Energía para satélites

El método mas común de generación de electricidad a partir de radiación solar es mediante el método fotovoltaico, que implica utilizar semiconductores con precisamente atributos fotovoltaicos, con los cuales fabricar celdas solares para componer páneles solares. Entre estos materiales se incluyen monocristales de silicio; policristales de silicio; silicio amorfo (a-Si); teluro de cadmio (CdTe); y compuesto de cobre, indio, galio y selenio (CuIn1-xGaxSe2 o CIGS).

Celdas y módulos solares son usualmente caracterizados de acuerdo a la norma IEC bajo condiciones de prueba estándar, lo cual corresponde a 100 mW/cm² de irradiación directa perpendicular bajo un espectro global de o AM1.5 a 25°C de temperatura de la celda”. 

Celda solar. Fuente: Wikipedia.

En la fabricación de celdas solares con policristales de silicio, las obleas de 150 micras de espesor deben pasar por varias etapas de tratamiento para ser integrados en un módulo, con una conversión de potencia máxima estimada de 31% bajo luz solar directa AM1.5. Aunque ya existe una incipiente manufactura con el uso de películas fotovoltaicas (Thin-film photovoltaic cell o TFPV), de uno a cuatro micras de espesor, para la fabricación de sistemas fotovoltaicos integrados (Building Integrated Photovoltaics o BiPV), flexibles y ligeros, con un porcentaje máximo de eficiencia de 12.2% en celdas fabricadas con película a-Si; 16.5% para CdTE y 19.9% para CIGS.

En otras palabras, la eficiencia de las celdas solares de CdS/CdTe puede mejorarse, para lo cual varios aspectos deben ser tomados en cuenta: efectos de las fronteras de grano, discontinuidades de las bandas y estados interfaciales en la hetero-unión, resistencia serie debida a la resistividad de las películas constituyentes del dispositivo y de los contactos, interdifusión de S en el CdTe y de Te en el CdS durante el depósito del CdTe sobre el CdS, causando la formación del
compuesto ternario CdSxTe1−x, difusión de impurezas desde el vidrio conductor y desde los contactos hacia la unión, morfología de las superficies, etc.” Influencia del tratamiento termico con cdcl2 sobre las características finales de las celdas solares cds/cdte procesadas por transporte de vapor en espacio cercano. G. Contreras Puente.

Como información complementaria, consulten el análisis presentado en 2010 por la European Photovoltaic Industry Association (EPIA), sobre las perspectivas del mercado de energía fotovoltaica a 2014.

Solar panel's End-Of-Live power density, by technology and altitude

Complementando al sistema de energía y por tratarse de vehículos orbitales, el uso factible de radiación solar no es constante, por lo que se requiere un medio que garantice la continuidad de flujo eléctrico. La mayoría, si no es que todos los vehículos espaciales utilizan algún medio de almacenamiento de energía. Los requerimientos para el tipo y configuración de estas baterías recargables son generalmente dictados por cuatro factores principales:

  1. El ambiente de operación para el vehículo. Por ejemplo, los parámetros orbitales conllevan hacia los períodos y frecuencia de los “eclipses” que el vehículo sufrirá, los cuales deben ser tomados en cuenta para las consideraciones termales. Como punto de comparación, la temperatura en la superficie de la Luna entre +110°C y -180°C, dependiendo si se encuentra o no iluminada.
  2. La expectativa de vida de la misión.
  3. Los requerimientos de abastecimiento de energía para la propia misión, así como su perfil de operación.
  4. El espacio de masa y volúmen disponibles en el vehículo.

Otro factor de consideración común es el presupuesto. Y ello comúnmente refuerza la argumentación para el uso de baterías recargables, no solo porque se trata de una tecnología altamente disponible, sino también porque la mayoría de los sistemas electrónicos y de potencia están diseñados para interconectarse a estos medios de almacenamiento de energía. Cabe mencionar que también se les conoce como baterías secundarias, porque las reacciones electroquímicas de sus celdas son eléctricamente reversibles.

Entre las tecnologías utilizadas están celdas de polímero de iones de Litio (baterías Li-Ion), y baterías de Niquel Cadmio, aunque por tratarse de un factor fundamental para el desempeño y la vida útil de un satélite, se fomentan permanentemente el desarrollo de estas tecnologías. Como ejemplo, anualmente la NASA organiza un foro para presentar nuevas tecnologías.

Sin embargo, existen opciones distintas para el almacenamiento de energía, que incluyen baterías primarias, celdas de combustible, almacenamientos mecánicos de energía y super capacitores.

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