Производство солнечных батарей для космических аппаратов

Производство солнечных батарей для космических
аппаратов
Участники проекта
Продукция проекта
Солнечные батареи, предназначенные для космических
спутников и орбитальных станций
•
•
РОСНАНО
ОАО «НПП «Квант»
Потребители продукции
•
ОАО «Информационные спутниковые системы» им.
академика М.Ф. Решетнёва»
•
ГНТУ им. Хруничева
•
НПО им. Лавочкина
•
ВНИИЭЛ
•
РКК «Энергия»
Финансирование
•
РОСНАНО предоставляет ОАО «НПП «Квант» долгосрочный заём в размере 550 млн руб. сроком на 5 лет
•
ОАО «Информационные спутниковые системы» им.
академика М.Ф. Решетнёва вносит в проект 50 млн руб. в качестве займа
Производство
•
На базе ОАО «НПП «Квант» в Москве
Этапы производства
2009 г.
2012 г.
2009-2016 гг.
Первые образцы продукции
Выход на полную проектную мощность (производство солнечных
элементов площадью 240 м )
Поставка солнечных батарей
(обеспечение заказами 60% продукции)
ОАО «НПП «Квант»
Ведущая организация в РФ, располагающая полувековым опытом работы в областях:
разработки методов прямого
преобразования различных
видов энергии (химической,
солнечной, тепловой) в электричество
создания автономных источников электропитания
и средств диагностики
разработки и изготовления
солнечных элементов
на основе различных полупроводниковых материалов
проектирования, изготовления, испытаний и обеспечения ресурсных характеристик солнечных батарей для
космических аппаратов
Разработано и изготовлено более 2000 солнечных батарей
Для орбитальных
станций:
- «Салют»
- «Мир»
- МКС
Для межпланетных
аппаратов:
- «Венера»
- «Марс»
- «Фобос»
Для космических
аппаратов:
- «Сисат»
- «Казсат»
- «Экспресс АМ»
- «Глонасс-К»
- «Монитор-Э»
Для космических
кораблей ряда
зарубежных стран
(Индия, Чехия,
Болгария, Израиль)
Солнечные батареи на трехкаскадных
гетеронаноструктурных элементах
Строение солнечной батареи
Передний контакт
Антиотражающее покрытие
AlInP «окно»
InGaP верхняя ячейка
Каскад 1
Туннельный переход
InGaAs средняя ячейка
Каскад 2
Туннельный переход
Буферный слой
Ge нижняя ячейка
Каскад 3
Задний контакт
Схема строения планарной гетероструктуры солнечного элемента, содержащего 27- 30 слоев. Примерно половина слоев
нанометрического масштаба, в частности: туннельные диоды, буферные прослои, «окна», диффузионные барьеры и слои
специального назначения. Масштаб слоев не соблюден.
Солнечные батареи для космических спутников
и орбитальных станций
Основа
Арсенид галлия
Возможности
•
Вдвое – с 15 до 32% поднять эффективность батарей,
по сравнению с кремниевыми
Трехкаскадные солнечные элементы
До 30 чередующихся
слоев
•
Химическое соединение галлия и мышьяка
•
Важный полупроводник, третий по
масштабам использования в промышленности
после кремния и германия
•
Используется для создания
сверхвысокочастотных интегральных схем,
светодиодов, лазерных диодов, диодов Ганна,
туннельных диодов, фотоприёмников и
детекторов ядерных излучений
Каждый слой
толщиной 10-15 нм
Области применения
Космические спутники
Орбитальные станции
Основные характеристики солнечных батарей (3 каскада)
Достигнутый КПД в космических условиях
27%-29%
Удельная мощность при работе в космосе
320-350 Вт/м2
Деградация начальных характеристик
за 15 лет на ГС-орбите
Удельная энергомассовая характеристика:
15-20%
достигнутая ≥115,
прогнозируемая – 125
Согласно Федеральной Космической Программе, к 2015 г. орбитальная группировка только гражданских спутников должна достигнуть 66 штук.
Реализация данной задачи возможна только при создании современных космических аппаратов, оснащенных А3В5 системами энергообеспечения.
Преимущества
Ведущая организация в РФ, располагающая полувековым опытом работы в областях:
Повышение энергосъема с
единицы площади более чем
в два раза по сравнению с
традиционными СБ
Повышение энерговооруженности космических аппаратов всех типов более
чем в 2 раза
Достижение срока активного
существования до 15 и более
лет
35%
2
Улучшение энергомассовых
характеристик СБ более чем
в два раза
Минимальные потери
начальной мощности к концу
срока активного существования
Возможность создания солнечных батарей
мощностью до 30 кВт для современных
геостационарных орбитальных платформ
с использованием существующих
ракет-носителей
Возможность создания на базе дальнейшего развития нанотехнологий фотопреобразователей с кпд более 35%