Эксперимент использования в космосе качественно новых  фотоэлементов, на полимерах и перовските.  

Испытание в космических условиях качественно новых фотоэлементов, на основе органических материалов и первовскита, один из шагов к переходу земли на солнечную энергию, созданию флота орбитальных буксиров и орбитальных солнечных электростанций.

12 августа, по заказу технического университета Мюнхена (TUM) было проведено испытание фотоэлементов на основе перовскита и полимеров. На суборбитальной, метеорологической ракете, взлетевшей над землей на 240 километров.

Целью эксперимента, была оценка эффективности фотоэлементов на основе перовскита и полимеров, в космических условиях.

Источник

Сейчас в солнечной энергетике на земле, и в космических солнечных панелях, используют в основном, фотоэлементы на основе кремния. Первые фотоэлементы были кремниевые, с тех пор их традиционно используют в солнечной энергетике.  Преимущества кремниевых фотоэлементов, в их долговечности, технологии их производства хорошо отработаны.

Основные недостатки кремниевых фотоэлементов, высокая цена, и большой вес. Они не дают возможности активно развивать солнечную энергетику на земле, из за высокой цены и длительных сроков окупаемости солнечных батарей. И ограничивают использование солнечной энергии в космосе, из-за большого веса солнечных батарей и их низкой эффективности в пересчете на вес.

Производство кремниевых фотоэлементов процесс сложный и энергоемкий. За несколько десятилетий производства, кремниевые фотоэлементы были хорошо освоены в промышленности, достигли высокой эффективности, их КПД достиг 15 – 20%, и сильно подешевели, но из-за производственных затрат, дешеветь бесконечно они не могут. Сейчас цена солнечной электрической энергии генерируемой кремниевыми фотоэлементами составляет около 1- 3 тысяч долларов за киловатт мощности, и они окупают себя за 5 – 7 лет. Это немного дороже цены энергии тепловых электростанций. С другой стороны, в последние десятилетие появляются альтернативные виды фотоэлементов. Самые дешевые и простые в производстве из которых, фотоэлементы на основе полимерных пленок или органических соединений металлов – «Перовскитов». Органические или перовскитные фотоэлементы имеют низкую эффективность в пересчете на площадь, но постоянно ведутся исследования с целью их улучшения. В настоящее время эффективность полимерных фотоэлементов достигла 7%, перовскитных, до 14 – 18%, их эффективность приблизилась к фотоэлементам на основе аморфного и кристаллического кремния. Слабости этих типов фотоэлементов в их недолговечности, современные образцы имеют срок эксплуатации, 1 – 3 года, этого мало для промышленного применения. Кроме того, разновидность перовскита, используемая в фотоэлементах сейчас, содержит свинец, токсичный элемент.

Сейчас альтернативные типы фотоэлементов еще не доработаны для промышленного применения, но в этом направлении ведутся активные разработки. Если получится повысить срок эксплуатации новых фотоэлементов, и заменить токсичный свинец в составе перовскита, они получат массовое распространение.

Главное преимущество органических и перовскитных фотоэлементов, их низкая цена. Если кремневые фотоэлементы рентабельные, но дороже традиционной энергии. То новые, дешевые типы фотоэлементов будут в несколько раз дешевле, и с дальнейшим распространением в производстве, их цена будет падать. То есть, цена новых фотоэлементов будет существенно дешевле традиционной энергии. А это революция в энергетике. Дешевые фотоэлементы будут быстро распространяться, и вытеснять с рынка традиционные электростанции, работающие на органическом топливе, переводя землю на солнечную энергетику.

Революция в энергетике, связанная с выходом на рынок дешевых фотоэлементов может произойти в ближайшие годы.

В космосе, новые типы тонко пленочных фотоэлементов тоже могут перевести солнечную энергетику на новый уровень.

Традиционные, кремниевые, солнечные батареи для космоса тяжелые. Солнечные батареи на основе пленочных фотоэлементов, толщиной в одну микрону, будут в десятки раз эффективнее, при той же массе.

В десятки раз возросшая мощность солнечных батарей, даст новые возможности для развития электрореактивных двигателей. Это двигатели с внешним подводом энергии, плазменные или ионные. Они расходую мало топлива, но имеют малую тягу. Тяга электрореактивных двигателей в основном, зависит от электропитания. Современные электрореактивные двигатели имеют тягу доли грамма, и разгоняют аппараты до нужной скорости годами. Они используются в межпланетных научных зондах, для изучения отдаленных планет, до которых лететь много лет, при такой длительности полета, они эффективнее химических двигателей. И для коррекции орбиты околоземных спутников, помогают им противодействовать солнечному ветру и исправлять случайные отклонения орбиты, без больших затрат топлива. Но с появлением высоко эффективных, пленочных, солнечных батарей, мощность электрореактивных двигателей возрастет в десятки раз, и их можно будет использовать для специальных транспортных кораблей, орбитальных буксиров.

Орбитальные буксиры, с пленочными солнечными батареями, будут набирать скорость не годами, а за месяц или за неделю, приемлемые сроки для перелетов на земной орбите в коммерческих целях. Орбитальные буксиры, многоразовое, эффективное и не дорогое  транспортное средство для перелетов между орбитами около земли с грузами. Они могут связать околоземное пространство дешевым и постоянным транспортным сообщением. Дадут возможность перевозить спутники на орбитальные станции для обслуживания и ремонта. Орбитальные станции из исследовательских лабораторий превратятся в опорные точки развития внеземной индустрии. На них начнет развиваться технологическая деятельность и производство.

Появление на рынке недорогих, и легких фотоэлементов, ускорит создание орбитальных солнечных электростанций. Сейчас есть проекты орбитальных солнечных электростанций, но они не рентабельные, цена их энергии в 3 раза дороже рыночной. Но с появлением дешевых, токопленочных фотоэлементов, цена космической солнечной энергии станет в несколько раз ниже традиционной. В отличие от земли, в космосе, генерация солнечной энергии не зависит от погоды и времени суток, ее ресурсы фактически неограниченны. Космическая солнечная энергетика это перспективный рынок с триллионными оборотами, и эти деньги будут инвестированы в космическую индустрию, ускоряя ее рост и развитие.

Появление на рынке недорогих, пленочных фотоэлементов ускорит прогресс в развитии солнечной энергетики на земле и в космосе. Ускорит прогресс в индустриализации космоса. Прошедшее недавно испытание в космических условиях фотоэлементов на полимерах и перовскитах, это только эксперимент. Но каждая новая индустрия начинается с таких экспериментов, за которыми следуют опытные работы и переход в массовое производство.

Николай Агапов.