Energía protectora para el espacio: vidrio de cobertura avanzado para celdas solares de próxima generación
Impulsando la próxima generación de satélites
A medida que los satélites se convierten en la columna vertebral de las comunicaciones globales, la navegación y la observación de la Tierra, la demanda de energía solar duradera y de alta eficiencia en órbita continúa creciendo. Las duras condiciones, como la radiación ultravioleta, el oxígeno atómico, las partículas cargadas y los ciclos de temperatura extremos, amenazan el rendimiento incluso de las celdas fotovoltaicas más avanzadas.
Para hacer frente a estos desafíos, SCHOTT, en estrecha colaboración con AZUR SPACE Solar Power GmbH y con financiación de la Agencia Espacial Europea (ESA), desarrolló SCHOTT ® Solar Glass exos , una nueva generación de vidrio de cobertura diseñado específicamente para células solares multiunión III-V utilizadas en misiones de órbita terrestre baja, media y geoestacionaria.
Esta colaboración aúna la experiencia de SCHOTT en vidrio especializado y materiales ópticos con la experiencia de AZUR SPACE, una empresa de 5N Plus y líder europeo y actor mundial en tecnología de células solares multiunión. Con más de 60 años de experiencia en celdas solares de alta eficiencia para aplicaciones espaciales, AZUR SPACE apoyó el desarrollo y contribuyó con las pruebas y validaciones para garantizar que SCHOTT ® Solar Glass exos cumpla con las estrictas demandas de los sistemas de energía satelital de próxima generación.
® SCHOTT Solar Glass exos combina estabilidad óptica, compatibilidad térmica y producción altamente escalable para satisfacer los requisitos de las misiones espaciales de próxima generación. Diseñado específicamente con un CTE adecuado para las células solares basadas en GaAs, que dominan los sistemas de energía satelital modernos, exos garantiza la eficiencia y confiabilidad a largo plazo en diversos perfiles de misión, desde constelaciones LEO más cortas hasta satélites de comunicación GEO de larga duración.
Datos clave
Mantener las luces encendidas en órbita
Casi todas las misiones espaciales dependen de celdas solares para alimentar satélites y naves espaciales. Pero el espacio es implacable: la radiación intensa, las rápidas fluctuaciones de temperatura en LEO y la demanda de un rendimiento ininterrumpido llevan a las células solares convencionales y sus vidrios de cobertura a sus límites. Garantizar que las células solares sigan siendo eficientes en condiciones extremas y durante misiones de larga duración requiere una solución de protección innovadora, capaz de mantener tanto el rendimiento como la estabilidad en el entorno más hostil imaginable.Para cumplir con los objetivos de su misión, los satélites de próxima generación que operan en órbita terrestre media (MEO) o órbita terrestre geoestacionaria (GEO) deben generar energía eléctrica constante durante 10 a 15 años o más, a pesar de la exposición constante a altos niveles de radiación, luz ultravioleta intensa y ciclos térmicos extremos.
En el núcleo de estos sistemas de energía se encuentran las celdas solares multiunión III-V, elegidas por su eficiencia superior y diseño compacto. Sin embargo, aunque estas células avanzadas sobresalen en la conversión de energía, sus capas superficiales siguen siendo muy sensibles al estrés ambiental. Con el tiempo, la radiación UV, los impactos de partículas cargadas y los desajustes de expansión térmica pueden degradar los adhesivos, debilitar las interfaces y disminuir la potencia de salida, amenazando la estabilidad a largo plazo de todo el panel solar.
El reto consistía en crear un vidrio de cobertura que protegiera las células solares de la radiación, la luz ultravioleta y el estrés mecánico, al tiempo que permitiera la máxima transmisión de luz y mantuviera la compatibilidad térmica con los materiales subyacentes. La mayoría de las soluciones existentes obligan a un compromiso entre durabilidad y eficiencia. SCHOTT ha desarrollado un nuevo material que ofrece una claridad óptica duradera y estabilidad mecánica para un rendimiento a largo plazo en el espacio.
El vidrio que hace posible la energía espacial
Con el apoyo de la Agencia Espacial Europea (ESA), SCHOTT y AZUR SPACE unieron fuerzas para desarrollar SCHOTT® Solar Glass exos, un vidrio de cobertura avanzado y apto para el espacio, diseñado específicamente para las celdas solares multiunión III-V basadas en GaAs de AZUR SPACE que se utilizan en entornos orbitales exigentes.En el corazón de esta innovación se encuentra una composición ajustada con precisión para el rendimiento óptico y la estabilidad térmica. La absorción de rayos UV y la estabilidad óptica se han optimizado para una exposición prolongada, lo que garantiza la protección de los adhesivos y las uniones superiores durante misiones prolongadas. Un corte UV cuidadosamente definido de alrededor de 308 nanómetros filtra las longitudes de onda dañinas, al tiempo que mantiene una transmitancia luminosa de más del 91 por ciento para maximizar la eficiencia fotovoltaica.
Su coeficiente de expansión térmica, diseñado a 6,9 × 10⁻⁶ K⁻¹, se adapta a las células solares de GaAs, lo que reduce significativamente el estrés mecánico durante los intensos cambios de temperatura que se experimentan en órbita. El vidrio está dopado con cerio para mejorar la estabilidad a los rayos UV y resistir la solarización bajo altas dosis de radiación.
Otra ventaja clave de SCHOTT® Solar Glass exos es su amplia escalabilidad: está disponible en una amplia gama de grosores y formatos, lo que admite diversos diseños de satélites y necesidades de integración. Esta flexibilidad garantiza la compatibilidad entre los perfiles de misión LEO, MEO y GEO, desde matrices ligeras y de masa optimizada hasta configuraciones de alto blindaje para órbitas de radiación intensiva.
Exos se está sometiendo a rigurosas pruebas según los estándares ECSS-E-ST-20-08C, para evaluar su durabilidad en condiciones orbitales simuladas. Fabricado mediante el proceso de estirado descendente patentado de SCHOTT, cuenta con una superficie pulida al fuego de forma natural que garantiza una calidad óptica impecable y una unión fiable.
Juntas, estas características definitorias (estabilidad UV, compatibilidad térmica y escalabilidad) hacen de SCHOTT Solar Glass exos una solución lista para el espacio que combina eficiencia, resistencia y precisión. Permite que tanto los programas de satélites comerciales como los apoyados por la ESA logren una generación de energía fiable durante la vida útil prolongada de las misiones, al tiempo que fortalece la cadena de suministro europea de componentes críticos de energía espacial.
Oliver Theussl
Gerente de Desarrollo de Ventas