太阳能电池助力嫦娥登月

北京时间2日凌晨2点17分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，将中国探月工程二期的嫦娥三号月球探测器成功送入太空。嫦娥三号承担着中国首次月球软着陆和月面巡视勘察重任，是中国发射的第一个地外软着陆探测器和巡视器，也是美国阿波罗计划结束后全球重返月球的第一个软着陆探测器。目前，全球只有美国、前苏联成功实施过13次无人月球表面软着陆。

随着凌晨02:19嫦娥三号探测器太阳能帆板成功展开，业内关注人士，对于探测器太阳能电池帆板的关注，也逐渐汇焦。

航天器上的能源来源有三种：一是电池，二是核发电，三是太阳能。目前人类在太空的航天器搜集太阳能主要通过太阳能电池帆板也就是所说的太阳能电池阵，将太阳的光能转换成电能。

早期航天器上的太阳能电池阵是设置在航天器的外表面。

后来由于航天器用电量需求的增加，才发展为巨大的帆板的，而且这种帆板的面积不断增大，发展到现在，多数已经像翅膀一样在航天器的两边展开，所以太阳能电池帆板又叫做太阳翼。太阳翼上贴有半导体硅片或砷化镓片，靠它们将太阳光的光能转换成电能。国际空间站的桁架的两端安装了数对大型的太阳能电池帆板，它们是国际空间站动力和能源的主要提供装置。

我国太阳能电池的研制最先就是应用于航天方面的，在“实践1号卫星”的航天过程中首次使用。虽然经历了很多的挫折和失败，但同时也得到了更多宝贵的经验。在1971年“实践1号卫星”成功发射，经过8年的使用，硅太阳电池功率衰减也只有15%。

太阳能帆板组成

1.本体安装的太阳能帆板：

本体安装的太阳能帆板是各类太阳电池阵中最简单的一个，主要用于很多早期较小型的卫星。这种卫星一般是功率要求比较低而且是自旋稳定的。这种情况下的太阳能帆板的利用率很低，而且有最大输出功率的限制，一般这种太阳能帆板的功率是50W到1000W。但是这种太阳能帆板相对于可展开的种类比较简单，危险性小甚至没有危险。

2.可展开的太阳能帆板：

一种是方位(相对于卫星本体轴线)总是保持固定的太阳能帆板;另一种是通过驱动机构或消旋平台与卫星连接，在卫星沿其轨道运动时，能保持对太阳的定向的太阳能帆板。还有一种是是按照其安装太阳能基板来分类的：刚性板和柔性板，它们主要是根据基板本身的物理性质决定的，与太阳能帆板性质无关。

在众多种类中，刚性太阳能帆板是最常用的类型，这主要是因为它制造比较简单可靠。然而刚性基板的质量有时会很大，大功率的尤其如此。所以在1965年到1971年之间，虽然曾采取多种方式来减轻太阳能帆板的重量，但都以失败告终。直到在新材料和新工艺有较大突破后，这种太阳能帆板才重新得到重视。

对于大功率要求来说，轻重量的柔性太阳能帆板就很有前途。但是其在收藏时不能提供功率，而且在装卸和试验期间很容易被破坏，它比刚性可展开的太阳能帆板复杂得多。

国外太阳帆板简介

欧洲的柔性卷式太阳帆板

欧洲空间技术中心和德国宇航研究有限公司联合，与通用电气、无限电器材分公司研制了两种卷纸太阳帆板系统：ROSA和DORA。

ROSA是指单敷层卷式太阳帆板，DORA值得是双敷层卷式太阳帆板。两种系统中都是用可伸展的双贮管式帆杠把卷在圆筒上的柔性敷层展开。

美国为近太空飞艇开发新型太阳能电池技术

美空军研究实验室(AFRL)一直在研究采用非晶硅和多晶体铜铟镓硒(CIGS)的薄膜太阳能电池技术。虽然这种电池不如更加新型的晶体硅多结太阳能电池有效，但其柔软和轻质的特点使之可以用于厚度只有千分之一英寸(约0.305mm)的聚合物上，玻璃之类较重的底层物目前被用于地面太阳能电池阵。

AFRL认为，若将用于空间飞行器的薄膜太阳能电池阵贴在轻质支撑表面，那么与当前最新的晶体硅多结刚性支撑太阳能电池阵相比，其成本只有后者的20%，单位功率比后者高7倍，可装载体积比后者高10倍，并具有更好的抗辐射能力。而且新型薄膜阵在效费比和产品体积方面都更有优势。

薄膜阵是在不使用易碎的晶体硅多结阵的情况下、能满足HAA能量需求的惟一途径。此外，其轻质特点还可降低对高空飞艇(HAA)升力的要求，因为其重量每增加1磅(0.4536kg)，就需要HAA增加数百立方英尺的气体来提供升力。HAA的薄膜阵将与单片集成电路集成，并通过集成电路板而不是焊接工艺互连，将在提高输出功率和工作效率的同时减轻重量。

目前的薄膜阵效率约为9.5%，HAA上使用的阵列大约也是这个水平，但AFRL希望能达到15%。目前，位于美国科罗拉多州戈尔登的美国国家可再生能源实验室(属美国能源部)已在小尺寸阵列上达到18%的效率水平，但在开发合适的制造工艺、以在更大的尺寸上保持效率方面备受困扰。

现在的太阳能电池已在功率密度上取得了极大的进步。

展望

航天器太阳帆板作为航天器的一部分，必将随着航天的不断发展的到创新。当今世界各国对于航天事业的关注力越来越来，而航天事业的发展也成为各国在军事、经济上竞争方面，航天所担任的责任也就越来越大，对于技术上的要求也必将越来越多。怎么更好的适应航天器的特殊任务，对于航天器太阳帆板而言，也是今后的努力方向。

同时，在其他各项科技蓬勃发展的今天，更多的结合其他先进科技，也是太阳帆板的必然趋势。比如新型材料的使用，能够使太阳帆板的特殊环境下工作，或者是可以让太阳帆板完成特殊的工作。根据前文提到的航天器太阳帆板的发展，也可看出其未来方向，材料，结构，柔韧性等等。而随着国家航天科技的飞跃发展，太阳能光伏发电的航天应用也越来越为人们所知。借力嫦娥三号登月，中国太阳能光伏产业名声将再次唱响!