維吉尼亞大學設計太陽能氣球,期望在火星升空

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 27 日 15:00 | 分類 天文 , 太陽能 , 航太科技 follow us in feedly

現代人所生活的地方離不開電力與能源,在外太空亦然,於是美國國家航空暨太空總署(NASA)舉辦「BIG 概念」挑戰賽,希望在人類抵達火星之前,可以在火星上利用太陽能發電,並至少可以擁有 40KW 的發電量,且可以運用火箭運送。NASA 期望該太陽能裝置具有可快速部署與拆解功能,能在火星的任一地點裝置,並克服日照角度、季節、不同著陸地點的光通量以及沙塵暴。也要考慮到如何防止光伏表面累積灰塵與裝載後的除塵的方式,NASA 希望這些太陽能發想未來可為太空人員供電。



目前仍有太陽能車在火星中,為可移動的探測器,但其太陽能板由於累積過多灰塵,導致光電轉換效率降低,NASA 認為灰塵是維運的挑戰之一。

維吉尼亞大學電機工程 Mool Gupta 教授及其團隊是 5 名決賽選手之一,利用兩個直徑 50m、約 5~6 層樓高的大型二氧化碳充氣氣球,並在氣球表面裝置可撓式(flexible)太陽能板,增加光吸收量之餘,也可以減少粉塵的累積。

研究人員表示,除了要能裝置太陽能板之外,也得注意裝載體積與重量,必須要想出一些重量輕,又可以捲起來方便攜帶的事物。而新一代的太陽能電池輕便又靈活,可像一張紙捲起來,並放在火箭內。

由於火星距離太陽較遠,日照量是地球的一半,但火星大氣比較稀薄,大部分光線可直接射入太陽能電池板。研究人員表示,NASA 需要 40KW 的電力,但該太陽能裝置的發電量預估可高達 145KW。

維吉尼亞大學 Charles L.Brown 電機與電腦工程部門的 Nikolaos Sidiropoulos 教授指出,這是一項開箱即用的設計,能最大限度地收集能量,灰塵不會積在裝置上。

該項比賽在今年 8 月開始,維吉尼亞大學、威爾猛軍校、普林斯頓大學、美國德州農工大學、科羅拉多大學波德分校一同角逐最終名額,各個團隊將會把概念集結成 15 頁的檔案,並附上原始的工程和分析,最終計畫將會在明年 3 月選定。

其中威爾猛軍校設計一項充氣太陽能陣列,運用火星中的二氧化碳填充管道,可裝置 8 個大型矩形太陽能電池板。普林斯頓大學則是運用摺紙靈感,巨型的單片陣列可摺疊並收納。

美國德州農工大學的設計包括 4 支直徑 18m 的太陽能傘,並擁有可伸縮的傘柄。而科羅拉多大學波德分校提出可摺疊的太陽能光伏,利用可撓式的吊臂支撐四個圓形太陽能陣列。

NASA 技術任務委員會中的電力和能源儲存技術專家 Lee Mason 表示,這些提案讓我們對於太陽能部署與封裝有新的發想。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:維吉尼亞大學

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