ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию постоянного тока

Рассмотрение варианта применения в космосе термомехани­ческого способа преобразования энергии на основе цикла Ренкина привело к выводу о предпочтении фотоэлектрических преобразователей1^. При этом речь шла о двух альтернативных вариантах: об использовании кремниевых фотоэлектрических преобразователей без концентраторов солнечного из­лучения и преобразователей на основе арсенида галлия с концентраторами (рис. 12.21).

Суммарная площадь ФЭП для обеих конфигураций оказалась примерно оди­наковой и равной приблизительно 55 км2 (5,2 • 10,4 км для варианта кремния и 5,25 ■ 10,5 км для арсенида галлия). Если считать, что активная площадь ФЭП составляет 96 % суммарной, а интенсивность потока солнечного излучения на орбите равна 1360 Вт/м2, то суммарная мощность преобразуемого солнечного излучения в наиболее благоприятных условиях составляет около 72 ГВт.

Кремниевые фотоэлементы преобразуют неконцентрированное солнечное излучение, в то время как ФЭП на базе GaAs снабжены солнечными концен­траторами с коэффициентом концентрации, равным двум, достигаемым с по-

Прим. ред. Сегодня разработаны ФЭП на базе GaAs с КПД до 35 %, использующие кон­центраторы солнечного излучения с кратностью концентрации до нескольких сотен. Ведущим российским научным центром по разработке таких ФЭП является Физико-технический институт (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе РАН, г. С.-Петербург.

мошью простейших отражателей типа «корыта». Данные решения обусловлены тем, что галлий-арсенид допускает более высокую температуру эффективной эксплуатации (125 °С), чем кремний (36 °С). При таких температурах КПД мог бы быть 18,2 % для GaAs и 16,5 % для Si1). Предполагая, что потери на концен-

траторах составят 8,5 %, нетрудно подсчитать, что в обоих случаях можно полу­чить 10,5 ГВт электрической мощности.

В процессе эксплуатации ОСЭ следует ожидать некоторой деградации сол­нечных элементов, приводящей к снижению их КПД. Однако деградация мо­жет быть существенно снижена путем периодического «отжига» кремниевых элементов, например, с помощью перемещающихся по поверхности станции лазерных установок. Ожидается, что для GaAs. работающего при более высоких температурах в результате самоотжига деградация не будет чрезмерно высокой. По имеющимся данным, можно предположить, что снижение КПД ОСЭ в обо­их случаях не будет превышать всего 1 % за 30 лет.

Из 10,5 ГВт выработанной мощности к СВЧ-генераторам поступит около

8,5 ГВт. Столь заметные потери связаны с потерями в электрических кабелях. Действительно, максимально допустимое напряжение на СВЧ-генераторе оце­нивается в 40 000 В. Это ограничение связано с риском электрического пробоя в разреженной атмосфере на высоте геостационарного полета ОСЭ. Указан­ным значениям электрической мощности и напряжения соответствует элект­рический ток в 262 000 А! Следовательно, электрическое сопротивление ка-

Прим. ред. Последние разработки ряда научных центров, в том числе ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, направлены на создание ФЭП, преобразующих энергию солнечного излучения непосред­ственно в СВЧ-излучение. В этом случае на ОСЭ можно отказаться от протяженных и массивных электрических кабелей и существенно снизить электрические потери.

белей должно быть крайне низким, чтобы обеспечить минимальные потери, равные PR.