9、太空太阳能转换技术：原理、测量与材料应用

太空太阳能转换技术：原理、测量与材料应用

1. 引言

自1958年美国发射第一颗太阳能卫星以来，太阳能电池在太空领域已成为主要的电源，至今已有四十多年。早期的太阳能电池虽然易于制造和使用，但效率较低。此后，美国国家航空航天局（NASA）开始致力于提高太阳能电池和阵列的性能，以满足不断增长的太空电力需求。同时，也对其他转换技术，如太阳能热系统进行了研究。

目前，数百千瓦的光伏太阳能已应用于各类商业、民用和军事卫星，而太阳能动力系统尚未发射。如今，光伏电力系统的早期尺寸限制已不再存在，多千瓦系统变得常见。太空太阳能阵列的设计灵活性、可靠性和模块化是其他转换技术无法比拟的，小型阵列甚至已被运送到月球和火星表面。自1958年以来，在理解影响太阳能电池效率和寿命的基本机制以及将这些理解转化为实际的电池改进方面取得了巨大进展，阵列结构机制也变得更加可靠和复杂。

2. 太空光伏电力系统

太空电力系统由多个子系统组成，其中之一是太阳能阵列。设计和建造太阳能阵列需要跨学科、协调良好的努力，类似于建造完整的电力系统。衡量太空太阳能阵列和整个电力系统性能的两个指标是单位质量功率（W/kg）和单位面积功率（W/m²），分别称为比功率和面积功率密度，其倒数分别为比质量（kg/kW）和比面积（m²/kW）。

对于使用安装在刚性面板上的硅太阳能电池的先进太空太阳能阵列，任务开始时（BOL）的典型值为30 - 40 W/kg和90 - 110 W/m²。阵列的寿命末期（EOL）值取决于任务时间和位置，环境因素如电子和质子辐射对电池的损伤，以及热循环和与轨道环境相互作用导致的电池互连和其他阵列组件的机械和电气退化，都会影响EOL与BOL阵列输出的比率。消除或减轻这些影响