Este artigo apresenta uma comparação abrangente dos sistemas de geração de energia fotovoltaica a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) e da Estação Espacial Chinesa (CSS). Parâmetros -chave, incluindo especificações de matriz fotovoltaica, saída do sistema de energia, configurações estruturais, tecnologias de células, armazenamento de energia e recursos de fonte de alimentação são analisados ​​para destacar as características tecnológicas e as diferenças operacionais entre as duas estações espaciais.

1. Power, tensão e corrente da matriz fotovoltaica

1.1 Estação Espacial Internacional (ISS)

O ISS possui quatro grandes asas de matriz solar, com cada asa originalmente capaz de gerar mais de 30 kW, resultando em uma potência nominal total de 124 kW (normalmente operando a cerca de 80 kW sob condições padrão)¹. Essas matrizes operam com uma tensão CC de aproximadamente 160 V, que é reduzida para 124 V via DC - unidades de conversor DC (DDCU) para estação - distribuição ampla¹. Os níveis de corrente variam com a demanda de energia, mas o pico de corrente por matriz pode exceder 187 A (calculado a partir de 30 kW / 160 V).

Fonte da imagem: Sohu News. "A Estação Espacial Internacional possui centrais elétricas ou outra energia - geração de equipamentos?"

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

Em 2021, a NASA iniciou uma atualização com o novo rolo - fora de matrizes solares (Rosa), aumentando a capacidade total de energia para 215 kW². Essas matrizes atualizadas mantêm a compatibilidade com o sistema de distribuição de 124 V existente, melhorando a eficiência durante os ângulos baixos do sol².

Fonte da imagem: Escritório de Engenharia Espacial tripulada da China. "NASA para atualizar matrizes solares da Estação Espacial Internacional".

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

Os painéis solares originais da ISS provavelmente foram provenientes de vários fabricantes. A Tecstar, por exemplo, forneceu painéis solares para o programa Module de Controle Interino (ICM) da ISS no passado³. Os componentes da matriz Rosa atualizada são provenientes da Spectrolab⁴.

1.2 Estação Espacial Chinesa (CSS)

O CSS incorpora seis grupos de asas solares com uma potência de design combinada superior a 100 kW⁵. Cada asa solar opera em uma tensão CC otimizada para o sistema de gerenciamento de energia da estação (valores específicos não divulgados publicamente). Com uma área total implantada de 138 m² em suas quatro maiores asas (27m × 4m cada), o CSS alcança a alta densidade de potência através da tecnologia de células avançadas⁵. As classificações atuais são proporcionais à saída de energia, com estimativas superiores a 800 A na tensão principal do barramento (derivado de uma suposição de 100 kW / 125 V).

Fonte da imagem: Notícias do NetEase. "Design desatualizado? Estação espacial da China 'leve' com lacuna de 300 toneladas?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

Em relação aos fabricantes dos componentes fotovoltaicos do CSS, enquanto detalhes específicos não são amplamente divulgados, a China possui vários principais fabricantes de painéis solares domésticos. Por exemplo, empresas como o SolarsPace, um fabricante de painel solar chinês de Nível 1 fundado em 2011, poderiam estar potencialmente envolvidas. No final de 2023, tinha capacidades de fabricação atingindo 60 gigawatts de células e 7,2 gigawatts de módulos, com bases no Camboja, Laos e China⁶. Outro possível candidato é a XPower Solar Energy Co., Ltd, um provedor de energia limpa especializada em módulos PV de desempenho- altos com uma capacidade de produção global de 1 módulos GW e duas fábricas na China⁷.

2. Configurações estruturais: estados armazenados e implantados

2.1iss

Configuração armazenada: as matrizes solares originais foram dobradas em seções compactas para lançamento, enquanto as matrizes Rosa mais recentes são armazenadas em vasilhas cilíndricas (≈1m diâmetro × 6m de comprimento)².

Configuração implantada: Cada asa de matriz abrange 73 metros (240 pés) com uma área total de 2.500 m² (27.000 pés quadrados)⁸. As oito matrizes são distribuídas pelo segmento orbital dos EUA, montado em gimbals rotativos para rastrear o sol¹.
 

Distribuição: Quatro pares de matrizes se estendem da estrutura da treliça da estação, com módulos russos (Zvezda, Zarya) com matrizes auxiliares menores (as matrizes de Zarya estão atualmente retraídas)¹.

Fonte da imagem: NASA. "Matrizes solares na estação espacial internacional".

https://www.nasa.gov/image ({2a}

2.2css

Configuração armazenada: as asas solares são dobradas em um estágio multi -, acordeão - como estrutura para se ajustar nas atendimento de lançamento, utilizando materiais compostos leves para armazenamento compacto.

Configuração implantada: cada asa implanta para 27m × 4m, com um sistema de articulação dimensional multi -, permitindo ± rotação de ± 180 graus para rastreamento solar ideal⁵. As seis asas são distribuídas: Tianhe, Mengtian e Wentian cada um tem um par⁵.

Distribuição: A colocação simétrica minimiza o sombreamento entre os módulos, com asas se estendendo perpendiculares ao eixo longitudinal da estação.

3. Tecnologias celulares fotovoltaicas

3.1ISS

Matrizes originais (1998) usam células solares baseadas em silício - com eficiência de conversão de 14%⁵.

As matrizes Rosa atualizadas incorporam o Triple Avançado - células de junção (provavelmente GaAs - baseado) para melhorar a eficiência, embora materiais específicos permaneçam não divulgados².

3.2css

Employs triple-junction gallium arsenide (GaAs) cells with >30% de eficiência de conversão^5,9.

Essas células utilizam camadas de fosfeto de gálio de índio (ingap), arseneto de gálio (GAAs) e germânio (GE) para capturar múltiplos espectros de luz, críticos para condições de órbita da terra baixa -.

Fonte da imagem: Notícias do NetEase. "Design desatualizado? Estação espacial da China 'leve' com lacuna de 300 toneladas?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

4. Sistemas de armazenamento da Battery

4.1ISS

A bateria original era um níquel - bateria de hidreto de metal (ni - h₂), consistindo em 48 módulos de bateria independentes (ORU), com uma energia total disponível de 96kWh para todo o sistema de armazenamento de energia. Em 2017, ele foi atualizado para uma bateria de íons de lítio -, com cada níquel - bateria de hidreto de metal substituído por um lítio -} bateria de ions ORU, dobrando a capacidade e a energia. A energia total disponível de todo o sistema de armazenamento de energia da ISS foi aumentada para aproximadamente 192 kWh¹⁰.

Essas baterias armazenam ~ 60% da energia gerada durante os períodos de luz do dia para apoiar as operações durante a sombra da terra (~ 35 minutos por órbita)⁸.

O níquel - baterias de hidrogênio na ISS foram provenientes de vários fornecedores. À medida que a ISS se move para as baterias de íons mais avançadas de lítio -, a empresa de grupo da GS Yuasa Corporation, GS Yuasa Technology Ltd. (GYT), fabrica células de íons de lítio - para a ISS desde 2012¹¹.

4.2css

Cada módulo da estação espacial da China (o módulo Tianhe, o módulo Wentian e o módulo Mengtiano) possui suas próprias asas fotovoltaicas e sistemas independentes de armazenamento de energia. Os sistemas usam baterias de íons de lítio -. O módulo Core Tianhe está equipado com seis conjuntos de baterias de íons de lítio -, o módulo de laboratório Wentian com quatro conjuntos e o módulo de laboratório Mengtiano com quatro conjuntos. O funcionário não divulgou a capacidade específica da bateria. No entanto, de acordo com relatórios públicos e especulações de especialistas, espera-se que a capacidade de cada grupo de bateria esteja no nível de 100-200 AH, e a energia total disponível de todo o sistema da estação espacial é estimada em mais de 100 kWh¹².

Para o CSS, os possíveis fabricantes do lítio -} baterias de íons incluem CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Limited), um líder global em lítio -} produção de bateria de íons e energia do voo espacial, que tem experiência na fabricação de vários tipos de baterias de baterias^5,13.

5. Recursos de fornecimento de potência

5.1iss

Suporta uma carga máxima de 124 kW (atualizável para 215 kW), suporte à vida, sistemas de comunicação e mais de 50 experimentos científicos².

5.2css

Gera ~ 1.000 kWh por dia, suficiente para dezenas de armários de experimento e necessidades de tripulação⁵.

A capacidade 100+ KW permite expansão futura, incluindo módulos adicionais e altos instrumentos científicos - Power.

Os sistemas fotovoltaicos ISS e CSS refletem suas respectivas épocas de projeto e requisitos operacionais. A ISS, com sua área de matriz maior e atualizações incrementais, prioriza a compatibilidade legada, enquanto o CSS aproveita as células GAAs avançadas e o design modular para maior eficiência. Ambos os sistemas demonstram soluções robustas para sustentar a presença humana em baixa órbita da terra -.

Fontes:

1.Sohu News. "A Estação Espacial Internacional tem centrais elétricas ou outra energia - geração de equipamentos?" https://m.sohu.com/a/374148541_120085179/

2.China tripulada Escritório de Engenharia Espacial. "NASA para atualizar matrizes solares da Estação Espacial Internacional". https://www.cmse.gov.cn/hqsy/lydt/gjkjz/202101/t20210128_47565.html

3.SpaceDaily. "Tecstar envia painéis solares da ISS." https://www.spacedaily.com/reports/tecstar_ships_iss_solar_panels.html

4. "Boeing para fornecer mais seis matrizes solares para a estação espacial internacional". https://boeing.mediaroom.com/news ({4a }Relaseases ({5a }Statements?item ({6}}

5.wang yanan (conhecimento aeroespacial). "Estação espacial da China 'Banco de Energia': 1 milhão de yuans por metro quadrado, gerando 1000 kWh diariamente". http://m.toutiao.com/group/7161312038013190656/?upstream_biz ({9age }doubao

6.A1SolarStore. "Os painéis solares do SolarSpace 2025: em - look de profundidade." https://a1solarstore.com/blog/solarspace ({8a }solar ({9a} }Panels ({10 }Review ({(11 }inin (12} }Depth (13}

7.xPower Solar. "Fabricante de módulos fotovoltaicos solares líderes|Sobre o XPower". https://www.xpowersolar.com/about/

8.nasa. "Matrizes solares na estação espacial internacional". https://www.nasa.gov/image ({5a}

9.NETEASE NOTÍCIAS. "Design desatualizado? Estação espacial da China 'leve' com lacuna de 300 toneladas?" https://www.163.com/dy/article/k00llu9705538jem.html

10.Eugene Schwanbeck; Penni Dalton. "Baterias de íons da Estação Espacial Internacional -} para o sistema primário de energia elétrica".

11.GS Yuasa. "O lítio de GS Yuasa - células de íons a serem entregues à Estação Espacial Internacional pela quarta vez." https://www.gs - yuasa.com/en/newsrelease/article.php?ucode=gs200509534828_785

12. Programa espacial tripulado da China. "Sistema de energia da estação espacial da China".

13.Solarfeeds. "Spaceflight Power 65 AH, 100 AH, 150 AH, 250 AH Capacidade da bateria de ácido de chumbo (AGM), preços, revisões". https://www.solarfeeds.com/battery/long ({9a }life ((10} }battery ((11 }series/