Aquest treball presenta una comparació completa dels sistemes de generació d’energia fotovoltaica a bord de l’estació espacial internacional (ISS) i de l’estació espacial xinesa (CSS). S’analitzen paràmetres clau que inclouen especificacions de matriu fotovoltaic, sortida del sistema d’energia, configuracions estructurals, tecnologies cel·lulars, emmagatzematge d’energia i capacitats d’alimentació d’energia per posar en relleu les característiques tecnològiques i les diferències operatives entre les dues estacions espacials.

1. Potència, tensió i corrent de la matriu photovoltaic

1.1 Estació Espacial Internacional (ISS)

L’ISS compta amb quatre grans ales de matriu solar, amb cada ala originalment capaç de generar més de 30 kW, donant lloc a una potència nominal total de 124 kW (normalment funciona a uns 80 kW en condicions estàndard)¹. Aquestes matrius funcionen a una tensió de corrent continu d'aproximadament 160 V, que es redueix fins a 124 V via dc - unitats de convertidor DC (ddcu) per a l'estació - distribució ampla¹. Els nivells actuals varien amb la demanda d’energia, però el corrent màxim per matriu pot superar els 187 A (calculat a partir de 30 kW / 160 V).

Font de la imatge: Notícies de Sohu. "L'estació espacial internacional té estacions elèctriques o una altra potència - que generen equips?"

https://m.sohu.com/a/374148541_120085179/

El 2021, la NASA va iniciar una actualització amb un nou rotll². Aquestes matrius actualitzades mantenen la compatibilitat amb el sistema de distribució de 124 V existent alhora que milloren l'eficiència durant els angles de sol baixos².

Font de la imatge: Oficina d'Enginyeria Espacial de la Xina. "NASA per actualitzar les matrius solars de l'estació espacial."

https://www.cmse.gov.cn/hqsy/lydt/gjkjz/202101/t20210128_47565.html

Les plaques solars originals de la ISS probablement provenen de diversos fabricants. Tecstar, per exemple, va proporcionar plaques solars per al programa del mòdul de control provisional de l’ISS (ICM) en el passat³. Els components de la matriu Rosa actualitzada es provenen de Spectrolab⁴.

Estació espacial 1.2Chinesa (CSS)

El CSS incorpora sis grups d’ales solars amb una potència de disseny combinada superior a 100 kW⁵. Cada ala solar funciona a una tensió de corrent continu optimitzada per al sistema de gestió d’energia de l’estació (valors específics no divulgats públicament). Amb una superfície desplegada total de 138 m² a través de les seves quatre ales més grans (27m × 4m cadascuna), el CSS aconsegueix una alta densitat de potència mitjançant la tecnologia de cèl·lules avançades⁵. Les valoracions actuals són proporcionals a la potència, amb estimacions superiors a 800 A a la tensió principal del bus (derivada de 100 kW / 125 V supòsit).

Font de la imatge: Notease News. "Disseny obsolet? L'estació espacial de la Xina" lleugera "amb un buit de 300 tones?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

Pel que fa als fabricants dels components fotovoltaics del CSS, tot i que no es publiquen àmpliament detalls específics, la Xina té diversos fabricants líders de panells solars nacionals. Per exemple, empreses com Solarspace, un fabricant de panells solars de nivell xinès fundat el 2011, podrien participar-hi. A finals de 2023, tenia capacitats de fabricació que arribaven a 60 gigawatts de cèl·lules i 7,2 gigawatts de mòduls, amb bases a Cambodja, Laos i la Xina⁶. Un altre possible candidat és XPower Solar Energy Co., LTD, un proveïdor d’energia neta especialitzat en mòduls PV de rendiment alts - amb una capacitat de producció global d’1 GW mòduls i dues plantes de fabricació a la Xina⁷.

2. Configuracions estructurals: estats allotjats i desplegats

2.1iss

Configuració estelada: les matrius solars originals es van plegar en seccions compactes per al llançament, mentre que les matrius ROSA més recents s’emmagatzemen en capes cilíndriques (≈1m de diàmetre × 6m de longitud)².

Configuració desplegada: cada ala de matriu abasta 73 metres (240 peus) amb una superfície total de 2.500 m² (27.000 metres quadrats)⁸. Les vuit matrius es distribueixen a través del segment orbital dels Estats Units, muntats en gimbals giratoris per fer un seguiment del sol¹.
 

Distribució: quatre parells de matrius s’estenen des de l’estructura de l’emissora, amb mòduls russos (Zvezda, Zarya) amb matrius auxiliars més petites (actualment es retreuen les matrius de Zarya)¹.

Font de la imatge: NASA. "Arrels solars a l'Estació Espacial Internacional."

https://www.nasa.gov/IMAGE (2

2.2CSS

Configuració estelada: les ales solars es pleguen en una etapa multi -, acordió - com a estructura per adaptar -se dins de les carenes de llançament, utilitzant materials compostos lleugers per a l'emmagatzematge compacte.

Configuració desplegada: Cada ala es desplega a 27m × 4m, amb un sistema d’articulació dimensional multi- que permet la rotació de ± 180 graus per al seguiment solar òptim⁵. Les sis ales es distribueixen: Tianhe, Mengtian i Wentian tenen un parell⁵.

Distribució: la col·locació simètrica minimitza l’ombrejat entre mòduls, amb les ales que s’estenen perpendiculars a l’eix longitudinal de l’estació.

3. Tecnologies de cèl·lules fotovoltaiques

3.1iss

Les matrius originals (1998) utilitzen el silici - basat en cèl·lules solars amb ≈14% eficiència de conversió⁵.

Les matrius ROSA actualitzades incorporen les cèl·lules de la unió avançades de triple - (probablement Gaas - basades) per millorar l'eficiència, tot i que els materials específics romanen no divulgats².

3.2CSS

Employs triple-junction gallium arsenide (GaAs) cells with >30% d’eficiència de conversió^5,9.

Aquestes cèl·lules utilitzen fòsfur de gali indi (INGAP), arsenida de gali (GAAS) i capes de germani (GE) per capturar múltiples espectres de llum, crítics per a les condicions de l'òrbita terrestre baixa -.

Font de la imatge: Notease News. "Disseny obsolet? L'estació espacial de la Xina" lleugera "amb un buit de 300 tones?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

4. Sistemes d’emmagatzematge de les maletes

4.1iss

La bateria original era una bateria d’hidrur de níquel - metall (Ni - H₂), que consta de 48 mòduls de bateria independents (ORU), amb una energia total disponible de 96kWh per a tot el sistema d’emmagatzematge d’energia. El 2017 es va actualitzar a una bateria iònica de liti -, amb cada níquel - bateria d’hidrur de metall ORU substituït per una bateria d’ions de liti -, duplicant la capacitat i l’energia. L’energia total disponible de tot el sistema d’emmagatzematge d’energia ISS s’ha incrementat fins a aproximadament 192 kWh¹⁰.

Aquestes bateries emmagatzemen el 60% de la potència generada durant els períodes de llum del dia per suportar les operacions durant l’ombra de la Terra (35 minuts per òrbita)⁸.

Les bateries d'hidrogen de níquel - de l'ISS es van obtenir de diversos proveïdors. A mesura que l’ISS es dirigeix ​​cap a les bateries d’ions més avançades de liti -, la companyia de grups de GS Yuasa Corporation, GS Yuasa Technology Ltd. (GYT), ha estat fabricant lithium - cèl·lules iòniques per a la ISS des del 2012¹¹.

4.2CSS

Cada mòdul de l'estació espacial de la Xina (el mòdul Tianhe, el mòdul Wentian i el mòdul Mengtian) té les seves ales fotovoltaiques i sistemes independents d'emmagatzematge d'energia. Els sistemes utilitzen bateries iòniques de liti -. El mòdul de Tianhe Core està equipat amb sis conjunts de bateries iòniques de liti-, el mòdul de laboratori Wentian amb quatre conjunts i el mòdul de laboratori Mengtiian amb quatre conjunts. El funcionari no ha revelat la capacitat de bateria específica. No obstant això, segons els informes públics i les especulacions d'experts, s'espera que la capacitat de cada grup de bateries estigui al nivell de 100-200 AH, i s'estima que l'energia total disponible de tot el sistema de l'estació espacial és de més de 100 kWh¹².

Per al CSS, els possibles fabricants de les bateries iòniques de liti - inclouen CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Limited), un líder global en liti {{2} ió producció de bateries i energia espacial, que té experiència en la fabricació de diversos tipus de bateries^5,13.

5. Capacitats de subministrament de poder

5.1iss

Admet una càrrega màxima de 124 kW (actualitzable a 215 kW), alimentant suport vital, sistemes de comunicació i més de 50 experiments científics².

5.2CSS

Genera ≈1.000 kWh diàriament, suficient per a desenes d’armaris d’experiment i necessitats de tripulació⁵.

La capacitat 100+ KW permet una expansió futura, incloent mòduls addicionals i alts - instruments científics de potència.

Els sistemes fotovoltaics ISSS i CSS reflecteixen les seves respectives èpoques de disseny i els seus requisits operatius. L’ISS, amb la seva àrea de matriu més gran i les actualitzacions incrementals, prioritza la compatibilitat heretada, mentre que el CSS aprofita cèl·lules GAAS avançades i un disseny modular per a una major eficiència. Els dos sistemes demostren solucions robustes per sostenir la presència humana en - òrbita terrestre.

Fonts:

1.Sohu News. "L'estació espacial internacional té estacions elèctriques o una altra potència - que generen equips?" https://m.sohu.com/a/374148541_120085179/

2.China Oficina d’enginyeria espacial tripulada. "NASA per actualitzar les matrius solars de l'estació espacial." https://www.cmse.gov.cn/hqsy/lydt/gjkjz/202101/t20210128_47565.html

3.Pacedaily. "Tecstar s'envia panells solars ISS." https://www.spacedaily.com/reports/tecstar_ships_iss_solar_panels.html

4. "Boeing per proporcionar sis matrius solars més per a l'Estació Espacial Internacional". https://boeing.mediaroom.com/news (

5.Wang Yanan (coneixement aeroespacial). "Estació espacial de la Xina" Banc de potència ": 1 milió de iuan per metre quadrat, generant diàriament 1000 kWh." http://m.toutiao.com/group/7161312038013190656/?upstream_biz {9 <

6.A1SolarStore. "Panells solars de Solarspace Review 2025: a - aspecte de profunditat." https://a1solarstore.com/blog/SolarSpace {8 ]Solarse (

7.xpower solar. "Fabricant de mòduls PV solars líders|sobre XPower." https://www.xpowersolar.com/about/

8.Nasa. "Arrels solars a l'Estació Espacial Internacional." https://www.nasa.gov/IMAGE (

9.Netease News. "Disseny obsolet? L'estació espacial de la Xina" lleugera "amb un buit de 300 tones?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

10.EUGENE Schwanbeck; Penni Dalton. "Lithium de l'estació espacial internacional - bateries d'ions per al sistema d'energia elèctrica primària."

11.gs Yuasa. "Les cèl·lules ions de Lithium de GS Yuasa - que es lliuren a l'estació espacial internacional per quarta vegada." https://www.gs - yuasa.com/en/newsrelease/article.php?ucode=gs200509534828_785

12. Programa espacial tripulat de Xina. "Sistema energètic de l'estació espacial de la Xina".

13.SolarFeeds. "Potència espacial 65 AH, 100 AH, 150 AH, 250 AH Capacitat de bateria de plom (AGM), preus, ressenyes." https://www.solarfeeds.com/battery/long {{9 ]Life {{10 ]battery {{{1111}Series/