Celdas fotovoltaicas en el espacio.
Generación de energía para misiones en las condiciones más extremas
El espacio es uno de los entornos más exigentes que los humanos han explorado. Sus temperaturas extremas y sus altos niveles de radiación electromagnética y de partículas lo convierten en un reto básico para cualquier nave espacial. Este reto está relacionado con las celdas fotovoltaicas, que deben generar energía para toda la misión. Estas celdas necesitan vidrio de cobertura fuerte para protegerlas a ellas y a sus componentes, así como para aumentar la eficiencia al proporcionar una alta transmisión de luz.
Brindando protección en el espacio
El 4 de octubre de 1957 comenzó un gran capítulo en la era de los viajes espaciales con el lanzamiento del satélite soviético Sputnik 1. Sin embargo, la misión del primer satélite terrestre artificial fue breve. En ese momento, se utilizaban baterías para alimentar el satélite. Estas duraron solo 21 días, y después de 92 días en órbita, el Sputnik 1 se quemó en la atmósfera.
En ese momento, comenzó la carrera por la superioridad técnica en el espacio. Poco después, los satélites se equiparon con celdas solares además de baterías. El objetivo de la celda solar integrada era suministrar electricidad a los satélites durante sus misiones, con la energía obtenida de la radiación solar en órbita. Esta adición redujo significativamente el volumen de la batería y prolongó considerablemente la duración de la misión. De los aproximadamente 4900 satélites activos que orbitaban la tierra a finales de 2021, casi todos dependen de celdas solares para proporcionar un suministro de energía confiable.
Otro desafío para los satélites en el espacio es el desgaste. El espacio es un entorno hostil, con temperaturas extremadamente altas y bajas, y enormes cambios de temperatura. Además, las misiones se enfrentan a presiones de la atmósfera de vacío y a altas dosis de radiación electromagnética y de partículas cargadas del sol, así como de otras estrellas fuera de nuestro sistema solar. Son extremadamente estresantes para los materiales.
Para resistir las desafiantes condiciones ambientales del espacio, los materiales requieren una protección adecuada. Para funcionar, las celdas solares que están en los satélites dependen de la protección a largo plazo que ofrecen las celdas solares con vidrio.
Vidrio: el material ideal para la energía fotovoltaica espacial
Las celdas solares están formadas por un semiconductor como el germanio o el silicio en el que se introducen en pequeñas cantidades, capa a capa, otros elementos como el arsénico, el boro, el galio o el fósforo. Esta contaminación del semiconductor se denomina dopado y, explicado de forma sencilla, crea capas superpuestas con exceso o déficit de electrones. La irradiación con radiación electromagnética, especialmente en el espectro de luz visible o casi infrarrojo, estimula la transferencia de electrones entre las capas y por lo tanto, los flujos de corriente. Este proceso continuará mientras se irradie la celda solar.Como fuente de radiación casi incansable, el sol no solo es el centro de nuestro sistema solar sino también, con la ayuda de las celdas solares, el componente central de la generación de electricidad. Sin embargo, el sol, así como otras estrellas fuera de nuestro sistema solar, emite tipos de radiación que son al mismo tiempo útiles y dañinos. En particular, la radiación de alta energía de partículas cargadas y la radiación UV de onda corta causan grandes daños en la celda solar y destruyen las capas dopadas del semiconductor. Sin una protección suficiente, una celda solar dejará de funcionar rápidamente.
Para reducir o incluso evitar este daño, el vidrio de cobertura de las celdas solares ofrece dos propiedades clave: garantiza una alta transmisión y proporciona protección contra la radiación. Este vidrio de cobertura actúa como un filtro y es altamente transparente para la radiación útil en el espectro visible y casi infrarrojo, a la vez que reduce la intensidad de la radiación dañina o incluso la absorbe completamente sin dañarse. Estas son las propiedades de transmisión y protección que proporcionan los vidrios de cobertura para celdas solares de SCHOTT.
Ventajas del vidrio en el espacio
En el espacio, los satélites están bajo el ataque constante de diferentes tipos de radiación. La radiación electromagnética en forma de UV y la radiación de partículas de alta energía pueden provocar la degradación del material debido a la solarización y la carga electrostática. Al bloquear esta radiación, Solar Glass de SCHOTT® protege a la celda y sus componentes sensibles.
Protege contra los nocivos rayos UV y la radiación de partículas.
Celda solar con vidrio de cobertura
Celda solar sin vidrio de cobertura
Aumenta la eficiencia de la celda solar
Gracias a la alta transmisión de luz, Solar Glass de SCHOTT® permite que más luz llegue a la celda solar para generar más energía para la nave espacial. Con más del 90 % de transmitancia en el rango de UV-A a NIR, Solar Glass de SCHOTT® se adapta perfectamente al espectro solar y la cantidad de luz que llega a la celda solar se maximiza, con poca pérdida de energía.
Ultradelgado y rentable
La exploración espacial es un negocio costoso, y cualquier cosa que pueda reducir los costos de combustible será bienvenida por el operador del satélite. Disponible en espesores de tan solo 30 micrómetros, la esfera Solar Glass de SCHOTT® ofrece una alta resistencia y protección, con un menor peso.
Materiales empleados
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