Energia protetora para o espaço: vidro de proteção avançado para células solares de próxima geração
Alimentando a próxima geração de satélites
À medida que os satélites se tornam a espinha dorsal das comunicações globais, navegação e observação da Terra, a demanda por energia solar durável e de alta eficiência em órbita continua a crescer. Condições adversas – incluindo radiação ultravioleta, oxigênio atômico, partículas carregadas e ciclagem de temperatura extrema – ameaçam o desempenho até mesmo das células fotovoltaicas mais avançadas.
Para enfrentar esses desafios, a SCHOTT, em estreita cooperação com a AZUR SPACE Solar Power GmbH e com financiamento da Agência Espacial Europeia (ESA), desenvolveu SCHOTT ® Solar Glass exos — uma nova geração de vidro de cobertura projetado especificamente para células solares de multijunção III-V usadas em missões de órbita terrestre baixa, média e geoestacionária.
Esta colaboração reúne a experiência da SCHOTT em vidros especiais e materiais ópticos com a experiência da AZUR SPACE, uma empresa 5N Plus e líder europeia e player global em tecnologia de células solares de multijunção. Com mais de 60 anos de experiência em células solares de alta eficiência para aplicações espaciais, a AZUR SPACE apoiou o desenvolvimento e contribuiu com testes e validação para garantir SCHOTT ® o vidro solar exos atenda às rigorosas demandas dos sistemas de energia de satélite de próxima geração.
® SCHOTT Vidro Solar EXOS combina estabilidade óptica, compatibilidade térmica e alta produção escalável para atender aos requisitos das missões espaciais de próxima geração. Especificamente adaptado com um CTE compatível para células solares baseadas em GaAs, que dominam os modernos sistemas de energia de satélite, o exos garante eficiência e confiabilidade de longo prazo em diversos perfis de missão — de constelações LEO mais curtas a satélites de comunicação GEO de longa duração.
Principais fatos
Mantendo as luzes acesas em órbita
Quase todas as missões espaciais dependem de células solares para alimentar satélites e espaçonaves. Mas o espaço é implacável: a radiação intensa, as rápidas flutuações de temperatura em LEO e a demanda por desempenho ininterrupto levam as células solares convencionais e seus vidros de cobertura ao limite. Garantir que as células solares permaneçam eficientes sob condições extremas e durante missões de longa duração requer uma solução de proteção inovadora — capaz de manter o desempenho e a estabilidade no ambiente mais hostil imaginável.Para atingir seus objetivos de missão, os satélites de próxima geração que operam em Órbita Terrestre Média (MEO) ou Órbita Terrestre Geoestacionária (GEO) devem gerar energia elétrica consistente por 10 a 15 anos ou mais, apesar da exposição constante a altos níveis de radiação, luz ultravioleta intensa e ciclagem térmica extrema.
No centro desses sistemas de energia estão as células solares de multijunção III-V, escolhidas por sua eficiência superior e design compacto. No entanto, embora essas células avançadas se destaquem na conversão de energia, suas camadas superficiais permanecem altamente sensíveis ao estresse ambiental. Com o tempo, a radiação UV, os impactos de partículas carregadas e as incompatibilidades de expansão térmica podem degradar adesivos, enfraquecer interfaces e diminuir a produção de energia — ameaçando a estabilidade a longo prazo de toda a matriz solar.
O desafio era criar um vidro de proteção que protegesse as células solares da radiação, da luz UV e do estresse mecânico — ao mesmo tempo em que permitisse a máxima transmissão de luz e mantivesse a compatibilidade térmica com os materiais subjacentes. A maioria das soluções existentes força um compromisso entre durabilidade e eficiência. SCHOTT desenvolveu um novo material que oferece clareza óptica duradoura e estabilidade mecânica para desempenho de longo prazo no espaço.
O vidro que possibilita a energia espacial
Com o apoio da Agência Espacial Europeia (ESA), a SCHOTT e a AZUR SPACE uniram forças para desenvolver o SCHOTT® Solar Glass exos, um vidro de cobertura avançado e qualificado para o espaço, adaptado especificamente para as células solares de multijunção III-V baseadas em GaAs da AZUR SPACE, usadas em ambientes orbitais exigentes.No centro dessa inovação está uma composição precisamente ajustada para desempenho óptico e estabilidade térmica. A absorção de UV e a estabilidade óptica foram otimizadas para exposição de longo prazo, garantindo a proteção de adesivos e junções superiores durante missões prolongadas. Um corte UV cuidadosamente definido em torno de 308 nanômetros filtra comprimentos de onda nocivos, mantendo uma transmitância luminosa de mais de 91% para maximizar a eficiência fotovoltaica.
Seu coeficiente de expansão térmica, projetado em 6,9 × 10⁻⁶ K⁻¹, é adaptado às células solares de GaAs, reduzindo significativamente o estresse mecânico durante as intensas oscilações de temperatura experimentadas em órbita. O vidro é dopado com cério para melhorar a estabilidade UV e resistir à solarização sob altas doses de radiação.
Outra vantagem importante do SCHOTT® Solar Glass exos é sua ampla escalabilidade: está disponível em um amplo portfólio de espessuras e formatos, suportando diversos projetos de satélites e necessidades de integração. Essa flexibilidade garante a compatibilidade entre os perfis de missão LEO, MEO e GEO — desde arrays leves e otimizados para massa até configurações de alta blindagem para órbitas com uso intensivo de radiação.
A Exos está passando por testes rigorosos de acordo com as normas ECSS-E-ST-20-08C, para avaliar sua durabilidade sob condições orbitais simuladas. Fabricado através do processo down-draw exclusivo da SCHOTT, apresenta uma superfície naturalmente polida a fogo que garante uma qualidade óptica impecável e uma ligação fiável.
Juntas, essas características definidoras — estabilidade UV, compatibilidade térmica e escalabilidade — fazem do SCHOTT Solar Glass exos uma solução pronta para o espaço que combina eficiência, resistência e precisão. Permite que os programas de satélites comerciais e apoiados pela ESA alcancem uma geração de energia fiável ao longo de uma vida útil prolongada da missão, ao mesmo tempo que fortalecem a cadeia de abastecimento europeia de componentes críticos de energia espacial.
Oliver Theussl
Gerente de Desenvolvimento de Vendas