|
 |
Солнечные батареи ОАО "Сатурн" в космических программах |
 |
|
| Программы, спутники |
Состояние квалифи-
кации |
Начало эксплуа-
тации |
Заказчик |
| Низкие околоземные орбиты |
| Гонец-Д1 | "О1" | 1996 | НПО ПМ |
| Муссон | "О1" | 1981 | НПО ПМ |
| Метеор | "О1" | 1985 | ПО "Полет" |
| Циклон | "О1" | 1973 | ПО "Полет" |
| Цикада | "О1" | 1977 | ПО "Полет" |
| Надежда | "О1" | 1978 | КБ "Южное" |
| Целина-2 | "О1" | 1984 | КБ "Арсенал" |
| Ресурс-ДК | НЭО | 2005 | ЦСКБ "Прогресс" |
| Метеор-3М | ЭП | - | ОКТ "ЭЛКОС" |
| Белка | "О" | 2005 | РКК "Энергия" |
| Татьяна | | 2005 | МГУ |
| Геостационарные орбиты |
| Экран | "О1" | 1987 | НПО ПМ |
| Экран-М | "О1" | 1987 | НПО ПМ |
| Горизонт | "О1" | 1991 | НПО ПМ |
| Экспресс | "О" | 2000 | НПО ПМ |
| Ямал-200 | "О" | 2003 | РКК "Энергия" |
| Экспресс-АМ | О | 2003 | НПО ПМ |
| Экспресс-1000 | ЭП | - | НПО ПМ |
| Экспресс-2000 | ЭП | 2006 | НПО ПМ |
| Электро | ЭП | 2006 | НПО им. Лавочкина |
| Высокоэллиптические орбиты |
| Молния-3 | "О1" | 1975 | НПО ПМ |
| Молния-3К | "О" | 1995 | НПО ПМ |
| Высокие круговые орбиты |
| Глонасс-М | "О" | 2003 | НПО ПМ |
| Глонасс-К | "О" | 2003 | НПО ПМ |
| Дальний космос |
| Фобос-Грунт | ЭП | 2005 | НПО им. Лавочкина |
|
* Состояние квалификации
ЭП - эскизный проект
НЭО – наземная экспериментальная отработка
литера "О" - опытное производство
литера "О1" - мелкосерийное производство
|
|
|
|
|
Характеристики солнечных батарей |
|
|
|
|
|
|
|
изготавливаются на всех типах каркасов ( сетчатые, струнные, пленочные, сотовые, металлические )
в конструкции солнечных батарей используется ряд оригинальных конструктивно-технологических решений, защищенных патентами
солнечные батареи имеют высокие показатели эксплуатации как в космосе, так и в наземных условиях
удельно-массовые и ресурсные характеристики солнечных батарей соответствуют современному мировому уровню
|
| Характеристики солнечных батарей для геостационарных орбит ( h= 36.000км ) |
| Параметр солнечной батареи |
ФЭП на основе Si |
ФЭП на
основе GaAs |
| Традиционные |
Текстурированные |
| САС *, лет | 15 |
| КПД (АМО, 28 °C), % | 15,0 | 16,5 | 26,8 |
| Удельная мощность, ** Вт/м2 |
| Начало САС | 165/160 | 192/185 | 300/290 |
| Конец САС | 115/120 | 135/142 | 225/225 |
| Удельная масса, кг/м2 | 1,35/1,25 | 1,7/1,6 |
*САС - срок активного существования ( в космическом пространстве )
** в числителе приведены данные для каркасов со струнной или пленочной подложками, в знаменателе - для сотовых каркасов
|
|
|
|
|
Типы и характеристики фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) |
|
|
|
|
|
|
В зависимости от конкретных условий эксплуатации, выпускаются различные конструктивно-технологические модификации ФЭП:
с полированной поверхностью
с текстурированной поверхностью
с алюминиевым зеркалом на тыльной стороне
с встроенными шунтирующими диодами
|
| Характеристики ФЭП в условиях АМ0 (1360 Вт/м2) и Т = 28°С |
| Материал | Si | GaInP2/GaAs/Ge |
| Толщина ФЭП, мкм | 190 ± 30 | 160 ± 30 |
| Интегральный шунтирующий диод | есть | есть |
| Энергетические характеристики ФЭП: |
| Плотность тока короткого замыкания, Jsc, мА/см2 | 41 - 46 | 16,9 |
| Напряжение холостого хода, Uoc, В | 0,61 - 0,63 | 2,565 |
| Ток в точке макс. мощности, Jmp, мА/см2 | 38,7 - 44,3 | 16,0 |
| Напряжение в точке макс. мощности, Ump, В | 0,49 - 0,52 | 2,27 |
| Максимальная мощность, Pmp, Вт/м2 | 190 - 225 | 362 |
| КПД, η, % | 14 - 16,5 | 26,8 |
| Темературные коэффициенты |
| d Iкз / dT | мкА/см2 | 19,8 | 11,2 |
| d Iмм / dT | мкА/см2 | - | 7,3 |
| d Uхх / dT | мВ/С° | - 1,92 | - 5,9 |
| d Uмм / dT | мВ/С° | - 2,0 | - 6,2 |
|
|
|
Радиационная стойкость ФЭП |
|
|
|
При эксплуатации в космическом пространстве солнечные батареи и, соответственно, фотопреобразователи
подвергаются воздействию радиации (радиационные пояса Земли, солнечное и космическое излучение) в
результате чего происходит постепенное ухудшение их электрических характеристик. Стойкость ФЭП к
воздействию радиации в наземных условиях исследуется с помощью воздействия моноэнергетического
пучка электронов с энергией 1 МэВ (эквивалентный поток электронов).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Коэффициенты деградации электрических характеристик ФЭП в зависимости от воздействующей дозы (флюенса). радиации |
| Флюенс, эл/см2 | Типы ФЭП |
| 1Е14 |
5Е14 |
1Е15 |
3Е15 |
| Si | GaAs | Si | GaAs | Si | GaAs | Si | GaAs |
| Jsc | 0,976 | 0,998 | 0,926 | 0,99 | 0,892 | 0,98 | 0,832 | 0,95 |
| Uoc | 0,915 | 0,93 | 0,857 | 0,90 | 0,831 | 0,88 | 0,79 | 0,85 |
| Jmp | 0,981 | 0,996 | 0,933 | 0,98 | 0,898 | 0,96 | 0,831 | 0,91 |
| Ump | 0,903 | 0,94 | 0,844 | 0,90 | 0,818 | 0,88 | 0,776 | 0,84 |
| Pmp | 0,886 | 0,94 | 0,787 | 0,88 | 0,735 | 0,84 | 0,645 | 0,77 |
|
|
Для защиты ФЭП от агрессивного воздействия космического пространства,
применяется стекло марки К-208, легированное церием, толщиной (100 + 20) мкм.
Размер стекла на 0,2 мм больше размера ФЭП.
В зависимости от требований конкретного проекта,
на стеклянные пластины наносятся специальные покрытия:
просветляющие;
УФ и ИК фильтры;
Аl - зеркало.
|
|
Разработка и производство солнечных батарей |
|
|
|
Предприятие владеет полным циклом по проектированию, изготовлению
и испытаниям солнечных батарей, включая фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).
ОАО "Сатурн" владеет собственной технологией производства кремниевых ФЭП
для их изготовления используется бездислокационный монокристаллический кремний р-типа,
легированный бором и выращенный методом Чохральского с ориентацией [100],
удельным сопротивлением 12 Ом·см +35% (7,8-16,2 Ом·см)
при необходимости получения предельно высоких характеристик солнечных батареи, в их
конструкции используются многопереходные арсенид-галлиевые ФЭП на германиевых подложках;
для изготовления таких ФЭП предприятие использует покупные гетероструктуры
|
 |  |
| Участок сборочного цеха | Фрагмент солнечной батареи на углепластовом каркасе |
|
|
|
Производственно-технологическая и экспериментальная база |
|
|
| * | научно-исследовательские и проектно-технологические подразделения, обеспечивающие проектирование, испытания и сопровождение в производстве ФЭП и солнечных батарей |
 |
| * | вспомогательное производство, обеспечивающее проектирование и изготовление специальной оснастки и инструментов |
| * | технология полупроводникового производства |
| * | технология вытяжки, выравнивания и упрочнения тонких стеклянных пластин (до 80 мкм) |
| * | сварочная технология (аргонно-дуговая, контактная, диффузионная) |
| * | механико-машиностроительная технология |
| * | тонкопленочная технология |
| * | лазерная технология |
| * | технология производства широкого спектра инструментов и специальной оснастки |
| * | комплект оборудования для проведения всех видов механических и климатических испытаний образцов с габаритными размерами до 2,2 х 2,2 м, в том числе термовакуумных и термоцикли-ческих в диапазоне температур от минус 180°С до 100°С; |
| * | комплект оборудования для проведения электрических испытаний в широком спектре нагрузок и температурных диапазонов; |
| * | комплект оборудования для проведения градуировки образцовых фотопреобразователей |
|
|
