Тонкопленочные концентраторы

В настоящее время отражающие поверхности солнечных концентраторов изготавливаются из жестких металлических или стеклянных фрагментов параболических поверхностей. Однако формы поверхностей, близких к параболическим или цилиндрическим, можно получить путем деформации тонких пластин или пленок.

Недостатки:

• Пониженная геометрическая точность

• Снижение концентрирующей способности, как следствие

• Парусность при ветрах?

Преимущества:

• Самая низкая удельная масса из всех видов концентраторов

• Низкая стоимость

• Простота транспортировки

Преимущества такого рода позволяют пленочным концентраторам найти применение в космосе.

Применение в космосе

Большинство спутников вырабатывают электрическую энергию в космическом пространстве путем открывания панелей солнечных батарей - плоских панелей фотовольтаических элементов. Одним из способов увеличения мощности, получаемой от панелей солнечной батареи, является использование рефлекторов для направления дополнительного светового потока от Солнца на панель солнечной батареи. Например, если удвоить количество солнечного света, падающего на панель, то это приблизительно удваивает выходную электрическую мощность панели (это увеличение мощности всегда менее чем прямо пропорционально увеличению падающего светового потока от Солнца, так как увеличение светового потока поднимает температуру элементов, что, в свою очередь, понижает их КПД). Мерой эффективности является увеличение удельной мощности, то есть выходной мощности солнечной батареи, оснащенной концентратором, деленной на массу панелей солнечной батареи плюс рефлекторов. Это отношение должно быть существенно больше, чем мощность панели без концентратора, деленная на ее собственную массу. Отсюда следует, что добавляемые рефлекторы должны быть очень легкими.

В качестве материала отражателей систем концентрации солнечного излучения СКЭС предполагается использовать металлизированные полимерные пленки различного химического состава. Свойства некоторых из них приведены в табл. 1. Наиболее перспективными для применения на СКЭС являются пленки марок майлар и каптон (из-за высокого предела прочности на растяжение, что чрезвычайно важно в условиях космоса).

Лучшим материалом отражающего покрытия является алюминий, который имеет наиболее высокий интегральный коэффициент отражения в диапазоне длин волн солнечного спектра в космосе. Для защиты алюминия от внешних воздействий на него должно быть нанесено специальное защитное покрытие, роль которого может выполнять тонкая полимерная пленка, например из каптона, либо пленки окиси кремния, двуокиси алюминия и др. Такие покрытия способны обеспечить низкий уровень деградации коэффициента отражения в условиях длительной космической эксплуатации (не более 10 % за 5—10 лет).

Для придания отражающей пленке плоской формы она должна быть натянута на силовой каркас, изготовленный из легкого материала — алюминия или углепласта. В процессе эксплуатации натяжение пленки может регулироваться.

Параболоидная форма пленочного отражателя может быть обеспечена путем наддува замкнутого объема с последующим отверждением пленки или без него.