Krzem był standardowym materiałem dla ogniw słonecznych do zasilania satelitów od 1958 do 1977 roku. Potem zastąpił go w tej roli arsenek galu, dający ogniwom lepszą sprawność i większą odporność na promieniowanie. Aktualnie standardem są ogniwa zbudowane z galu, indu i germanu.

Jednak współczesne krzemowe ogniwa heterostrukturalne uzyskują sprawność na poziomie 27,8 proc., z kolei ogniwa perowskitowo-krzemowe nawet 34,85 proc. To pozwala ponownie rozważyć ich zastosowanie w kosmosie.

W czasopiśmie „Acta Astronautica" ukazały się wyniki analizy przeprowadzonej pod kierunkiem naukowców i inżynierów z Wielkiej Brytanii, Australii i Korei Południowej, zatytułowane „Powrót krzemowych ogniw słonecznych w kosmos". Autorzy pokazują, że ogniwa trójzłączowe (gal, ind, german) dają koszt od 20 do 450 USD za jeden wat. Natomiast koszty ogniw krzemowych są mniejsze niż jeden dolar. W cenach z listopada 2025 roku ceny trzech głównych technologii krzemowych (PERC, TOPCon, heterozłączowe) były na poziomie 0,275, 0,285 i 0,39 USD za wat.

Podobne wielkie różnice są w cenie surowego materiału. Krzem kosztuje kilka dolarów za kilogram, a gal i german to tysiące dolarów za kilogram.

Autorzy dokonali obliczeń dla dwóch przykładowych modeli: satelitów 3U CubeSat oraz Micro Sat, zbudowanych przez Surrey Satellite Technology Limited (SSTL). Wyszły oszczędności na poziomie od 85 do 90 procent. Dla krzemowych ogniw głównym kosztem okazało się szkło ochronne, a nie sam układ ogniw.

Obliczenia pokazały, że heterozłączowe ogniwa krzemowe dostarczyły dwa razy więcej mocy niż ogniwa trójzłączowe, około 920-1000 watów na kilogram wobec 455-505 watów na kilogram. W praktyce oznacza to, że w pierwszym przypadku potrzeba jedynie połowy wagi ogniw słonecznych, aby uzyskać podobny efekt zasilania.

Przy czym ogniwa krzemowe nie są bez wad. Wytwarzają mniej energii z danej powierzchni. Na początku misji jest to o około 28 proc. mniej. Jednak po przeskalowaniu paneli tak, aby dorównać wydajności ogniw trójzłączowych, i tak krzem okazał się kilkukrotnie tańszy.

Kolejną wadą jest fakt, że dla danej grubości szkła ochronnego są 2,6 razy mniej odporne na promieniowanie. Bardziej też tracą na wydajności w trakcie pięciu lat na orbicie.

Ravi Silva, dyrektor Advanced Technology Institute (ATI) oraz kierownik NanoElectronics Center uważa, że musimy zacząć postrzegać satelity jako element infrastruktury. To przy ich pomocy realizowane są takie usługi, jak prognozowanie pogody, nawigacja, łączność szerokopasmowa, monitorowanie upraw czy zarządzanie kryzysowe. Wszelkie rozwiązania obniżające koszty budowy satelitów i ich masę startową zwiększają grono użytkowników tej infrastruktury, umożliwiając korzystanie nie tylko największym państwowym agencjom, ale także mniejszym krajom, uniwersytetom i startupom.

Liczba obiektów wynoszonych w kosmos gwałtownie rośnie. W 2010 roku było to około 120 w ciągu roku, a w 2024 już ponad 2800 w roku. Typowy satelita potrzebuje jednego kilowata mocy. (PAP)

cza/ zan/