Солнечные батареи: технология и экономика

 
1 2 3 4 5 6 7 12

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
электричество полупроводники космос
Вопрос в первую очередь к товарищам, имеющим отношение к полупроводникам.

Весной меня поразили цифры по ценам солнечных батарей для космического применения:

Арсенид-галлиевые - 1 млн. $ за кВт
Кремниевые - 500 000 $ за кВт


Это буржуинские. Наши кремниевые дешевле, около 120 000 за кВт, а GaAs у нас вообще не делают.

Что арсенид-галлиевые батареи, вообще говоря, лучше - понятно: у них выше радиационная стойкость (чуть ли не в сотни раз) и меньше масса на киловатт, т.к. несколько выше КПД. Но почему они аж вдвое дороже, и почему в России их не выпускают вообще?! Неужели работать с арсенидом галлия настолько сложнее, чем с кремнием?


Как известно, наиболее чувствителен к радиации p-n переход (в принципе еще стёклышки мутнеть могут и т.п., но именно переход наиболее уязвим - причём n-p переход более устойчив, чем p-n).
Пролистывая Бьюба и Фаренбруха, обнаружил упоминание о том, что электрическое поле, приложенное к p-n переходу, может существенно повысить радиационную стойкость фотоэлемента. Возникает вопрос: почему же этим не пользуются?

Сейчас у буржуев уже летают трёхкаскадные СБ, и работают над четырёхкаскадными, с повышенными КПД. Все - арсенид-галлиевые.
У нас, похоже, и до трёхкаскадных далеко.

Вопрос: а что, на кремнии такие структуры создавать проблематично? Или же смысла нет?
 
+
-
edit
 

foogoo

опытный

Fakir> Вопрос в первую очередь к товарищам, имеющим отношение к полупроводникам.
Fakir> Весной меня поразили цифры по ценам солнечных батарей для космического применения:
Fakir> Арсенид-галлиевые - 1 млн. $ за кВт
Fakir> Кремниевые - 500 000 $ за кВт
Fakir> Это буржуинские. Наши кремниевые дешевле, около 120 000 за кВт, а GaAs у нас вообще не делают.
Fakir> Что арсенид-галлиевые батареи, вообще говоря, лучше - понятно: у них выше радиационная стойкость (чуть ли не в сотни раз) и меньше масса на киловатт, т.к. несколько выше КПД. Но почему они аж вдвое дороже, и почему в России их не выпускают вообще?! Неужели работать с арсенидом галлия настолько сложнее, чем с кремнием?

У расплава арсенида галлия очень маленький коэффициент поверхностного натяжения. Поэтому при выращивании монокристалла получается очень тонкий цилиндр. Соответственно очень маленький круг после распила. Поэтому возни столько же сколько и с кремнием, а выход площади кристалла значительно меньше.


Fakir> Как известно, наиболее чувствителен к радиации p-n переход (в принципе еще стёклышки мутнеть могут и т.п., но именно переход наиболее уязвим - причём n-p переход более устойчив, чем p-n).
Fakir> Пролистывая Бьюба и Фаренбруха, обнаружил упоминание о том, что электрическое поле, приложенное к p-n переходу, может существенно повысить радиационную стойкость фотоэлемента. Возникает вопрос: почему же этим не пользуются?

Солнечная батарея - это и есть очень широкий p-n переход.
 

au

   
★★☆
Fakir:

404 Not Found

The requested URL /prd/space/cell-main.asp was not found on this server. Additionally, a 404 Not Found error was encountered while trying to use an ErrorDocument to handle the request. // www.spectrolab.com
 
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Спасибо, материалы любопытные.
Однако там только параметры - ни о ценах, ни о технологиях производства (и трудностях) ни слова.

Кстати, что меня удивило - даже триплексы там с КПД не выше 30%.

Вообще, где полупроводниковый народ? :) Татарин, ау!
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
foogoo
>У расплава арсенида галлия очень маленький коэффициент поверхностного натяжения. Поэтому при выращивании монокристалла получается очень тонкий цилиндр. Соответственно очень маленький круг после распила. Поэтому возни столько же сколько и с кремнием, а выход площади кристалла значительно меньше.

Хм... Я, признаться, в выращивании монокристаллов не силён, установку видел только один раз в жизни, и то сильно давно :) Но разве зонной плавкой нельзя получать кристаллы необходимых размеров?

>Солнечная батарея - это и есть очень широкий p-n переход.

Да я как бы в курсе :)
 
+
-
edit
 

foogoo

опытный

Fakir> foogoo
>>У расплава арсенида галлия очень маленький коэффициент поверхностного натяжения. Поэтому при выращивании монокристалла получается очень тонкий цилиндр. Соответственно очень маленький круг после распила. Поэтому возни столько же сколько и с кремнием, а выход площади кристалла значительно меньше.
Fakir> Хм... Я, признаться, в выращивании монокристаллов не силён, установку видел только один раз в жизни, и то сильно давно :) Но разве зонной плавкой нельзя получать кристаллы необходимых размеров?
Когда я перестал этим интересоваться, у наших кристаллов арсенида галлия максимальный диаметр был 7 см.

>>Солнечная батарея - это и есть очень широкий p-n переход.
Fakir> Да я как бы в курсе :)
Дык, и напряжение как бы приложено...
 

au

   
★★☆
Fakir:

Нынешние коммерческие 3J элементы (спектролабовские) намного сложнее по структуре чем кремниевые, и минимум в два раза более эффективны. Это экономия для спутника: он за те же деньги получает столько же или больше мощности без затраты массы и объёмов. А панель — это не только фотоэлементы, так что там экономия набегает будь здоров. Более того, эти элементы, в отличие от кремниевых, выгодно использовать с концентраторами (порядка х40-50) — их эффективность при этом возрастает, а собственно элементов нужно пропорционально меньше для той же мощи, и деградация по идее меньше, т.к. лизны не фокусируют электроны, а УФ могут не пропускать. Кстати, они эпитаксиальные (MOVPE), а не нарезанные из болванки. Видел уже выкрики про 5J (не могу найти эту статью) :) По технологии могу дать статью от авторов. Если есть выход на сайнсдирект — можете сами поглядеть:
Recent developments in high-efficiency Ga0.5In0.5P/GaAs/Ge dual- and triple-junction solar cells: steps to next-generation PV cells
Solar Energy Materials & Solar Cells 66 (2001) 453-466

Ещё одно: "Ioffe Physico-Technical Institute" не перестаёт заявлять свои успехи в этом деле, но у них свой подход.
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
au
>Нынешние коммерческие 3J элементы (спектролабовские) намного сложнее по структуре чем кремниевые,

Что трёхкаскадные сложнее двух- и тем более однокаскадных - достаточно понятно. Но почему арсенид-галлиевые настолько сложнее кремниевых? Неужели на кремнии трёхкаскадные делать нельзя?

>и минимум в два раза более эффективны.

В два? Хм... Слышал цифирь, что у кремниевых КПД где-то 23%, у арсенид-галлиевых - до 37%.

Кстати, сам по себе бОльший КПД еще не гарантирует выигрыша. Поэтому пока еще возлагают какие-то надежды (хотя, ИМХО, сильно завышенные) на аморфный кремний, у которого КПД вообще дохлый - меньше 10%, чуть ли не 8%.

>Это экономия для спутника: он за те же деньги получает столько же или больше мощности без затраты массы и объёмов.

По моим данным (см. выше, первый пост) - столько же мощности получают за вдвое бОльшие деньги. У вас есть другие сведения?
То есть экономия только на массе... Сама по себе она не особо велика, но для ГСО-шного связиста, где каждый десяток кг - это лишний транспондер, приносящий прибыль, вероятно, окупается. Ну и ресурс повышенный по ср. с кремнием - это, как я понимаю, основная причина.

>А панель — это не только фотоэлементы, так что там экономия набегает будь здоров.

Так вот конечный цены киловатта панелей, со всеми бебехами 1 млн. против 0,5 млн. Так что на самой панели экономии не получается, а строго наоборот.

>Более того, эти элементы, в отличие от кремниевых, выгодно использовать с концентраторами (порядка х40-50) —

А вы знаете примеры реального использования концентраторов на КА? Да еще и с таким большим коэффициентом?! И как тепло лишнее сбрасывать?

>Кстати, они эпитаксиальные (MOVPE), а не нарезанные из болванки.

Э... пардон, а что такое эпитаксиальные?

>Видел уже выкрики про 5J (не могу найти эту статью)

Теоретические, или какие-то лаб. образцы? Что обещают, какие параметры? И сколько там до лётным моделей?

>Ещё одно: "Ioffe Physico-Technical Institute" не перестаёт заявлять свои успехи в этом деле, но у них свой подход.

То есть?
 
+
-
edit
 

foogoo

опытный

Metalorganic vapour phase epitaxy - Wikipedia, the free encyclopedia

Metalorganic vapour phase epitaxy (MOVPE), also known as organometallic vapour phase epitaxy (OMVPE) or metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD), is a chemical vapour deposition method used to produce single or polycrystalline thin films. It is a highly complex process for growing crystalline layers to create complex semiconductor multilayer structures. In contrast to molecular beam epitaxy (MBE) the growth of crystals is by chemical reaction and not physical deposition. This takes place not in a vacuum, but from the gas phase at moderate pressures (10 to 760 Torr). // Дальше — en.wikipedia.org
 

 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Ох ни фига ж себе... И что, хорошие кристаллы получаются? А почему они тогда такие дорогие, вроде технология должна быть достаточно массовой?

Вообще, кстати, я так до сих пор и не понял, почему всё же космические СБ настолько дороги?
Мне что-то говорили в том духе, что при отборе полупроводников для космических СБ очень высок процент брака, но поскольку люди были не специалисты в этой области - то как-то без подробностей получилось.
 
+
-
edit
 

DaddyM

опытный

Вообще интересно - при таких ценах может обычный Стирлинг окажется прекрасной альтернативой?
А США в это время захватывает стратегически важный город-герой Бобруйск.  
+
-
edit
 

foogoo

опытный

DaddyM> Вообще интересно - при таких ценах может обычный Стирлинг окажется прекрасной альтернативой?
Ключевой параметр вес а не цена.
 
RU Dem_anywhere #02.10.2006 02:29
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал
★☆
> вроде технология должна быть достаточно массовой?

Откуда массовая - исключительно для спутников...

> Вообще, кстати, я так до сих пор и не понял, почему всё же космические СБ настолько дороги?

Ну, когда запуск стоит сотню миллионов вечнозелёных - то стоимость СБ такая мелочь... :)

А на самом деле - обычный корпоративный сговор :)
 
+
-
edit
 

DaddyM

опытный

Так ведь вес это еще и срок службы. А теплообменники Стирлига не так подвержены старению. К томуже в его систему охлаждения можно заодно и тепло аппаратуры сбрасывать.
А США в это время захватывает стратегически важный город-герой Бобруйск.  
+
-
edit
 

foogoo

опытный

DaddyM> Так ведь вес это еще и срок службы. А теплообменники Стирлига не так подвержены старению. К томуже в его систему охлаждения можно заодно и тепло аппаратуры сбрасывать.
Лови:

High Efficiency, Long Life, Low Mass Stirling Engine for Low Power Applications

High Efficiency, Long Life Advanced Stirling Convertor for NASA Deep Space Missions Sunpower, Inc. Athens, OH This 80 watt free-piston Stirling power convertor produces electric power from any heat source. The Advanced Stirling Convertor can be used in any application that requires conversion of heat into electric power with high efficiency and low mass. This technology is similar to proven long-life high performance cryocoolers and enables radioisotope thermal generators (RTGs) to achieve specific power that is twice that of existing RTGs. // Дальше — sbir.gsfc.nasa.gov
 

вторая ссылка по запросу:
 
+
-
edit
 

DaddyM

опытный

Спасибо, заодно забыл что когда ночь его можно и изотопами подогревать :)
А США в это время захватывает стратегически важный город-герой Бобруйск.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
DaddyM
> Вообще интересно - при таких ценах может обычный Стирлинг окажется прекрасной альтернативой?
>Ключевой параметр вес а не цена.

Ключевой параметр скорее даже не вес, а надёжность и ресурс. Генератор со стирлингом (да и любая подобная электромеханика), непрерывно работающая в течении 15 лет безо всякого обслуживания - ИМХО, штука малореальная. И стоить будет - дай боже, если вообще сделать удастся.

Dem_anywhere
>Откуда массовая - исключительно для спутников...

У вас есть данные, что эпитаксия используется только при производстве СБ космического назначения? Или палец сосём?

>Ну, когда запуск стоит сотню миллионов вечнозелёных - то стоимость СБ такая мелочь...

Десять миллионов - оно всегда не мелочь.

>А на самом деле - обычный корпоративный сговор

Ну вот только не надо конспирологии, тем более такой кондовой :mad: Ладно бы хоть с фактами, а так нахрена словоблудием заниматься?
 
RU Dem_anywhere #03.10.2006 01:20
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал
★☆
>У вас есть данные, что эпитаксия используется только при производстве СБ космического назначения? Или палец сосём?
А где ещё можно использовать СБ такой стоимости?

>Ну вот только не надо конспирологии, тем более такой кондовой Ладно бы хоть с фактами, а так нахрена словоблудием заниматься?
Факты говоришь?
Вот возьмём "Союз". Из чего он состоит?
100т керосина ($1/кг)+ 200т ЖК ($0.2/кг) = 140 килобаксов
25т ($4/кг) люминивых конструкций - ещё 100 килобаксов
Движки - металлический колпак с насосом на сотню атмосфер - считай сам.
Ну и прочее по мелочам. В поллимона вполне вписываемся.
Заметил - как бы на пару порядков разница получается :)
На те же самые пару порядков, что между болидом F1 и рядовой иномаркой, на которой просто ездят. :)
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Так, пошёл флуд... Ты бы сначала определился, дорога ли сама эпитаксия, а потом выводы делал, а? А то только топик забивается.
А про "Союз" вообще бред написан.
Очень прошу в дальнейшем топик от подобного необоснованного флуда избавить. Считай это модераториалом.
Или цифры, факты и конкретные ссылки, или радиомолчание, ок?
 
LT Bredonosec #03.10.2006 01:56
+
-
edit
 
мдя.. янтарную комнату тоже по цене янтарного сырья за кг предложить продать можно..
А скульптуры от микеланджело по цене мрамора на вес..
Voeneuch, учи физику, манажор ))  
LT Bredonosec #03.10.2006 02:06
+
-
edit
 
>у арсенид-галлиевых - до 37%.
на сайте (ссылка в теме) предлагают только до 28.3% как самые адванседы..
Или вы о советских/японских/еще не знаю чьих?
>на аморфный кремний, у которого КПД вообще дохлый - меньше 10%, чуть ли не 8%.
- Да вроде 18 говорили... И препоносили как небывало высокий..
А в чем его преимущество тогда? Только в весе чтоль? Бо стоимость производства, как мне тут же (на базе) тыкали, немаленькая.
Voeneuch, учи физику, манажор ))  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Bredonosec
>>у арсенид-галлиевых - до 37%.
>на сайте (ссылка в теме) предлагают только до 28.3% как самые адванседы..
>Или вы о советских/японских/еще не знаю чьих?

Такая цифирь - 37% - мелькала в разговоре с мужиками, которые занимаются "общекосмическими" вопросами :) Как-то вот упомянулось, что это максимум на сегодняшний день, но без указаний - кто, где. Но что не наши - это точно, у нас же кремний один :( Поэтому сам и удивляюсь, что по ссылке даже 30% нет нигде. Может, имелись в виду перспективные четырёхкаскадные?

>>на аморфный кремний, у которого КПД вообще дохлый - меньше 10%, чуть ли не 8%.
>- Да вроде 18 говорили... И препоносили как небывало высокий..

Хз... Может, в теории? А так пока до 18%, НЯЗ, как до Киева раком. Плюс еще проблема со свёртыванием-развёртыванием плёнки, на которую этот самый аморфный кремний нанесен - трескается, зараза.

>А в чем его преимущество тогда? Только в весе чтоль? Бо стоимость производства, как мне тут же (на базе) тыкали, немаленькая.

Да, вроде бы только в весе. Рассчитывали сэкономить, в частности, на каркасе - разматывать из рулонов, и никакие "гармошки" не нужны, компактно и просто. Но, похоже, что из-за растрескивания до этого пока далеко (ни одна подобная СБ в космос еще не летала, и неизвестно, когда полетит).
Насчёт цены ничего не скажу - но, видимо, за киловатт всё-таки меньше, чем у других. ИМХО.
 

au

   
★★☆
Fakir:

>>Нынешние коммерческие 3J элементы (спектролабовские) намного сложнее по структуре чем кремниевые,
Fakir> Что трёхкаскадные сложнее двух- и тем более однокаскадных - достаточно понятно. Но почему арсенид-галлиевые настолько сложнее кремниевых? Неужели на кремнии трёхкаскадные делать нельзя?

Нужны разные свойства для захвата разных длин волн. 3J — это не "арсенид-галлиевые", там десятка полтора-два разных материалов и их вариаций, и три "основных". В той статье что я дал всё это объясняется авторами из спектролаба — посмотрите если можете, если не можете, то могу на емейл прислать статью.

Fakir> В два? Хм... Слышал цифирь, что у кремниевых КПД где-то 23%, у арсенид-галлиевых - до 37%.

Всё несколько меньше и по-другому. Статью хотите?

Fakir> Кстати, сам по себе бОльший КПД еще не гарантирует выигрыша. Поэтому пока еще возлагают какие-то надежды (хотя, ИМХО, сильно завышенные) на аморфный кремний, у которого КПД вообще дохлый - меньше 10%, чуть ли не 8%.

Это для массового производства для бытовых применений. Главный параметр там цена и объёмы производства.

Fakir> По моим данным (см. выше, первый пост) - столько же мощности получают за вдвое бОльшие деньги. У вас есть другие сведения?

Про цены я не знаю. Но если разница в два раза, то она очевидно выгодна — я уже написал почему. Есть и ещё причины — 3J похоже лучше по всем параметрам кроме цены за см2.

Fakir> Так вот конечный цены киловатта панелей, со всеми бебехами 1 млн. против 0,5 млн. Так что на самой панели экономии не получается, а строго наоборот.

А массу посчитали? В бюджете массы системы.

Fakir> А вы знаете примеры реального использования концентраторов на КА? Да еще и с таким большим коэффициентом?! И как тепло лишнее сбрасывать?

На DS-1 летал концентратор, если не память меня не разыгрывает. Проблемы решаются, тот "институт Йоффе" ими явно плотно занимается. У них есть онлайновые статьи.

Fakir> Э... пардон, а что такое эпитаксиальные?

Посмотрите. Это когда активный материал осаждается на субстрат, а не нарезается из кристалла.

Fakir> Теоретические, или какие-то лаб. образцы? Что обещают, какие параметры? И сколько там до лётным моделей?

Ну это развитие 3J. Просто добавляют больше слоёв с более удачными свойствами, так что КПД повышается (не очень чтобы сильно, но всё же).

>>Ещё одно: "Ioffe Physico-Technical Institute" не перестаёт заявлять свои успехи в этом деле, но у них свой подход.
Fakir> То есть?

У них есть неплохой сайт, посмотрите.
 

au

   
★★☆
Да, когда указывается "КПД", честные люди всегда пишут при каких условия. Есть стандартные источники света: эквивалент солнца, и т.п. На монохромном источнике с правильной частотой КПД может достигать и вовсе невменяемых значений.
 
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
au
>В той статье что я дал всё это объясняется авторами из спектролаба — посмотрите если можете, если не можете, то могу на емейл прислать статью.

Нет, сейчас точно не смогу :(
Если пришлёте - буду весьма признателен.

>Это для массового производства для бытовых применений.

Если вы о КПД - так в том и дело, что такие цифры я слышал от людей из космической конторы, в которой этот самый аморфный кремний и делают! Правда, народ из другого отдела, но, полагаю, в курсе.

Fakir> По моим данным (см. выше, первый пост) - столько же мощности получают за вдвое бОльшие деньги. У вас есть другие сведения?

>Про цены я не знаю. Но если разница в два раза, то она очевидно выгодна — я уже написал почему.
>А массу посчитали? В бюджете массы системы.

Так ведь и я писал, что дело не совсем в этом :) Выигрыш по массе есть, конечно, но он невелик, процентов 20 где-то, что на киловатт выльется самый максимум в 100 000 $ - т.е. куда меньше разницы в цене СБ.
Поэтому, судя по всему, выигрыш в первую очередь в ресурсе, а также меньшем геморрое с большими гармошками (а это морока порядочная).

>На DS-1 летал концентратор, если не память меня не разыгрывает.

Cпасибо, поищу. Странно, что никаких упоминаний раньше не встречал...

>Проблемы решаются, тот "институт Йоффе" ими явно плотно занимается. У них есть онлайновые статьи.

Не дадите ссылочку - что там потолковее, пообстоятельнее?

>Посмотрите. Это когда активный материал осаждается на субстрат, а не нарезается из кристалла.

Ага, спасибо, тут уже ссылку запостили, и даже с картинкой :)
Только вот остаются вопросы - каково качество получаемых кристаллов, какова стоимость метода по сравнению с выращиванием монокристаллов и т.д.?

>Ну это развитие 3J. Просто добавляют больше слоёв с более удачными свойствами, так что КПД повышается (не очень чтобы сильно, но всё же).

Идея-то ясна, а вот чего с практикой?

>Да, когда указывается "КПД", честные люди всегда пишут при каких условия. Есть стандартные источники света: эквивалент солнца, и т.п. На монохромном источнике с правильной частотой КПД может достигать и вовсе невменяемых значений.

Это понятно :) Но поскольку речь шла именно о космическом применении, то, скорее всего, имелись в виду как раз 37% на солнечном спектре.
 
1 2 3 4 5 6 7 12

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru