ZOOM
GALERÍA
0 COMENTARIOS

La eficiencia depende en buena medida de la temperatura del entorno

Nos vamos a Mercurio: ¿cómo obtener las mejores células fotovoltaicas para la misión?

Aunque parezca una obviedad, en el espacio no hay enchufes ni tiendas para comprar baterías de repuesto. Quizá, en un futuro no muy lejano, la frecuencia de los viajes espaciales haga necesario abrir establecimientos tipo Seven Eleven en asteroides con posibilidades de parking, pero mientras eso llega, la supervivencia y éxito de las misiones a otros planetas depende esencialmente de la eficiencia de las células fotovoltaicas.

Lo que en la Tierra parece sencillo, no lo es tanto cuando hablamos del espacio. Si algo se estropea allí arriba o la energía calculada es insuficiente, no hay Matías Prats que te lo arregle. En buena medida, la eficiencia de una célula solar depende de la temperatura a la que tenga que trabajar.

Mercurio es el destino fijado por la Agencia Espacial Europea como una de sus próximas misiones, en colaboración con la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, conocida como misión BepiColombo, que tendrá la doble tarea de fotografiar y analizar el planeta más pequeño del Sistema Solar, así como de estudiar su magnetosfera. Una sonda que está previsto que despegue en 2018 y tarde siete años y medio en llegar a Mercurio.

La cuestión es que las células que se han estado usando hasta ahora para misiones relativamente próximas a la Tierra, no tendrán el mismo comportamiento cerca de Mercurio, donde la temperatura por su proximidad al Sol es mayor.

La ventaja de ser el pionero es que en los libros de historia siempre aparecerás como el primero que hizo tal o cual cosa; el inconveniente es que también eres el primero en tropezar con los problemas que, los que vengan detrás tendrán sobrada oportunidad de solventar. Es lo que pasó con la sonda Messenger de la NASA, la primera que comenzó a orbitar alrededor de Mercurio en 2011. Sus células solares resultaron ser muy ineficientes porque el sistema empleado se basó en espejos, para reflejar la radiación solar y poder trabajar a temperaturas moderadas.

Esta experiencia previa de la NASA ha servido a los investigadores de la UPM, adscritos al Instituto de Energía Solar, para estudiar más en profundidad cómo deberían ser las células fotovoltaicas de la próxima misión a Mercurio de la ESA. El fallo de eficiencia de la Messenger estuvo precisamente en que desaprovechaba energía eléctrica que podría haberse generado, porque en lugar de eso la reflejaba. Las investigaciones de la UPM se centran en averiguar qué células podrán generar el máximo potencial eléctrico sin reflejar la luz solar y en un entorno de altas temperaturas.

¿Cómo tendrían que ser?

El principio de balance detallado son una serie de cálculos matemáticos que permiten establecer cómo los procesos elementales tienen que equilibrarse con su correspondiente proceso inverso. En el caso del próximo viaje a Mercurio, los investigadores necesitaron definir las órbitas descritas por las sondas espaciales alrededor de Mercurio, calcular la radiación que incidirá sobre los paneles solares en esas órbitas y, finalmente, calcular la temperatura a la que tendrán que trabajar esos paneles.

Tras hacer todos los cálculos necesarios lo que se vio es que, las células más eficientes para llevar una sonda a la órbita de mercurio, tendrían que estar fabricadas con una aleación de aluminio, galio y arsénico (Al0.11Ga0.89As) y estar recubiertas además de reflectores selectivos.

Según los cálculos de la UPM, estas células serían capaces de operar a temperaturas de aproximadamente 215 grados centígrados y proporcionar una eficiencia de entre un 16,4% y un 25,2%. Como decíamos antes, lo que en la Tierra parece de una manera no se traduce igual en el espacio. Aunque estas eficiencias puedan parecer bajas, lo vierto es que habría que entenderlas en altas densidades de potencia eléctrica producida, lo que supondría entre 2.321 y 2.407 vatios por metro cuadrado, más que suficiente para cubrir las necesidades energéticas de las sondas espaciales. Y es que, al estar tan cerca del Sol, los módulos fotovoltaicos son alcanzados por altas densidades lumínicas.

Fuente e imagen interior: UPM (a) Bosquejo de sondas espaciales que orbitan alrededor de Mercurio describiendo trayectorias polares. (b) Eficiencia máxima teórica de células solares basadas en AlxGa1-xAs con reflectores selectivos.

No comments yet.

Deja un comentario