Производство солнечных батарей на Луне

Насколько практично производить солнечные батареи на Луне? Я понимаю, что там много кремнезема, и теоретически, если бы мы могли роботами создавать и размещать солнечные батареи на Луне, то у нас (со временем) было бы практически неограниченное количество энергии для использования там.

На Луне есть все необходимые элементы для производства солнечных батарей, кроме денег. Производство кремниевых пластин требует смехотворно большой и сложной инфраструктуры для его поддержки, до такой степени, что многие малые и средние страны на Земле не могут позволить себе делать это самостоятельно. Создание достаточной инфраструктуры для производства кремниевых пластин для солнечных элементов на Луне потребует не миллионов и не миллиардов, а триллионов долларов. Их тоже много!
Мне кажется, что отправка небольших количеств перовскитов на Луну и производство солнечных элементов из них обойдутся намного дешевле. На самом деле я не вижу проблемы в деньгах — и я сомневаюсь, что установка 3D-принтера, производящего солнечные элементы из Первоскита, после того, как Startship будет запущен и запущен, будет стоить больше пары сотен миллионов. Но мы увидим.

Ответы (4)

Перовскиты могут предотвратить потребность в таких сложных производственных мощностях.

https://www.nasa.gov/feature/glenn/2019/building-solar-panels-in-space-might-be-as-easy-as-clicking-print

Перовскиты состоят из кальция, титана и кислорода, все из которых были обнаружены в значительных количествах (> 1%) на лунных камнях ( источник ).

Этот источник оценивает, что кора Луны состоит из 4-6% кальция, 1-2% титана и колоссальных 60% кислорода. (Кремний оценивается в 16%, а алюминий — в 6%, для всех, кто интересуется изготовлением зеркал.)

Также для перовскитов необходим поглощающий материал, обычно (пока) либо тригалогенид метиламмония свинца, либо то же самое с оловом вместо свинца. Источники их должны быть рассмотрены также в какой-то момент.

См. также Perovskite Solar Cells в Википедии и эту статью , в которой упоминаются некоторые другие детали. Один недостаток: клетки перовскита имеют более короткую продолжительность жизни, чем другие клетки. Один интересный факт: они в некоторой степени зависят от свинца (Pb), что делает их непривлекательными для применения на Земле, но, возможно, не так важно в космосе.

Принятие этого, чтобы привлечь внимание к ключевому выводу. 1 литр жидкости, по-видимому, может произвести мегаватт солнечной энергии. Мне правда трудно в это поверить, но если это правда...
Еще один ключевой момент заключается в том, что перовскиты подвергаются серьезному воздействию коррозионной атмосферы Земли. Луна и даже Марс были бы куда снисходительнее.

Есть части, которые были бы легкими, и части, которые были бы довольно трудными. Вот видео, которое показывает вам, как солнечные батареи сделаны на Земле.

Вот несколько вещей, которые вам нужны:

  1. Чистая комната с очень высокой эффективностью.
  2. Возможности производства вафель
  3. Оборудование для травления
  4. Диффузионное оборудование
  5. Инкрустация металлом

Суть в том, что это очень большое и сложное оборудование. Вероятно, это не очень хорошо сработало бы. Какие есть альтернативы? Лучшей альтернативой было бы создание зеркал, которые, в свою очередь, нагревают вещество, такое как вода, и работают, как работает любой турбинный двигатель. В Википедии есть хорошее фото одного из них на Земле.

введите описание изображения здесь

Зеркала, особенно неточные, было бы относительно легко изготовить на Луне. Алюминия и кремния довольно много, это два ключевых элемента для изготовления зеркал. Турбины может быть трудно изготовить на Луне (я действительно не знаю об этом), но их можно доставить с Земли, что значительно уменьшит вес по сравнению с солнечными панелями, которые потребуются для работы этой системы с помощью прямого транспорта. с Земли.

Это хорошее начало, но на самом деле это не касается того, как сделать их на Луне. Это другое место, и подходы с большими объемами, используемые на Земле в условиях жесткой конкуренции и легкого доступа к капиталу, неизбежно приводят к использованию большого количества специализированного оборудования. Я думаю, что производство на Луне должно было бы использовать другой подход.
Для солнечных батарей потребуются все перечисленные элементы. Оборудование, доставленное на Луну, будет легче и, вероятно, не таким причудливым, но для него все равно потребуются такие же материалы. Компьютерные чипы, разновидностью которых являются солнечные батареи, требуют очень дорогого и тяжелого оборудования. Я действительно думаю, что идея с зеркалом станет первой солнечной энергией, выработанной на Луне. Для его реализации не требуется ничего сложного. Как вы сказали, производство на Луне потребует другого подхода, а именно использования зеркал вместо фотогальваники.
Я ожидаю, что чистая комната в космосе будет сильно отличаться от земной. С одной стороны, нет взвешенной пыли, с другой стороны, даже мельчайшая частица при выбросе будет баллистически ударяться.
Стоит отметить, что зеркала могут отражать дополнительный свет на солнечные элементы.
В долгосрочной перспективе это не обязательно выбор или/или. Мы могли бы сначала сделать зеркала, чтобы дать нам больше энергии для работы, а затем солнечные элементы, использующие эту увеличенную выходную мощность.

Lunar Reources Inc. предлагает производить солнечные панели на месте путем электролиза лунного реголита для разделения различных компонентов (металлы, кремний, кислород и т. д.) и вакуумного осаждения материала на поверхности. На Universe Today есть статья об их предложении построить радиотелескоп обратной стороны Луны, используя эту технику. У Universe Today также есть подкаст-интервью с их техническим директором Алексом Игнатьевым, в котором более подробно рассказывается о производстве солнечных элементов.

На Земле фабрики, производящие кремниевые солнечные элементы, работают в рамках более крупной экономики, которая предлагает свободный доступ к энергии, воде, строительным возможностям, специализированным поставщикам и услугам. Производители не существуют и работают изолированно или самодостаточно в экстремальных условиях.

Создание солнечных батарей на Луне, по-видимому, требует чего-то совсем другого. Похоже, что для этого требуется какой-то высокоавтоматизированный и полностью автономный завод по производству солнечных элементов, построенный из модульных элементов, который должен включать добычу, переработку, обработку и производство всех материалов и расходных материалов, которые требуются для сложного и требовательного производства солнечных элементов.

Кажется, что наши нынешние технологические возможности не позволяют создать такой автоматизированный, автономный завод по производству фотоэлектрических систем, даже если он работает с полным доступом к этим специальным материалам, расходным материалам и услугам на Земле.

Я думаю, что неявная цель состоит в том, чтобы ИСПОЛЬЗОВАТЬ на месте эти PV. Неявная гипотеза, по-видимому, состоит в том, что транспортировка с Земли на Луну запрещена.
@NgPh - ну, это непомерно (а также лишено какой-либо коммерческой жизнеспособности), но производство на месте тоже. Я предполагаю, что in-situ — это другой вид запрета, требующий передовых технологий, которые могут делать и обеспечивать то, что делает сложная, глобально взаимосвязанная экономика с низкими транспортными затратами, без экономии или эффекта масштаба, которые помогают производить узкоспециализированные материалы и услуги. доступны и коммерчески выгодны.
Стоит учитывать, что некоторые аспекты Луны могут на самом деле сделать это проще, чем на Земле (например, уже почти вакуум для атмосферы)
Возможно, решение состоит в том, чтобы сначала использовать атомную энергию для запуска производственных мощностей, а затем постепенно переходить на солнечную энергию по мере производства большего количества панелей.
@DJG - это звучит как создание вспомогательной инфраструктуры и услуг в первую очередь; проблема курицы и яйца? Многое будет зависеть от того, чего пытается достичь лунная миссия/проект, и делать это в рамках ограниченного бюджета. Стоимость разработки сложных технологий для лунных миссий очень высока, но коммерческих возможностей нет.
Производство солнечных батарей на Луне
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v