エネルギー需要の増加と技術の進歩に伴い、ソーラーパネルの改良が必要であることは明らかです。将来のソーラーパネルは、高温や放射線に耐え、より多くの電力を生成し、かつ手頃な価格を維持する必要があります。軌道上でパネルを交換するのは費用がかかるため、宇宙空間での耐久性は非常に重要です。この要件を満たすため、スウォンジー大学太陽エネルギー研究センターは6年前に実験を開始しました。Cubeサット実験はまさにそれを実現しました。この実験は、現在の技術よりも多くの電力を生成し、さらに長持ちする可能性のあるソーラー宇宙発電所の技術を再定義しました。
近年、大規模宇宙システムの利用が著しく増加している。その理由は、より高度な通信ネットワーク、より多くの衛星、そしてより複雑な宇宙ミッションへのニーズが高まっているためである。つまり、宇宙空間に、より大きく複雑な構造物を建設する必要があるということだ。問題は、宇宙システムが大きくなるにつれて必要なエネルギーも増え、現在の太陽光発電技術では対応しきれないことである。研究者たちは、大規模宇宙システム向けの新たなエネルギー技術の開発に力を注いでいる。
宇宙ミッションがより野心的で要求が厳しくなるにつれ、宇宙用途向けに設計された従来の太陽電池パネルの限界がますます明らかになってきている。これらのパネルは太陽光を効率的に電気に変換できるものの、その設計と限られた表面積が大きな制約となっている。そのため、電力効率が高く、かつ宇宙空間の制約にも適応できるエネルギーソリューションの開発が喫緊の課題となっている。
スウォンジー大学太陽エネルギー研究センターから、画期的な成果がもたらされました。同センターは、既存の宇宙用太陽電池技術の性能を凌駕する、先進的な太陽電池技術の開発に成功しました。さらに、これらの太陽電池の宇宙空間における卓越した性能を評価するため、 6年間にわたる大規模な研究を実施しました。
テルル化カドミウム太陽電池は、異なる半導体材料の薄膜上に配置される。これらの薄膜は、セリウムをドープしたアルミノケイ酸塩製の特殊なカバーガラス上に成膜された。この設計により、研究チームは太陽電池を低コストで製造できるだけでなく、重要なことに、これらの太陽電池は既存の技術よりも高い発電量を実現できる。
この新システムの特徴は、広大な面積をカバーできる大型パネルの製造に最適です。これにより、宇宙システムは豊富なエネルギー資源を利用できるようになります。研究チームは2016年にCubeSatに太陽電池パネルを搭載し、太陽同期軌道に打ち上げました。彼らは6年間で3万回の軌道周回からデータを収集・分析しました。パネルは現在も稼働しており、宇宙空間での劣化は見られません。
サリー大学の科学者たちは、アルジェリア宇宙機関 (ASAL) と協力し、サリー宇宙センターで衛星を設計・構築しました。この衛星には、軌道上での性能を測定するための高性能機器が搭載されていました。
サリー大学サリー宇宙センターの宇宙船工学名誉教授であるクレイグ・アンダーウッド教授は、 「1年間を予定していたミッションが6年経ってもなお正常に機能していることを大変嬉しく思います。この詳細なデータは、パネルの放射線に対する耐性と、宇宙の過酷な熱および真空条件下における薄膜構造の耐久性を実証しています」と述べました。
「この超軽量太陽電池技術は、宇宙空間に大型で低コストの太陽光発電所を設置し、地球にクリーンエネルギーをもたらす可能性を秘めています。そして今回、この技術が軌道上で確実に機能するという最初の証拠が得られました」とクレイグ教授は付け加えた。
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スウォンジー大学のダン・ラム博士は、 「この革新的な薄膜太陽電池ペイロードの飛行試験の成功により、この技術をさらに発展させるための資金調達の機会が得られた」と述べた。
ダン博士はさらに、「宇宙用途向けの大面積太陽電池アレイは急速に拡大している市場であり、このような実証実験は、宇宙技術における英国の世界的な評価をさらに高めるのに役立つ」と付け加えた。
キューブサット実験は宇宙太陽光発電所の技術を再定義し、6年後にはパネルの効率が徐々に低下し、発電量も減少した。チームは将来的にこれを改善していく予定だ。しかし、現在の結果から判断すると、彼らは依然として自分たちの技術が商業的に実現可能だと考えている。
