Le celle al silicio potrebbero alimentare il boom dei satelliti grazie a un'energia più economica. / Silicon cells could fuel satellite boom with cheaper power

 Le celle al silicio potrebbero alimentare il boom dei satelliti grazie a un'energia più economica. / Silicon cells could fuel satellite boom with cheaper power

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori dell'Università del Surrey hanno dimostrato come la reintroduzione delle celle solari al silicio per i satelliti potrebbe ridurre il costo dell'energia nello spazio fino al 90%.

Secondo il gruppo del Surrey, il silicio è stato il materiale standard per le celle dei veicoli spaziali dal 1958 al 1977, quando è stato sostituito dalle celle a tripla giunzione in arseniuro di gallio, che offrivano una maggiore efficienza e resistenza alle radiazioni. Tuttavia, le celle a tripla giunzione costavano tra i 250 e i 450 dollari per watt, rispetto a poche decine di centesimi per le celle al silicio.

Il gruppo del Surrey ha dimostrato che, dotando i satelliti di celle di silicio protette da un vetro adatto all'uso spaziale, è possibile ottenere un risparmio sui costi energetici pari all'85-90%. La dimostrazione è stata effettuata simulando un CubeSat 3U ed un MicroSat costruiti dalla Surrey Satellite Technology Limited (SSTL). Lo studio, pubblicato su Acta Astronautica, ha evidenziato come la maggior parte dei costi sia dovuta al vetro e non alle celle stesse.

"La scoperta interessante per noi non è stata che il silicio sia più economico, ma dove si concentra il costo residuo", ha affermato l'autore principale Tommy Richards, ricercatore post-dottorato presso l'Advanced Technology Institute dell'Università del Surrey. "Una volta che si posizionano le celle di silicio dietro un vetro qualificato per l'uso spaziale, è il vetro che si paga di più."

"Questo cambia le priorità su cui dovremmo concentrarci. Se riusciamo a rendere la cella stessa più resistente alle radiazioni, possiamo utilizzare vetri o substrati più sottili, riducendo al contempo costi e peso. Il problema si trasforma da una competizione sui materiali ad una questione ingegneristica che sappiamo come affrontare."

Il numero di satelliti lanciati ogni anno rafforza ulteriormente l'ipotesi di un ritorno al silicio. Considerando che ogni satellite richiede circa 1 kW di potenza - e che ne vengono lanciati migliaia ogni anno - l'utilizzo di un materiale più economico e abbondante sembra una scelta ovvia. Inoltre, se l'energia solare dallo spazio dovesse diventare realtà, sarebbero necessari enormi array di celle, una scala che il mercato delle celle a tripla giunzione non sarebbe in grado di supportare.

"Se vogliamo davvero raccogliere energia solare in orbita e riportarla sulla Terra, avremo bisogno di celle solari su una scala che l'industria spaziale specializzata non è in grado di produrre", ha affermato il professor Ravi Silva, direttore dell'Advanced Technology Institute del Surrey.

"Il silicio è l'unico materiale per il quale esistono già stabilimenti di produzione di queste dimensioni. La tecnologia installata sui tetti e negli impianti solari potrebbe rivelarsi la tecnologia che alimenterà la prossima generazione di veicoli spaziali."

ENGLISH

Researchers at the University of Surrey have shown how reintroducing silicon solar cells for satellites could reduce the cost of power in space by up to 90 per cent.

According to the Surrey team, silicon was the industry-standard cell material for spacecraft from 1958 until 1977, when it was replaced by triple junction gallium arsenide cells that offered better efficiency and radiation resistance. However, triple junction cells cost between $250 and $450 per watt, compared to just tens of cents for silicon cells.

By equipping satellites with silicon cells behind protective space-qualified glass, the Surrey team showed that savings on the cost of power could be as much as 85 to 90 per cent. They demonstrated this by modelling both a 3U CubeSat and a Micro Sat built by Surrey Satellite Technology Limited (SSTL). Published in Acta Astronautica, their work showed how the glass, not the cells themselves, made up the bulk of the costs.

"The interesting finding for us was not that silicon is cheaper but where the remaining cost sits,” said lead author Tommy Richards, a postgraduate researcher at the University of Surrey's Advanced Technology Institute. “Once you put silicon cells behind space-qualified glass, the glass is what you are paying for.

"That changes what we should be working on. If we can make the cell itself tougher against radiation, we can use thinner glass or substrates, and we cut cost and weight at the same time. It reframes the problem from a materials contest into an engineering one we know how to attack."

The number of satellites launched each year further strengthens the case for a return to silicon. With each satellite requiring around 1kW of power - and thousands now launched annually- using a cheaper, more abundant material seems an obvious choice. And if space-based solar power is to become a reality, enormous arrays of cells will be needed, a scale that the triple junction market would be unable to keep pace with.

"If we are serious about collecting solar power in orbit and sending it home, we will need solar cells on a scale the specialist space industry simply cannot produce,” said Professor Ravi Silva, director of Surrey’s Advanced Technology Institute.

“Silicon is the only material with factories already running at that size. The technology on rooftops and in solar farms could turn out to be the technology that powers the next generation of spacecraft.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/silicon-cells-offer-route-for-cheaper-satellite-power?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-230926%20-%20Wednesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fsilicon-cells-offer-route-for-cheaper-satellite-power&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer