПД может варьироваться от, скажем, 28 до 35% - с максимум около 31% (все цифры условные). Причём хвост распределения жиденький, из партии в 1000 пластинок КПД > 34 будут иметь два-три десятка.

да разброс есть, но не такой. +/- 1.5%  и не более.
если речь идет о номинальном значении в 28% , это означает максимум распределения.  Далее при монтаже  CБ в стринги (не знаю есть ли русский эквивалент) надо сортировать СБ, так чтобы в одной линии были СБ с подходящими значениями  Isc. Но это стандарт и было всегда , независимо от материала СБ.

теоретически разумный предел - что-то 7 или 10... причём "последние" слой добавляют уже совсем небольшую долю КПД, так что по совокупности целесообразность не очень очевидна.

в настоящее время технологическая реализуемость этого очень сомнительна (мягко говоря).  При количестве слоев уже в 3х каскадной  СБ  около 30, можно себе представить структуру 7-каскадной :)

Для космических применений вот такой отбор "хвоста" и делают - ессно, они еще и поэтому дороже "среднекоммерческих

Вы удивитесь, отбора хвоста не делают, 28% это действительно  честные цифры. причем в зависимости от налаженности процесса может быть и лучше.  
Почему они тогда идут как 28%, а не скажем 30% ?
тут есть такой аспект называемый flight heritage . Это означает "наличие опыта в космосе". совсем новый тип СБ мало кто захочет  ставить - слишком велик риск (страховые компании играют тут не последнюю роль), а если уже проверенные приборы , пусть даже и с худшими параметрами - можно. Это не говоря уже о необходимой квалификации (там всяких тестов дофига).

А применять же такие СБ на земле - нет смысла. Они не годятся, из за "настройки" на другой спектр.

[Fakir]

37% и выше..... верно но...... существующий  рекорд   - 40.7% поставлен в NREL (national renewable research laboratory). Но  НЕ для космичесикх СБ, а для наземных (отличаются другим спектральным регионом и особенностями структуры), кроме того эта эффектичность для солнечной концентрации в 500 солнц.

Хм... однако помнилось мне, что 37% - именно что для АМ0, вот с концентратором - да, скорее всего.
Сейчас покопаюсь, может, найду цифирь или близкую...

Кремний  с 28% ?? - нет такого. Это практически теоретический лимит, который недостижим (зеленая кривая на графике).

Точно. Перемкнуло. Глянул двухлетней давности спектролабовские pdf-ки - 28 это у них тройные были, кремниевые до 15 недотягивали.

да разброс есть, но не такой. +/- 1.5%  и не более.

Ну вот  у меня лежит выдернутая из какой-то статьи 2001 г. картинка - подписи нет, к сожалению, но на самой картинке след. врезка: Production Triple-Junction Cells
Area = 29.93 cm
17124 yielded cells total >21.6%
Average yielded efficiency at 2.21 V = 24.7%

На самой картинке - эдакий "максвелл наоборот". Т.е. вправо от максимума спадает сильно быстрее, чем слева.

Максимальный присутствующий на графике КПД - 25.8.
Ему соответствуют примерно 250 пластин из суммарных 17 тысяч.

Т.е. с цифрами я по памяти, возможно, наврал (о чём и предупредил сразу - цифры условные ), но тут разброс получается - от 21.6 до 25.8.

если речь идет о номинальном значении в 28% , это означает максимум распределения.  

В данном случае вы что понимаете под максимумом? Максимум именно распределения, или максимально достигаемые величины, куда хвост дотягивается?

в настоящее время технологическая реализуемость этого очень сомнительна (мягко говоря).  При количестве слоев уже в 3х каскадной  СБ  около 30, можно себе представить структуру 7-каскадной

Страшновато, но можно Пуркуа бы не па
4-хкаскадными как минимум с 2001 баловались

Вы удивитесь, отбора хвоста не делают, 28% это действительно  честные цифры. причем в зависимости от налаженности процесса может быть и лучше.  

Действительно, удивлён
А кто/что мешает делать? Вроде бы более чем логично.

И каков источник что - не делают?
Я сейчас утверждать не стану, мог забыть, но вроде бы (вроде бы) попадалось именно про отбор.

А применять же такие СБ на земле - нет смысла. Они не годятся, из за "настройки" на другой спектр.

Ну что значит не годятся - работать-то будут и под АМ1, и под АМ1,5, куда денутся, ну КПД будет пожиже чуток

Кстати, я с ходу не соображу - а как её толком под спектр-то настраивать вообще? Пытаться подобрать слои с отличающейся на доли эВа запрещённой зоной? А оно того стоит - так подгонять?

[Iltis]

На самой картинке - эдакий "максвелл наоборот". Т.е. вправо от максимума спадает сильно быстрее, чем слева.
Максимальный присутствующий на графике КПД - 25.8.

форма верна, на практике именно так, а почему так - хз.
кпд 25,4 % скорее всего от того что график 2001 года....

Действительно, удивлён  
А кто/что мешает делать? Вроде бы более чем логично.
И каков источник что - не делают?
Я сейчас утверждать не стану, мог забыть, но вроде бы (вроде бы) попадалось именно про отбор.

почему не делают? делают. только при всяком заказе есть спецификация согласно которой продукт должен иметь определенные свойства.   :)   так что сильно не высунешься.  кроме того , есть определенная консервативность   - если все так хорошо, то  прочему раньше не было? продукт то тот же..... а если новый, то квалификация, flight heritage и тд........это унылая песня  - новые разработки :)

В данном случае вы что понимаете под максимумом? Максимум именно распределения

именно Максимум именно распределения.

Кстати, я с ходу не соображу - а как её толком под спектр-то настраивать вообще? Пытаться подобрать слои с отличающейся на доли эВа запрещённой зоной? А оно того стоит - так подгонять?

ок, каждый пн переход  сделан для своего спектрального диапазона и генерит ток в зависимости от соот. освещенности в этом спектральном диапазоне.  при этом ток в СБ определяется наименьшим током. как правило это или верхний или средний переход , т.к. нижний германиевый очень генерит  очень много ( большой активный "объем").  чтобы  СБ работала эффективно надо чтобы токи верхнего (InGaP) и среднего (InGaAs) были равны. Т.е. надо подбирать толщины  слоев в зависимости от особенностей спектра освещения.    В космических СБ более важным параметром являются не начальные параметры (BOL = begining of live) , а кконечные, соотв. скажем 15 годам работы на орбите (EOL= end of life).  ПРи этом за счет излучения СБ деградирует и разные материалы т.е. и переходы деградируют по разному . поэтому учитывается как будет выглядеть current mismatch при EOL и исходя из этого подбирать толщины .
Для наземных применений понятие радиационной стойкости смысла не имеет.

для наземных применений особенной темой являются  туннельные диоды разделяющие отдельные пн переходы (для ориентации: кпд 35%  при 500 кратной концентрации означает порядка 7 ампер/см2).
а ток Isc у 28% космической СБ  при АМ0 всего лишь  16 mA/cm2.

это все в рамках 3каскадных батарей. игра с запрещенными зонами только для одного типа батарей дейтвительно бессмысленно   - различие  АМ0 и АМ1.5 не так велико.

[Fakir]

Хм... то есть вся или почти вся игра только за счёт толщины слоёв? Т.е. фактически добровольно часть света, которая в принципе могла бы быть поглощена данным материалом, "пропускается" сквозь него из соображений оптимизации по току всей конструкции?

[Iltis]

очень грубо говоря, да, но на самом деле там уравнение с многими неизвестными. делать пн переходы очень тослтыми тож нехорошо - увеличивается вероятность рекомбинации, плюс  последовательное сопротивление, ну и тд. кроме того наверно можно еще играть с профилями пн -переходов.  с технологической точки зрения 3хкаскадная СБ  это пилотаж весьма высокго класса.

если амбиции не очень большие, то такой путь (играть толщинами) самый простый. так из 28% АМ0 оптимированной структуры можно сдеать 35% АМ1.5 оптимированную. Выше вроде не получается - нужно использовать  более широкий спектр.

**тут картинку нельзя аплоадить? а то я бы залил иллюстрацию  (в инете такой не нашел).


технологическое "удобство" нонешних летающих  3каскадных ФЭП в том, что  слои ненапряженные, т.е. кристаллические решетки имеют одинаковый длину ->  вероятность генерации дефектов во время роста меньше чем если б слои были напряженными. Но и с последними
и СБ должны быть лучше. По крайней мере рекорд 40.7%  показан именно на lattice-MISmatched структурах.

[Fakir]

Мда... в таком разрезе старые схемы с "пространственным разделением" спектра начинают казаться более симпатичными... Поглощай всё, что можешь, не думая ни о токовом балансе, ни о проблемах туннельного перехода.

А картинки тут аттачить нельзя никак, увы. Только ссылки на картинку, в другом месте положенную, выкладывать

[Iltis]

у меня тут нашелся handbook of photovoltaik science and engineering,  в пдф. в нем есть глава space solar cells and arrays с историей развития этих самых cells and arrays. история правда однобокая т.к. охватывает только американские СБ (даже европа почти  совсем забыта, хотя  именно европейцы были в свое время номером 1  на рынке кремнивых СБ). ну и сама книга 2003 года, т.е. без новейших разработок.

глава невелика  - 700 кб, могу, если кто хочет,  залить по емайлу с условием при наличиии общественного интереса выложить в общий  доступ.

[Fakir]

Да, интересно было бы посмотреть, да и вообще иметь книжку в хозяйстве
Вопрос только, где её выложить... Наверное, имеет смысл, скажем, к Филасу (Filas, http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/profile.php?mode=viewprofile&u=1065 ) обратиться - он небольшую библиотеку техн. литературы на своём сайте держит ( http://www.filas.ru/ ), полагаю, охотно выложит.


И/или попробуйте отписаться здесь
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=8552&start=60

[Iltis]

не , мне лень.  :(
если есть энтузиаст - скину.

ходить, звонить,[/size] просить, аплоадить куда-то ..... ну я ж не автор который напечататься хочет.

извиняюсь за невежливость. но инету дома нету, а с работы  не  буду.

[Fakir]

Ну так скиньте мне на мыло, или товарищу Филасу - я же прямую ссылку на профиль дал
А как не лень-то? Ваши пожелания?