亚化咨询:从《火星救援》看太阳电池的高效和高可靠性

亚化咨询认为,在2015年人类晶硅太阳电池现有的技术条件下,电影《火星救援》中宇航员用太阳电池给火星车充电,历时78个火星日长途跋涉3200公里的是可行的。太阳电池行业持续技术研发投入,提高转化效率和可靠性,在火星开拓中体现了价值!


电影《火星救援》中,宇航员MarkWatney居住舱(也就是Ares 3任务的着陆点),长途跋涉3200公里,到达ARES 4MAVMarsAscent Vehicle火星升空载具)所在的位置,并乘坐MAV进入太空,与从地球返回火星救援他的赫尔墨斯号(Hermes)行星际飞船会合。


这部科幻电影是近年来“硬科幻”领域的最高水准之作,在技术细节方面具有高度的真实性。亚化咨询作为能源化工领域的专业咨询机构,关注范围除高端石化和煤化工之外,在新能源汽车、锂离子电池和太阳光伏电池领域也颇有研究。下面我们就探讨“以人类2015年现有的技术水平,实现用太阳电池给火星车充电,历时78个火星日长途跋涉3200公里”的可行性。


亚化咨询数据表明,现阶段主流的采用锂离子电池的新能源汽车,在良好的路况下,每kWh电池能量带来的续航里程约为5公里。火星的大气密度约为地球的1%,重力约为地球的2/5,空气阻力和地面摩擦力都低于地球。但考虑到火星车采用了高摩擦力和高胎宽的轮胎,以及行驶路况为沙砾地带。因此姑且假设在火星也是5公里/kWh的比例。


宇航员MarkWatney告诉观众,火星车设计最大里程35公里,通过搜刮已损坏的一号车的电池,Watney将仍能工作的二号车电量增加了一倍。如果火星车采用的是锂离子电池,则Watney给二号车安装的锂离子电池充满电一次需要14kWh


Watney长途跋涉3200公里花费了78个火星日(每个火星日为24小时3935秒),也就是每个火星日只平均行进了41公里。原因很简单,虽然二号车电量增加一倍之后充满电最大里程增加到了70公里,但为了携带生命维持设备和太阳电池板以度过漫长的旅程,他又做了一个拖车,增加了负荷之后,行驶里程显著降低。下面关键问题来了,Watney携带的19块太阳电池组件,能否给他的火星车动力电池充满14kWh电?


从上图可见,NASA在火星使用的也是由60块电池片按照(6×10)排列的标准组件,现阶段高端组件的(60片)在标准测试条件(辐照度为1000W/m2,电池温度25℃)时,标称功率已经可以达到300W


火星绕太阳公转的轨道半径平均2.28亿千米,而地球的轨道半径是1.5亿千米,按照平方反比率,计算可知火星的太阳光照强度约为地球的0.43倍。也就是说,同样一块太阳电池,同等其他条件下,在火星上发挥的功率只有地球上的43%


如果采用地球生产的标称功率300W的光伏组件,考虑到火星太阳光照强度低于地球,以及光照在平放于火星地面电池的斜率,假设300W的光伏组件实际平均输出功率仅达到标称功率的25%,也就是75W


从电影中NASA工作人员的交谈中得知,Watney每天放好太阳能板,充电13小时。Watney在上图中的光伏系统总效率按照90%估算。则Watney每个火星日可以从上图19块太阳电池中获得的总发电量=光伏组件实际功率*有效光照时间*系统总效率=75W*19*13h*0.9=16.67kWh,即使考虑到锂离子电池组10%的充电能量损失,也可以为他的火星车动力电池充满14kWh电。


环境温度方面不是问题,太阳电池的理想工作温度是25℃,温度升高会降低效率,而低温则影响不大。火星表面温度从冬季最低-133℃到夏季最高27℃,太阳电池在这个温度范围内可以正常工作。


太阳电池行业持续技术研发投入,提高转化效率和可靠性,在火星开拓中体现了价值。亚化咨询上述研究和计算表明,在2015年人类晶硅太阳电池现有的技术条件下,电影《火星救援》中宇航员用太阳电池给火星车充电,历时78个火星日长途跋涉3200公里的是可行的。


我们也应该认识到,如果给火星车充电的太阳电池组件因效率低而输出功率不足,或者光伏系统和组件可靠性不够,Watney很可能难以获得足够的电量,需要延长充电时间,导致不能及时赶到ARES 4MAV并最终火星救援成功。


在晶硅太阳光伏电池中,导电浆料是关键辅助材料,对电池的光电转换效率和长期可靠性有重要影响。随着晶体硅太阳电池制造技术的不断更新进步,尤其是近年来PERC电池和N型电池等高效电池的兴起,对浆料提出了更高的性能要求。导电浆料技术与应用的不断研发,对于太阳电池行业的可持续发展和高端应用有重要意义。


由亚化咨询举办的第二届中国太阳电池浆料研讨会将于2016328日在苏州召开。会议将探讨“十三五”中国光伏发展目标与政策趋势,银浆和铝浆技术发展趋势与投资机遇,高转化率电池对浆料的技术要求,导电浆料国产化与成本降低路径等。


我们希望邀请行业专家做以下主题的报告:


1.
十三五光伏行业展望与浆料市场前景
2.
银浆和铝浆技术发展趋势与投资机遇
3.
服务于PERC电池和N型电池的先进浆料技术
4.
光伏导电浆料的国产化与成本降低路径
5.
导电浆料印刷与烧结技术的创新
6.
规模化生产银浆与铝浆的品质管控体系
7.
光伏浆料关键原料技术与供需:银粉、铝粉、玻璃粉与有机载体
8.
用于银浆的银粉与玻璃粉品质提升
9.
正银导电机理探究
10.
光伏导电浆料替代技术进展与趋势


如果您有意向在本次会议上做演讲报告,欢迎您尽快与我们联系。

会议负责人
:陈小姐
电话 (86-21)68726606 -109Emailjoanna@chemweekly.com咨询相关会务事宜