Configurador de cámaras climáticas
Descubra el Configurador de Cámaras Climáticas
Nuestra guía para elegir la cámara climática más adecuada a tus necesidades.
con Los paneles solares tecnología fotovoltaica se encuentran entre las fuentes de energía más limpias y seguras de las que disponemos.
Sin embargo, no todo el mundo sabe que el aeroespacial hace un uso extensivo de células solares para satisfacer las necesidades energéticas de los objetos en órbita.
Estas células solares deben probarse exhaustivamente antes de ser utilizadas en órbita, y el ciclado térmico en una cámara ambiental está entre las pruebas obligatorias exigidas por las normas internacionales.
Pero procedamos en orden.
¿Para qué se utilizan las células solares en el espacio?.
La unión entre la tecnología fotovoltaica y el sector aeroespacial es tan antigua como la propia carrera espacial. De hecho, la tecnología fotovoltaica se desarrolló a mediados del siglo pasado, y el Vanguard 1, el primer satélite estadounidense lanzado a órbita en 1958, ya estaba equipado con seis microcélulas que producían 1 vatio de energía eléctrica.
Desde entonces, la tecnología ha avanzado a pasos agigantados y cada satélite ha empleado modelos fotovoltaicos cada vez más eficientes y duraderos.
Actualmente, los satélites deben permanecer en órbita entre 10 y 15 años. Para garantizar que la inversión no se desperdicie, todos los componentes del satélite deben someterse a pruebas rigurosas antes del lanzamiento.
Los paneles solares que garantizan la autosuficiencia energética no son una excepción, y su producción está regulada por una serie de organizaciones internacionales.
En Europa tenemos el ECSS.
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Estándar ECSS E ST 08C para el ciclo térmico de células solares
La Cooperación Europea para la Normalización Espacial, abreviada como ECSS, se fundó en 1993 y es responsable del desarrollo de normas internacionales que sirven de referencia tanto para las misiones espaciales europeas como para las de las agencias espaciales de los países miembros.
La norma ECSSE ST 08C es una de estas normas y trata sobre las pruebas a las que deben someterse las tecnologías fotovoltaicas para uso espacial.
Los paneles solares satelitales se dividen en los siguientes componentes: conjuntos fotovoltaicos, conjuntos de células solares, células solares desnudas, vidrios protectores de células solares y diodos protectores.
Se recomienda realizar pruebas de ciclos térmicos tanto para las células solares sin recubrimiento como para el vidrio protector de las células solares.
¿Cuál es el propósito del ciclo térmico en las células solares?
Los satélites en órbita deben sobrevivir durante más de diez años en un clima muy particular, sujeto a cambios de temperatura extremos y repentinos.
La prueba climática conocida como ciclo térmico simula este tipo de condiciones en una cámara ambiental . La explicamos en detalle aquí.
En cuanto a su aplicación en células solares para usos espaciales, los ciclos térmicos deberán repetirse el número de veces prescrito por la norma mencionada para simular el efecto que un año entero en órbita tendrá sobre el satélite.
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La cámara ambiental FDM para pruebas de ciclos térmicos en células solares
Las cámaras ambientales FDM son la herramienta ideal para realizar pruebas de temperaturas extremas, como el ciclo térmico en células solares de grado espacial.
Tienen un rango de temperatura de -70 °C a +180 °C control de humedad relativa del 10 % al 98 %.
Además, de serie tienen una velocidad de calentamiento de 5 °C/min y una velocidad de enfriamiento de -4 °C/min, pero pueden personalizarse aún más según las necesidades del cliente.
Gracias al práctico revoFACE, también es posible programar el proceso.
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Normas de referencia
- ECSS-E-ST-20-08C Rev.1 — Ensamblajes y componentes fotovoltaicos, norma principal de la ESA para pruebas de calificación de células solares espaciales.
- ECSS-E-ST-10-03C — Ensayos, norma general de la ESA para ensayos ambientales de equipos espaciales.
- ECSS-Q-ST-70-02C — Ensayo de desgasificación térmica al vacío para la evaluación de materiales espaciales.
- AIAA S-111A-2014 — Requisitos de cualificación y calidad para células solares espaciales, norma estadounidense complementaria.
- Serie IEC 60904 — Dispositivos fotovoltaicos – Parte 1 (medición IV), Parte 3 (irradiancia espectral solar de referencia AM1.5G).
- ASTM E595-15 — Pérdida total de masa y materiales volátiles condensables recolectados durante la desgasificación al vacío.
- NASA-STD-6016 — Requisitos estándar de materiales y procesos para naves espaciales, referencia NASA.
Fuentes autorizadas
- ECSS – Cooperación Europea para la Estandarización Espacial. Un sistema de estándares cooperativo entre la ESA y la industria europea, que gestiona la serie ECSS-E para ingeniería.
- ESA – Agencia Espacial Europea. La Agencia Espacial Europea es el principal usuario de las normas ECSS para la cualificación de misiones y hardware.
- NASA. Agencia espacial estadounidense, publica la norma NASA-STD-xxxx complementaria a la ECSS para hardware espacial.
- IEC TC 82 – Sistemas de energía solar fotovoltaica. Comité Técnico de la IEC para la Normalización de Dispositivos Fotovoltaicos.
Preguntas frecuentes sobre el ciclo térmico en células solares espaciales
¿Cuántos ciclos térmicos prescribe la norma ECSS-E-ST-20-08C?
El número de ciclos depende de la misión y de la órbita del satélite. Para LEO (Órbita Terrestre Baja), generalmente a una altitud de 400-800 km, el satélite completa aproximadamente 15 órbitas/día con pasos de sombra/sol de 35-45 minutos cada uno, lo que equivale a 5500 ciclos/año. Para una vida útil de 10-15 años, se requieren pruebas de calificación que implican de 30 000 a 80 000 ciclos térmicos misiones GEO (Órbita Geoestacionaria) la tasa es de 1 ciclo/día (durante los equinoccios con pasos de sombra), para un total de 1300-2500 ciclos en 15 años, con ΔT menos severo (-100 °C a +80 °C). Las misiones al espacio profundo con sobrevuelos o en actitud libre pueden requerir ciclos en rangos extremos de -180/+150 °C con numeración específica. La norma ECSS-E-ST-20-08C prescribe un factor de seguridad de 1,25x sobre el número nominal de ciclos para la calificación de tipo.
¿Qué parámetros eléctricos se miden antes y después del ciclo de calentamiento?
Las células solares espaciales se caracterizan mediante una curva I-V en condiciones AM0 (Air Mass Zero, espectro extraterrestre 1367 W/m²) antes y después del ciclo térmico. Los parámetros monitorizados son: corriente de cortocircuito Isc (sensible a la degradación óptica de las ventanas antirreflectantes), tensión de circuito abierto Voc (función de la unión T y la calidad del material a granel), potencia en el punto de máxima potencia Pmaxy factor de llenado FF una degradaciónmax También se miden la resistencia en paralelo Rsh y la resistencia en serie Rs para detectar microfisuras o delaminación de contactos. La prueba se realiza con un simulador solar AM0 clase A+A+A+ calibrado con una célula de referencia calibrada por la NASA/ESA, temperatura de la muestra controlada a 28 ± 1 °C y tiempos de adquisición < 100 ms para evitar el calentamiento. Las celdas de triple unión GaInP/GaAs/Ge actuales tienen una eficiencia inicial del 30-32% y deben mantener > 80% al final de su vida útil (15 años).
¿Cómo se simula el vacío del espacio en una cámara climática?
Las pruebas ECSS integran el ciclo térmico con el vacío térmico (TVAC). ECSS-E-ST-10-03C requiere una presión < 10-5 mbar para simular un entorno orbital. Las cámaras TVAC combinan bombas rotativas + turbomoleculares + bombas de iones con trampa criogénica para alcanzar 10-7 mbar. El control térmico se realiza mediante cubiertas de cobre2 o GHe y lámparas radiantes o resistencias para el calentamiento, lo que permite un rango de -180/+150 °C. La prueba TVAC combina TRM (Thermal Reference Mission) con un número reducido de ciclos (8-20) para la calificación del sistema, seguido de pruebas de ciclo térmico en aire (ECSS-E-ST-20-08C) con muchos más ciclos pero menos control de desgasificación. La integración de los dos enfoques califica completamente el sistema. Las cámaras de rango ambiental FDM (-70/+180 °C) admiten pruebas de ciclo térmico independientes según ECSS; Para un sistema TVAC completo, se requieren cámaras térmicas de vacío específicas con tecnología espacial especializada.
¿Qué materiales auxiliares (adhesivos, vidrio de cobertura) deben estar homologados?
El ensamblaje de una celda solar espacial incluye una celda desnuda, vidrio de cubierta (típicamente CMG – vidrio microlámina dopado con cerio, 100-200 µm de espesor) con filtro UV, adhesivo óptico (silicona DC93-500, RTV-S691) y diodos de derivación. Todos los materiales deben pasar ASTM E595 para desgasificación: TML (pérdida de masa total) < 1% y CVCM (material volátil condensable recolectado) < 0,1%. Las pruebas ECSS-Q-ST-70-02C se realizan a 125 °C durante 24 horas en un vacío de 10-6 mbar con un dedo frío a 25 °C que recolecta volátiles. Cada material también debe estar calificado para: resistencia a la radiación de protones/electrones (fluencia de MeV equivalente a la dosis de misión), resistencia UV en vacío (prueba VUV), compatibilidad con oxígeno atómico (AO) para LEO. La aprobación requiere la inclusión en la base de datos ESCIES (ESA) o MAPTIS (NASA). El ciclo térmico evalúa la integridad del laminado (celda + vidrio protector) comprobando si hay grietas en el vidrio protector, separación del adhesivo y fracturas en los puntos de unión.
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