Celdas Solares en el Espacio

30/09/2021

Boletín Ammper Septiembre 2021

El espacio exterior, esa región del universo que se encuentra más allá de la atmósfera terrestre, aquel lugar donde aún se desconoce más del 90% de éste, donde, por necesidades de comunicación y exploración se han enviado múltiples misiones, pero ¿cómo podemos obtener energía en el espacio?


Las aplicaciones fotovoltaicas para usos espaciales tienen sus inicios en marzo de 1958, cuando se lanzó el Vanguard I del Laboratorio de Investigación Naval de U.S.A. Sin embargo, el uso de celdas solares para aplicaciones aeroespaciales debe cumplir con las necesidades, características y geometrías de los satélites para que puedan soportar las condiciones en el espacio ya que estas están sometidas a condiciones mucho más severas que en el planeta tierra.


En el espacio las celdas solares utilizadas en los satélites son principalmente bombardeadas con partículas cargadas, radiación UV, variantes bruscas de temperatura entre otras condiciones espaciales, cabe señalar que la temperatura en el espacio exterior puede alcanzar temperaturas mínimas de -180°C y máximas de hasta 122°C, mientras que la temperatura absoluta de la radiación cósmica de fondo es de -266.15°C. Las celdas solares son un proveedor de energía importante para los satélites por ello estas no deben fallar, en consecuencia, deben tener las mejores características y materiales, además de ser lo más ligeras posibles ya que el éxito de la operación del satélite depende críticamente de la energía suministrada por las celdas.


Las celdas utilizadas en El Vaguard I estaban conformadas principalmente de Si (silicio) (estas otorgaban entre 50 y 100 mW de potencia) con esto se demostró que las celdas solares podrían ser la solución a la necesidad de una fuente de energía en el espacio, por ello, desde 1958 y hasta la fecha el uso de celdas solares en satélites ayuda a que el tiempo de vida de estos sea más larga, ya que cuando el satélite consume por completo su combustible debe salir de órbita y dirigirse a la órbita cementerio, esta se encuentra situada a 300 kilómetros sobre la órbita geoestacionaria o en el caso de los satélites que operan en las órbitas cercanas al planeta (entre 800 y 1,000 km) la opción más utilizada para desecharlos es ralentizarlos para que de esta manera se quemen en la atmósfera.

Según estimaciones de la Agencia Espacial Europea (ESA) existen alrededor de 7,200 satélites en nuestra órbita terrestre, sin embargo, solo 4,300 se encuentran en funcionamiento, la masa aproximada de estos cuerpos oscila alrededor de las 9,400 toneladas, para darnos una idea de es casi como la Torre Eiffel la cual tienen una masa de 10,100 toneladas.

Por ello la búsqueda de celdas más eficientes es cada vez más primordial ya que si se continúan posicionando satélites indefinidamente en la órbita cementerio el riego de una colisión sería inminente y esto a su vez crearía un nuevo campo de basura espacial que podría intersectar la órbita geoestacionaria afectando a los satélites de telecomunicación.


La basura espacial es cada vez un tema más grave, por ello múltiples agencias espaciales y centros de investigaciones buscan opciones viables para poder limpiar los desechos que actualmente existen en la órbita cementerio.


El diseño de las celdas solares espaciales es sumamente importante, ya que estas deben de ser flexibles, ligeras y eficientes. Actualmente se consideran las celdas solares de Si (silicio) esto debido a su eficiencia razonablemente alta y su bajo costo de producción, sin embargo, las investigaciones aún siguen en búsqueda de celdas solares más eficientes.


Del mismo modo, el hacer que las celdas solares sean cada vez más eficientes eleva la complejidad de los materiales, lo que implica costos cada vez más elevados.


La última generación de celdas espaciales es aquella de multijuntura o también denominadas tándem, estas consisten actualmente en la unión de GaInP2/GaAs/Ge (Galio Indio Fosforo/ Galio Arsénico/ Germanio) las cuales pueden llegar a tener una eficiencia del 29%.


Quizá en un futuro los seres humanos seamos capaces de crear una celda solar tan eficiente que su tiempo de vida sea en algún momento desconocida, sin embargo, aún hay mucho por descubrir tanto en investigaciones de celdas solares como en espacio exterior.

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Referencias:

– P.Iles. Evolution of space solar cells. Solar Energy Materials & Solar Cells, Impreso (2001).
– Easton, R. L., and M. J. Votaw, Vanguard I IGY satellite (1958 Beta), Rev. Sci. Instrum., Feb. 1959. 
– Oliveira, J. (23 de agosto de 2017). La órbita en la que se ‘entierran’ los satélites artificiales. El País. https://elpais.com/elpais/2017/07/11/ciencia/1499764731_013050.html#:~:text=Se%20trata%20de%20la%20llamada,sat%C3%A9lites%20de%20telecomunicaciones%20y%20meteorol%C3%B3gicos.
– Lorente, A. (2 de diciembre de 2018). ¿Cuántos satélites hay orbitando la Tierra y cómo es posible que no choquen?; BBC News. https://www.bbc.com/mundo/noticias-46408633

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