מאמר זה מציג השוואה מקיפה של מערכות ייצור הכוח הפוטו -וולטאיות על סיפון תחנת החלל הבינלאומית (ISS) ותחנת החלל הסינית (CSS). פרמטרים עיקריים הכוללים מפרטי מערך פוטו -וולטאי, תפוקת מערכת חשמל, תצורות מבניות, טכנולוגיות תאים, אחסון אנרגיה ויכולות אספקת חשמל מנותחות כדי להדגיש את המאפיינים הטכנולוגיים וההבדלים התפעוליים בין שתי תחנות החלל.

1. כוח מערך פוטובולטאי, מתח וזרם

1.1 תחנת חלל בינלאומית (ISS)

ה- ISS כולל ארבעה כנפי מערך סולארי גדול, כאשר כל אגף מסוגל במקור לייצר מעל 30 קילוואט, וכתוצאה מכך תפוקת כוח נומינלית כוללת של 124 קילוואט (בדרך כלל פועלת בסביבות 80 קילוואט בתנאים סטנדרטיים)¹ו מערכים אלה פועלים במתח DC של כ- 160 וולט, המופק ל 124 וולט דרך DC - יחידות ממיר DC (DDCU) לתחנה {}}} הפצה רחבה¹ו רמות הנוכחיות משתנות עם דרישת החשמל, אך זרם שיא לכל מערך יכול לעלות על 187 א '(מחושב מ- 30 קילוואט / 160 וולט).

מקור תמונה: חדשות סוהו. "האם לתחנת החלל הבינלאומית יש תחנות כוח או כוח אחר - ייצור ציוד?"

https://m.sohu.com/a/374148541_120085179/

בשנת 2021, נאס"א יזמה שדרוג עם מערכי סולאריים חדשים עם גליל {}}} (ROSA), והגדילה את יכולת הכוח הכוללת ל 215 קילוואט²ו מערכים משודרגים אלה שומרים על תאימות למערכת ההפצה הקיימת של 124 וולט תוך שיפור היעילות במהלך זוויות שמש נמוכות².

מקור תמונה: משרד הנדסת חלל מאויש בסין. "נאס"א לשדרג מערכי סולאריים של תחנת החלל הבינלאומית."

https://www.cmse.gov.cn/hqsy/lydt/gjkjz/202101/t20210128_47565.html

הפאנלים הסולאריים המקוריים של ה- ISS הועמדו ככל הנראה מיצרנים מרובים. Tecstar, למשל, סיפק לוחות סולאריים לתוכנית מודול בקרת הביניים של ISS (ICM) בעבר³ו רכיבי מערך הרוזה המשודרגים מקורם מ- Spectrolab⁴.

1.2 תחנת חלל צ'ינזית (CSS)

ה- CSS משלב שש קבוצות של כנפי סולארי עם כוח עיצוב משולב העולה על 100 קילוואט⁵ו כל אגף סולארי פועל במתח DC המותאם למערכת ניהול הכוח של התחנה (ערכים ספציפיים שלא נחשפו בפומבי). עם שטח פרוס כולל של 138 מ"ר על פני ארבעת הכנפיים הגדולות ביותר שלו (27M × 4M כל אחד), CSS משיג צפיפות כוח גבוהה באמצעות טכנולוגיית תאים מתקדמת⁵ו הדירוגים הנוכחיים הם פרופורציונליים לתפוקת החשמל, כאשר הערכות עולות על 800 A במתח האוטובוס הראשי (הנגזר מ -100 קילוואט / 125 וולט הנחה).

מקור תמונה: Netease News. "עיצוב מיושן? תחנת החלל של סין 'קל משקל' עם פער של 300 טון?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

ביחס ליצרני הרכיבים הפוטו -וולטאיים של CSS, בעוד שפרטים ספציפיים אינם מתפרסמים בהרחבה, סין מונה כמה יצרני פאנלים סולאריים מובילים. לדוגמה, חברות כמו Solarspace, יצרנית פאנל סולארי Tier-1 סינית שהוקמה בשנת 2011, עלולות להיות מעורבות. בסוף 2023 היו לה יכולות ייצור שהגיעו ל -60 ג'יגה וואט של תאים ו -7.2 ג'יגה וואט של מודולים, עם בסיסים בקמבודיה, לאוס וסין⁶ו מועמד אפשרי נוסף הוא Xpower Solar Energy Co., Ltd, ספק אנרגיה נקייה המתמחה במודולי PV ביצועים גבוהים - עם יכולת ייצור גלובלית של 1 GW ושני מפעלי ייצור בסין⁷.

2. תצורות מבוטחיות: מדינות מאושרות ופרוסות

2.1

תצורה מאושרת: מערכי סולאריים מקוריים היו מקופלים לקטעים קומפקטיים להשקה, ואילו מערכי רוזה חדשים יותר מאוחסנים במכלים גליליים (קוטר 1M × 6 מ 'אורך)².

תצורה פרוסה: כל אגף מערך משתרע על 73 מטר (240 רגל) עם שטח כולל של 2,500 מ"ר (27,000 מ"ר)⁸ו שמונת המערכים מופצים על פני קטע המסלול האמריקני, המותקנים על גימבלים מסתובבים כדי לעקוב אחר השמש¹.
 

תפוצה: ארבעה זוגות מערכים נמשכים ממבנה המסבך של התחנה, עם מודולים רוסיים (Zvezda, Zarya) הכוללים מערכי עזר קטנים יותר (מערכי זריה נסוגים כרגע)¹.

מקור תמונה: נאס"א. "מערכים סולאריים בתחנת החלל הבינלאומית."

https://www.nasa.gov/image- article/solar {3} array

2.2CSS

תצורה מאושרת: כנפיים סולאריות מקופלות בשלב רב -, אקורדיון - כמו מבנה שיתאים לתוך ירידות שיגור, תוך שימוש בחומרים מורכבים קלים לאחסון קומפקטי.

תצורה פרוסה: כל כנף פורסת ל 27 מ '× 4 מ', עם מערכת ביטוי רב - ממדי מאפשרת סיבוב של 180 מעלות למעקב אחר שמש אופטימלי⁵ו ששת הכנפיים מופצות: טיאנה, מנגטיאן ווויניאן לכל אחד מהם זוג⁵.

התפלגות: מיקום סימטרי ממזער את ההצללה בין מודולים, כאשר כנפיים משתרעות בניצב לציר האורך של התחנה.

3. טכנולוגיות תאים פוטובולטיים

3.1

מערכים מקוריים (1998) משתמשים בסיליקון - תאים סולאריים מבוססים עם יעילות המרה של ≈14%⁵.

מערכי רוזה משודרגים משלבים תאי צומת משולשים משולשים {}}} (ככל הנראה GAAS - מבוססים) כדי לשפר את היעילות, אם כי חומרים ספציפיים נותרו לא הוסתר².

3.2CSS

Employs triple-junction gallium arsenide (GaAs) cells with >יעילות המרה של 30%^5,9.

תאים אלה משתמשים בשכבות אינדיום גליום פוספיד (Ingap), Gallium Arsenide (GAAS) ושכבות גרמניום (GE) כדי לתפוס ספקטרום אור מרובה, קריטי לתנאי מסלול אדמה נמוכים {}}.

מקור תמונה: Netease News. "עיצוב מיושן? תחנת החלל של סין 'קל משקל' עם פער של 300 טון?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

4. מערכות אחסון Battery

4.1

הסוללה המקורית הייתה ניקל - סוללת מתכת הידריד (Ni - h₂), המורכבת מ 48 מודולי סוללה עצמאיים (ORU), עם אנרגיה זמינה הכוללת של 96 קוט"ש עבור כל מערכת אחסון האנרגיה. בשנת 2017 הוא שודרג לסוללת ליתיום - יון, עם כל ניקל - סוללת מתכת הידריד אורו הוחלף על ידי ליתיום - סוללת יון אורו, הכפלת הקיבולת והאנרגיה. האנרגיה הכוללת הזמינה של כל מערכת אחסון האנרגיה של ISS הוגדלה לכ -192 קוט"ש¹⁰.

סוללות אלה מאחסנות ≈60% מהספק שנוצר בתקופות אור יום לתמיכה בפעולות במהלך צל כדור הארץ (≈35 דקות לכל מסלול)⁸.

סוללות המימן - ב- ISS הועברו ממספר ספקים. כאשר ה- ISS עובר לכיוון ליתיום מתקדם יותר - יון סוללות, חברת הקבוצות של GS Yuasa Corporation, GS Yuasa Technology Ltd. (GYT), מייצרת ליתיום- תאי יון עבור ה- ISS מאז 2012¹¹.

4.2CSS

לכל מודול של תחנת החלל של סין (מודול Tianhe, המודול הוויני ומודול מנגטיאן) יש כנפיים פוטו -וולטאיות משלו ומערכות אחסון אנרגיה עצמאיות. המערכות משתמשות בסוללות ליתיום - יון. מודול הליבה של Tianhe מצויד בשש קבוצות של סוללות ליתיום- יון, מודול המעבדה של וונטיאן עם ארבע סטים, ומודול המעבדה של מנגטיאן עם ארבע סטים. הפקיד לא חשף את קיבולת הסוללה הספציפית. עם זאת, על פי דיווחים ציבוריים וספקולציות מומחים, הקיבולת של כל קבוצת סוללות צפויה להיות ברמת 100-200 AH, והסך האנרגיה הזמינה של מערכת תחנת החלל כולה מוערכת כ- 100 קוט"ש¹².

עבור ה- CSS, יצרני האפשריים של סוללות הליתיום - יונים כוללים CATL (Copherary Amperex Technology Co.^5,13.

5. יכולות אספקת כוח

5.1

תומך בעומס מרבי של 124 קילוואט (ניתן לשדרוג ל 215 קילוואט), תמיכה בחיים, מערכות תקשורת, ומעל 50 ניסויים מדעיים².

5.2CSS

מייצר 1,000 קוט"ש מדי יום, מספיק לעשרות ארונות ניסוי וצרכי ​​צוות⁵.

יכולת 100+ kw מאפשרת התרחבות עתידית, כולל מודולים נוספים ומכשירים מדעיים של כוח-.

מערכות הפוטו -וולטאיות של ISS ו- CSS משקפות את תקופות התכנון והדרישות התפעוליות שלהן. ה- ISS, עם שטח המערך הגדול יותר שלו ושדרוגים מצטברים, מתעדף תאימות מדור קודם, ואילו ה- CSS ממנף תאי GAAs מתקדמים ועיצוב מודולרי ליעילות גבוהה יותר. שתי המערכות מדגימות פתרונות חזקים לשמירה על נוכחות אנושית בנמוך- מסלול כדור הארץ.

מקורות:

1. חדשות סוהו. "האם לתחנת החלל הבינלאומית יש תחנות כוח או כוח אחר - ייצור ציוד?" https://m.sohu.com/a/374148541_120085179/

2. משרד הנדסת חלל מאויש של צ'ינה. "נאס"א לשדרג מערכי סולאריים של תחנת החלל הבינלאומית." https://www.cmse.gov.cn/hqsy/lydt/gjkjz/202101/t20210128_47565.html

3. חלקיק. "Tecstar Suppors ISS PANELS SOLAR." https://www.spacedaily.com/reports/tecstar_ships_iss_solar_panels.html

4. "בואינג לספק שישה מערכים סולאריים נוספים לתחנת החלל הבינלאומית." https://boeing.mediaroom.com/news {4} release

5. וואנג ינאן (ידע חלל). "תחנת החלל של סין 'בנק כוח': מיליון יואן למ"ר, מייצרת 1000 קוט"ש מדי יום." http://m.toutiao.com/group/7161312038013190656/?upstream_biz {9} }doubao

6.A1SOLARSTORE. "Solarspace Panels Panels סקירה 2025: ב- - מבט עומק." https://a1solarstore.com/blog/solarspace- solar {9} }panels {10} review {11}- depthththtth {13 }look {14 }a1-solarstore.html

7.xpower Solar. "יצרן מודולי PV סולארי מוביל|אודות Xpower." https://www.xpowersolar.com/about/

8.NASA. "מערכים סולאריים בתחנת החלל הבינלאומית." https://www.nasa.gov/image {}} article/solar {6} array

9. NETEASE NEWS. "עיצוב מיושן? תחנת החלל של סין 'קל משקל' עם פער של 300 טון?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

10. Eugene Schwanbeck; פני דלטון. "תחנת חלל בינלאומית ליתיום - סוללות יון למערכת חשמל חשמלית ראשונית."

11.GS YUASA. "הליתיום של GS Yuasa - תאי יון שיועברו לתחנת החלל הבינלאומית בפעם הרביעית." https://www.gs - yuasa.com/en/newsrelease/article.php?ucode=GS200509534828_785

12. תוכנית החלל המאוישת של סין. "מערכת אנרגיה של תחנת החלל של סין."

13. סולארפדס. "הכוח לטיול חלל 65 אה, 100 אה, 150 אה, 250 AH חומצת עופרת (AGM) קיבולת סוללה, מחירים, ביקורות." https://www.solarfeeds.com/battery/long- life