Células fotovoltaicas no espaço
Geração de energia para missões sob as condições mais adversas
O espaço é um dos ambientes mais exigentes que os humanos têm explorado. Suas temperaturas extremas e altos níveis de radiação eletromagnética e de partículas o tornam um desafio fundamental para qualquer espaçonave. Esse desafio é agravado pelas células fotovoltaicas que precisam gerar energia para toda a missão. Essas células precisam de um vidro resistente para a sua proteção e a de seus componentes, bem como para aumentar a eficiência ao fornecer alta transmissão de luz.
Proporcionando proteção no espaço
Em 4 de outubro de 1957, um importante capítulo na era das viagens espaciais teve início com o lançamento do satélite soviético Sputnik 1. No entanto, a primeira missão do satélite artificial da Terra foi curta. Na época, baterias eram usadas para alimentar o satélite. Elas duravam apenas 21 dias, e depois de 92 dias em órbita o Sputnik 1 queimou na atmosfera.
Nesse momento, começou a corrida pela superioridade técnica no espaço. Logo depois, os satélites foram equipados com células solares além de baterias. O objetivo da célula solar integrada era fornecer eletricidade aos satélites durante suas missões com energia obtida da radiação solar na órbita. Essa adição reduziu significativamente a massa da bateria e prolongou substancialmente a duração da missão. Dos cerca de 4.900 satélites ativos que orbitavam a Terra até o fim de 2021, quase todos os satélites dependiam de células solares para fornecer uma fonte de energia confiável.
Outro desafio para os satélites no espaço é o desgaste natural. O espaço é um ambiente hostil, com temperaturas baixas e altas extremas, além de enormes mudanças de temperatura. Além disso, as missões enfrentam pressões da atmosfera a vácuo, além de altas doses de radiação eletromagnética e de partículas carregadas do sol e outras estrelas fora do nosso sistema solar. Tudo isso é extremamente estressante para os materiais.
Para suportar as condições ambientais desafiadoras do espaço, os materiais exigem proteção adequada. Para funcionar, as células solares que equipam os satélites dependem da proteção de longo prazo fornecida ao cobrir as células solares com vidro.
Vidro – o material ideal para energia fotovoltaica espacial
As células solares consistem em um semicondutor, como germânio ou silício, no qual outros elementos, como arsênio, boro, gálio ou fósforo, são introduzidos em pequenas quantidades, camada por camada. Essa contaminação do semicondutor é chamada de dopagem e, em poucas palavras, cria camadas sobrepostas com excesso ou déficit de elétrons. A irradiação com radiação eletromagnética, especialmente no espectro visível ou próximo ao infravermelho, estimula a transferência de elétrons entre as camadas e, assim, a corrente flui. Esse processo continuará enquanto a célula solar estiver irradiada.Como uma fonte de radiação quase incansável, o sol não é apenas o centro de nosso sistema solar, mas, com a ajuda de células solares, ele é também o componente central da geração de eletricidade. No entanto, o sol, assim como outras estrelas fora do nosso sistema solar, emitem tipos de radiação que são úteis e prejudiciais. Em particular, a radiação de alta energia de partículas carregadas e a radiação UV de ondas curtas causam grandes danos à célula solar e destroem as camadas dopadas do semicondutor. Sem proteção suficiente, uma célula solar perderá rapidamente sua função.
Para reduzir ou até mesmo evitar esse dano, o vidro Solar Cell Cover oferece duas propriedades principais: garante alta transmissão e fornece proteção contra radiação. Esse vidro atua como um filtro e é altamente transparente para a radiação útil no espectro de infravermelho próximo e visível, enquanto reduz a intensidade de radiação prejudicial ou até mesmo a absorve completamente sem ser danificado. Essas são as propriedades de transmissão e proteção fornecidas pelos vidros Solar Cell Cover da SCHOTT.
Vantagens do vidro no espaço
No espaço, os satélites estão sob ataque constante de vários tipos diferentes de radiação. A radiação eletromagnética na forma de radiação UV e de partículas de alta energia pode levar à degradação do material devido à solarização e carga eletrostática. Ao bloquear essa radiação, o Vidro Solar da SCHOTT® protege a célula e seus componentes sensíveis.
Protege contra a radiação UV e de partículas nociva
Célula solar com vidro de proteção
Célula solar sem vidro de proteção
Aumenta a eficiência da célula solar
Graças à alta transmissão de luz, o Vidro Solar da SCHOTT® permite que mais luz chegue à célula solar para gerar mais energia para a espaçonave. Com mais de 90% de transmitância de UV-A à faixa de NIR, o Vidro Solar da SCHOTT® é idealmente compatível com o espectro do sol, e a quantidade de luz que atinge a célula solar é maximizada, com pouca perda de energia.
Ultrafino e econômico
A exploração espacial é um negócio caro, e qualquer coisa que possa reduzir os custos de combustível será bem-vinda pelo operador de satélite. Disponível em espessuras de até 30 micrômetros, a esfera de Vidro Solar da SCHOTT® oferece alta resistência e proteção com um peso menor.
Materiais usados
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