Investigadores de la
UPM han determinado mediante cálculos matemáticos qué dispositivos
pueden generar, operando con una elevada temperatura, una mayor potencia
eléctrica a las sondas espaciales destinadas a orbitar alrededor del
planeta más interior del sistema solar: Mercurio.
SINC
Las sondas espaciales consumen energía eléctrica suministrada
generalmente por sistemas fotovoltaicos. Estos sistemas se componen de
células solares cuya eficiencia depende, entre otros factores, de la
temperatura de operación.
La temperatura a la que operan las
células solares en misiones próximas a la Tierra es significativamente
menor que la temperatura de operación en misiones espaciales cercanas al
Sol, como es el caso de Mercurio, destino de una próxima misión
liderada por la Agencia Espacial Europea (ESA). Por ello en estas
misiones deberían utilizarse células solares diferentes, capaces de
operar eficientemente a alta temperatura.
La sonda Messenger de la NASA, la primera que se colocó en la
órbita de Mercurio, utilizó células solares que operaban a temperaturas
moderadas
Sin embargo, en ambos escenarios se han utilizado hasta ahora células similares. Un grupo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), adscritos a su Instituto de Energía Solar,
ha examinado qué células solares pueden proporcionar una mayor potencia
eléctrica a sondas espaciales que orbiten alrededor del planeta más
interior del Sistema Solar.
La sonda Messenger de la NASA, la primera que se colocó en órbita alrededor de Mercurio (en marzo de 2011), utilizó células solares que conseguían operar a temperaturas moderadas gracias a la utilización de espejos que reflejaban una parte importante de la radiación solar. Los investigadores de la UPM explican que este procedimiento es muy ineficiente, ya que desaprovecha la energía eléctrica que podría ser generada si dicha radiación no fuese reflejada. Por ello, su trabajo se ha centrado en determinar qué células solares pueden generar, operando con una elevada temperatura, una mayor potencia eléctrica sin necesidad de reflejar la luz del Sol.
La sonda Messenger de la NASA, la primera que se colocó en órbita alrededor de Mercurio (en marzo de 2011), utilizó células solares que conseguían operar a temperaturas moderadas gracias a la utilización de espejos que reflejaban una parte importante de la radiación solar. Los investigadores de la UPM explican que este procedimiento es muy ineficiente, ya que desaprovecha la energía eléctrica que podría ser generada si dicha radiación no fuese reflejada. Por ello, su trabajo se ha centrado en determinar qué células solares pueden generar, operando con una elevada temperatura, una mayor potencia eléctrica sin necesidad de reflejar la luz del Sol.
El estudio se realizó mediante cálculos matemáticos basados en el principio de balance detallado, que establece que en el equilibrio cada proceso elemental debe ser equilibrado por su proceso inverso.
Para
poder aplicar este principio, los investigadores tuvieron que definir
las órbitas descritas por sondas espaciales alrededor de Mercurio,
calcular la radiación que incide en paneles fotovoltaicos situados en
dichas orbitas (proveniente del Sol y de Mercurio) y determinar la
temperatura de operación de dichos paneles. Esta temperatura es
establecida en un proceso iterativo que analiza la relación entre la
potencia absorbida, la energía eléctrica producida y la potencia
emitida.
BepiColombo a la vista
Los resultados indican que las células más eficientes en las órbitas de Mercurio son las que están fabricadas con un compuesto de aluminio, galio y arsénico (Al0.11Ga0.89As) y recubiertas con reflectores selectivos. Teóricamente, estas células podrían operar a una temperatura aproximada de 215 grados centígrados y proporcionar eficiencias de entre un 16,4% y un 25,2%.
Los resultados indican que las células más eficientes en las órbitas de Mercurio son las que están fabricadas con un compuesto de aluminio, galio y arsénico (Al0.11Ga0.89As) y recubiertas con reflectores selectivos. Teóricamente, estas células podrían operar a una temperatura aproximada de 215 grados centígrados y proporcionar eficiencias de entre un 16,4% y un 25,2%.
Este estudio puede ser de gran utilidad a la hora de diseñar los paneles fotovoltaicos de la misión BepiColombo
Aunque estas eficiencias resulten muy bajas, en realidad se traducen en
altas densidades de potencia eléctrica producida (entre 2.321 y 2.407
vatios por metro cuadrado), capaces de cubrir la demanda energética de
las sondas espaciales. La razón es que la proximidad del Sol hace que
los módulos fotovoltaicos sean iluminados con altas densidades
lumínicas.
Los investigadores afirman que su estudio puede ser de gran utilidad a la hora de diseñar los paneles fotovoltaicos de la misión BepiColombo, la primera que planea la ESA a Mercurio, en colaboración con la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA). Dicha misión incluye dos módulos espaciales: uno destinado a fotografiar y analizar Mercurio y otro destinado a investigar la magnetosfera del planeta. El lanzamiento está previsto para 2018 y el viaje durará siete años y medio.
Los investigadores afirman que su estudio puede ser de gran utilidad a la hora de diseñar los paneles fotovoltaicos de la misión BepiColombo, la primera que planea la ESA a Mercurio, en colaboración con la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA). Dicha misión incluye dos módulos espaciales: uno destinado a fotografiar y analizar Mercurio y otro destinado a investigar la magnetosfera del planeta. El lanzamiento está previsto para 2018 y el viaje durará siete años y medio.
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