¿Cómo se obtiene electricidad a 350 km por encima de la tierra?
La mejor fuente para ello es la luz solar y es aquí donde entran los paneles solares de la estación espacial internacional.
Los paneles solares de la ISS
Si te quedas sin energía en la Tierra, puedes llamar a tu compañía eléctrica y esperar a que lleguen los técnicos para solucionarlo. Si se pierde energía en la ISS, todos los que están a bordo pueden morir. Los paneles solares son una parte muy importante en toda la estación espacial.
Los paneles solares espaciales utilizados en la estación son bastante diferentes de los paneles fotovoltaicos estándar que se utilizan aquí en la Tierra. Son bifaciales, es decir, tienen dos lados. Esto permite que las matrices recolecten la luz solar desde una amplia variedad de ángulos a medida que la estación orbita el planeta cada 90 minutos.
Viajando a 7,66 km/s mientras orbita a 350 kilómetros sobre el globo terráqueo, la estación espacial internacional experimenta 35 minutos de oscuridad en cada rotación. Por esta razón, el 60% de la capacidad de generación de la estación se dedica a cargar baterías en un momento dado.
Los cuatro conjuntos de matrices de paneles solares generan entre 84 y 120 kilovatios de electricidad, suficiente para proporcionar energía a la estación.
¿Cómo se montan unos paneles solares en el espacio?
La NASA desarrolló un mecanismo para montar unos paneles solares como una "manta". Esta se puede plegar como un acordeón para enviarla al espacio y luego desplegar a su tamaño completo una vez en órbita.
La estación comenzó su vida con un solo juego de mantas de paneles solares
El inicio de la estación espacial internacional fue con un solo juego de mantas y ahora tiene cuatro juegos, el último de los cuales se instaló en 2009.
Los paneles solares brillan con un color dorado teniendo el fondo oscuro del espacio.
Debido al cambio de posición constante y rápido de la estación en su órbita elíptica, los bastidores donde están montados los paneles solares giran continuamente para enfocar los paneles hacia el sol.
En 2007, mientras se desplegaban los paneles solares en la Estación Espacial Internacional (ISS), el cable guía rasgó los paneles solares, amenazando la energía de la estación.
Se decidió en la misión el reparar la matriz en lugar de deshacerse de la matriz o dejar la rotura y esperar que no empeorara.
Cargando baterías en la estación espacial internacional
Las baterías
El corazón del sistema eléctrico de la estación espacial internacional es su banco de baterías recargables. Estas baterías son vitales para el mantenimiento de la vida y el trabajo continuo en la estación durante las dieciséis "noches" de media hora que la estación experimenta durante cada día terrestre de 24 horas.
Cuando la estación está a la luz del sol, alrededor del 60 por ciento de la electricidad que generan los paneles solares se usa para cargar las baterías de la estación.
Desde 2017, las baterías más antiguas de níquel-hidrógeno están siendo reemplazadas por baterías de iones de litio. Estas permiten manejar el doble de carga. Además, el tamaño es menor.
La matriz de paneles solares en la estación espacial internacional
La Estación Espacial Internacional funciona con energía solar a través de ocho alas de paneles solares, que a menudo están sombreadas mientras la parte del "eclipse" de la órbita de 90 minutos de la ISS dura 35 minutos. Durante un período de 24 horas, la ISS realiza 16 órbitas de la Tierra, viendo 16 amaneceres y atardeceres.
La envergadura de una matriz solar es de 73 metros.
Un cardán controlado por una computadora hace girar los paneles solares para mantenerlos orientados hacia el Sol.
Paneles solares espaciales
Las matrices contienen un total de 262.400 células solares y cubren un área de aproximada de 2.500 metros cuadrados.
El sistema de energía eléctrica de la estación espacial está conectado por 12,9 kilómetros de cable.
Los paneles solares son extremadamente delgados, de aproximadamente 0,5 mm de grosor y la cara frontal de cada celda solar tiene una cubierta de vidrio delgada con un revestimiento antirreflectante.
Desafíos de los paneles solares espaciales
Los paneles solares espaciales presentan una serie de desafíos y avances que están transformando su desarrollo y aplicación. Aquí se detallan algunos de los principales:
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Radiación Cósmica y Solar:
- Degradación de Materiales: La radiación intensa en el espacio degradan los materiales de los paneles solares, reduciendo su eficiencia con el tiempo.
- Impactos de Micrometeoritos: Los pequeños impactos dañan los paneles, afectando su rendimiento.
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Temperaturas Extremas:
- Ciclos Térmicos: Los paneles deben soportar temperaturas extremadamente altas y bajas, lo que causa estrés térmico y fracturas en los materiales.
- Gestión del Calor: Es crucial para mantener la eficiencia de los paneles, ya que el sobrecalentamiento reduce su rendimiento.
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Peso y Costos de Lanzamiento:
- Carga Útil: Los paneles solares deben ser ligeros, pero resistentes para minimizar los costos de lanzamiento, lo cual es un desafío en el diseño y materiales.
- Económicos: Los costos asociados con el diseño, fabricación y lanzamiento son significativamente altos.
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Eficiencia y Durabilidad:
- Conversión Energética: Mejorar la eficiencia de conversión de energía solar a eléctrica sigue siendo un desafío constante.
- Longevidad: Aumentar la vida útil de los paneles solares es esencial para misiones a largo plazo.
Avances en los paneles solares espaciales
A continuación, pasamos a ver los avances:
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Materiales Avanzados:
- Células Multiunión: Estas células solares, que utilizan múltiples capas de materiales semiconductores, han mostrado eficiencias superiores al 30% en condiciones espaciales.
- Perovskitas y Grafeno: Nuevos materiales como las perovskitas y el grafeno están siendo investigados por su potencial para mejorar la eficiencia y la durabilidad.
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Tecnologías de Fabricación:
- Impresión 3D: Permite la creación de estructuras más ligeras y complejas, reduciendo el peso total y mejorando la resistencia.
- Nanotecnología: Se utiliza para crear superficies anti-reflectantes y resistentes a la radiación, mejorando la eficiencia y la vida útil.
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Innovaciones en Diseño:
- Paneles Desplegables y Flexibles: Estos paneles son más fáciles de almacenar y desplegar en el espacio, permitiendo una mayor superficie de captación sin aumentar significativamente el peso.
- Estructuras Modulares: Facilitan el ensamblaje y la reparación en órbita, aumentando la flexibilidad y longevidad de las misiones.
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Gestión Térmica y Protección:
- Revestimientos Térmicos: Nuevas capas protectoras reflejan el calor y protegen contra la radiación, mejorando la durabilidad.
- Sistemas de Refrigeración: Integrar sistemas de enfriamiento pasivo y activo ayuda a mantener la eficiencia de los paneles.
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Microsatélites y Tecnología CubeSat:
- Aplicación en Pequeños Satélites: Los avances en paneles solares están permitiendo la miniaturización de satélites, haciéndolos más accesibles y económicos.
- Constelaciones de Satélites: Los paneles solares eficientes y ligeros facilitan la implementación de redes de satélites, mejorando las comunicaciones y la observación de la Tierra.
Apuntes finales
Los paneles solares producen la energía que la estación necesita al mismo tiempo para los sistemas y llevar a cabo los experimentos que se realizan en la estación espacial internacional. Es un recurso crítico que permite vivir en la ISS.
Gracias a las baterías que se recargan en el tiempo que la estación está recibiendo luz solar, permiten alimentar la estación cuando no está al sol.
La ISS cobra vida gracias a los paneles solares. Recordemos que la estación espacial internacional es el objeto artificial más grande que orbita la Tierra.
