Keďže vo vesmíre pôsobia veľmi extrémne podmienky, bolo nutné nájsť zdroj, ktorý je veľmi odolný, stabilný a účinný. Je použitie fotovoltiky vo vesmíre tým správnym riešením?
Keďže prvé satelity využívali iba slabý prúdový výkon, stačili na ich prevádzku, ako zdroj energie vo vesmíre, batérie. Batérie predstavujú síce spoľahlivý zdroj energie, no majú príliš veľkú hmotnosť a ich energia sa spotrebuje. Strieborno – zinková batéria s kapacitou 300 Ah váži cca 100 kg.
Pre lepšiu predstavu bežná spotreba na obývanom satelite Merkúr predstavuje približne 260W, čiže spomínaný typ strieborno – zinkovej batérie vydrží cca 2 dni. Hmotnostná dokonalosť zdroja prúdu predstavuje približne 450kg/KW. Pri vesmírnej technike, ktorá sa stále vyvíja, použitie samej príliš ťažkej batérie proste nestačí.
Po vynáleze fotovoltických systémov sa začali ako zdroj elektrickej energie používať vesmírne generátory, ktoré vlastne predstavujú solárne panely sa sú zložené z fotovoltických polovodičových článkov.
Slnečné žiarenie vo vesmíre je oveľa silnejšie ako na Zemi, pretože až 55- 60% slnečného žiarenia v atmosfére pohltia plyny, mraky a prach. Použitie bežných solárnych panelov, ktoré si môžete nechať nainštalovať aj u Vás doma, preto nie je vo vesmíre možné.
Tenký fotovoltický plátok má veľkosť 0,5 – 1mm. Jeho vnútorná vrstva je zložená z monokryštalického čistého kremíka (býva pokrytá sklom) a vnútorná vrstva z kontaminovaného kremíka napr. s fosforom. Po ožiarení slnečným svetlom vzniká medzi vrstvami, tok elektrónov a potenciálový rozdiel, následne sa vo vonkajšom obvode, ktorý spája obidve vrstvy, vytvára elektrický prúd. Keďže vygenerovaný elektrický prúd treba niekde aj ukladať, aby bolo možné ho efektívne využívať, sú vesmírne generátory kombinované aj s batériami. Solárne panely vlastne dobíjajú batérie.
Keďže kremíkové solárne paneli majú približnú účinnosť iba 11 – 15%, výskumníci (NASA) stále hľadajú možnosti, ako túto účinnosť zvýšiť. Ide predovšetkým o experimentovanie s novými typmi polovodičových vrstiev. V súčasnosti sa začínajú vyrábať aj solárne články na báze arzenidu – gália, ktorých účinnosť je 34%.
Solárne panely vytvárajú elektrický prúd len v prípade, že sú ožiarené slnečným svetlom, preto solárne paneli vo vesmíre majú funkciu sledovania slnečného žiarenia s rozložiteľnou štruktúrou, ktorá umožňuje rozloženie po obežnej dráhe. Môžeme to vidieť napr. na Medzinárodnej vesmírnej stanici.
Okrem odolnosti a účinnosti spočíva rozdiel medzi solárnymi panelmi vo vesmíre a bežne používanými solárnymi panelmi doma aj v tom, že súčasťou fotovoltických systémov na Zemi je a tzv. invertor, ktorý prevádza jednosmerný elektrický prúd vygenerovaný z panelov na striedavý prúd, využívaný v domácnosti. Elektrický prúd zo solárnych panelov satelitu je a aj zostáva jednosmerný, vďaka čomu sa používa aj menšie množstvo hardvéru potrebného pre fungovanie celého systému.
Už teraz sa pracuje a počíta s tým, že sa budú fotovoltické články používať aj na samotný pohon kozmických lodí a cestovanie vo vesmíre, z toho vyplýva, že obnoviteľné systémy zložené z fotovoltických článkov a využívajúce slnečné žiarenie sa stále vyvíjajú a predstavujú našu budúcnosť.
Ak ste zvedaví ešte na ďalšie zaujímavé informácie, môžete si na YouTube pozrieť video „How does James Webb Space Telescope power by Photovoltaic: Simply Explained“