Previous Entry Поделиться Next Entry
Из серии «Как это делается» | Солнечные батареи для космоса
dr.
drugoi


Это фотоэлектрические преобразователи — полупроводниковые устройства, преобразующие солнечную энергию в постоянный электрический ток. Проще говоря, это основные элементы устройства, которое мы называем «солнечными батареями». С помощью таких батарей на космических орбитах работают искусственные спутники Земли. Делают такие батареи у нас в Краснодаре — на заводе «Сатурн». Руководство завода пригласило автора этого блога посмотреть на производственный процесс и рассказать о нем у себя в дневнике.


1. Предприятие в Краснодаре входит в структуру Федерального космического агентства, но владеет «Сатурном» компания «Очаково», которая в буквальном смысле спасла это производство в 90-е годы. Владельцы «Очаково» выкупили контрольный пакет акций, который чуть было не ушел к американцам. «Очаково» вложила сюда большие средства, закупила современное оборудование, сумела удержать специалистов и теперь «Сатурн» — один из двух лидеров на российском рынке производства солнечных и аккумуляторных батарей для нужд космической отрасли — гражданской и военной. Вся прибыль, которую получает «Сатурн», остается здесь, в Краснодаре, и идет на развитие производственной базы.






2. Итак, всё начинается здесь — на участке т.н. газофазной эпитаксии. В этом помещении стоит газовый реактор, в котором на подложке из германия в течение трех часов выращивается кристаллический слой, который будет служить основой для будущего фотоэлемента. Стоимость такой установки — около трех миллионов евро.






3. После этого подложке предстоит пройти еще долгий путь: на обе стороны фотоэлемента нанесут электрические контакты (причем, на рабочей стороне контакт будет иметь «рисунок-гребенку», размеры которой тщательно рассчитываются, чтобы обеспечить максимальное прохождение солнечного света), на подложке появится просветляющее покрытие и т.д. — всего более двух десятков технологических операций на различных установках, прежде чем фотоэлемент станет основой солнечной батареи.






4. Вот, например, установка фотолитографии. Здесь на фотоэлементах формируются «рисунки» электрических контактов. Машина производит все операции автоматически, по заданной программе. Здесь и свет соответствующий, который не вредит светочувствительному слою фотоэлемента — как раньше, в эпоху аналоговой фотографии, мы пользовались «красными» лампами.






5. В вакууме установки напыления с помощью электронного луча наносятся электрические контакты и диэлектрики, а также наносятся просветляющие покрытия (они увеличивают ток, вырабатываемый фотоэлементом на 30%).






6. Ну вот, фотоэлемент готов и можно приступать к сборке солнечной батареи. К поверхности фотоэлемента припаиваются шины, чтобы потом соединить их друг с другом, а на них наклеивается защитное стекло, без которого в космосе, в условиях радиации, фотоэлемент может не выдержать нагрузок. И, хотя толщина стекла всего 0,12 мм, батарея с такими фотоэлементами будет долго работать на орбите (на высоких орбитах больше пятнадцати лет).





6a



6b





7. Электрическое соединение фотоэлементов между собой осуществляется серебряными контактами (их называют шинками) толщиной всего 0,02 мм.






8. Чтобы получить нужное напряжение в сети, вырабатываемое солнечной батареей, фотоэлементы соединяются последовательно. Вот так выглядит секция последовательно соединенных фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей — так правильно).






9. Наконец, солнечная батарея собрана. Здесь показана только часть батареи – панель в формате макета. Таких панелей на спутнике может быть до восьми, в зависимости от того, какая нужна мощность. На современных спутниках связи она достигает 10 кВт. Такие панели будут смонтированы на спутнике, в космосе они раскроются, как крылья и с их помощью мы будем смотреть спутниковое телевидение, пользоваться спутниковым интернетом, навигационными системами (спутники «Глонасс» используют краснодарские солнечные батареи).




9a





10. Когда космический аппарат освещается Солнцем, вырабатываемая солнечной батареей электроэнергия питает системы аппарата, а избыток энергии запасается в аккумуляторной батарее. Когда космический аппарат находится в тени от Земли, аппаратом используется электроэнергия, запасенная в аккумуляторной батарее. Никель-водородная батарея, обладая высокой энергоемкостью (60 Вт ч/кг) и практически неисчерпаемым ресурсом, широко используется на космических аппаратах. Производство таких батарей — еще одна часть работы завода «Сатурн».

На этом снимке сборку никель-водородной аккумуляторной батареи производит кавалер медали ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени Анатолий Дмитриевич Панин.




10a





11. Участок сборки никель-водородных аккумуляторов. Начинка аккумулятора подготавливается к размещению в корпусе. Начинка — это положительные и отрицательные электроды, разделённые сепараторной бумагой — в них и происходит преобразование и накопление энергии.






12. Установка для электронно-лучевой сварки в вакууме с помощью которой изготавливается корпус аккумулятора из тонкого металла.






13. Участок цеха, где корпуса и детали аккумуляторов испытываются на воздействие повышенного давления.
В связи с тем, что накопление энергии в аккумуляторе сопровождается образованием водорода, и давление внутри аккумулятора повышается, испытания на герметичность — неотъемлемая часть процесса изготовления аккумуляторов.






14. Корпус никель-водородного аккумулятора — очень важная деталь всего устройства, работающего в космосе. Корпус рассчитан на давление 60 кг·с/см2, при испытаниях разрыв произошел при давлении 148 кг·с/см2.






15. Проверенные на прочность аккумуляторы заправляют электролитом и водородом, после чего они готовы к работе.






16. Корпус никель-водородной аккумуляторной батареи изготавливается из специального сплава металлов и должен быть механически прочным, легким и обладать высокой теплопроводностью. Аккумуляторы устанавливаются в ячейки и между собой не соприкасаются.






17. Аккумуляторы и собранные из них батареи подвергаются электрическим испытаниям на установках собственного производства. В космосе уже невозможно будет ничего поправить и заменить, поэтому здесь тщательно испытывают каждое изделие.




17a




17b





18. Вся космическая техника подвергается испытаниям на механические воздействия с помощью вибрационных стендов, которые имитируют нагрузки при выведении космического аппарата на орбиту.




18a





19. В целом завод «Сатурн» произвел самое благоприятное впечатление. Производство хорошо организовано, цеха чистые и светлые, народ работает квалифицированный, общаться с такими специалистами — одно удовольствие и очень интересно человеку, хоть в какой-то степени интересующемуся нашим космосом. Уезжал с «Сатурна» в отличном настроении — всегда приятно посмотреть у нас на место, где не занимаются пустой болтовней и не перекладывают бумажки, а делают настоящее, серьезное дело, успешно конкурируют с такими же производителями в других странах. Побольше бы в России такого.




Фотографии: © drugoi

P.S. Блог вице-президента по маркетингу компании «Очаково» Инны Кочетовой в ЖЖ находится здесь: http://inna-kochetova.livejournal.com/
Метки:

промо drugoi февраль 20, 2013 13:57
Разместить за 1 000 жетонов
В этом блоге можно разместить вашу рекламу. У меня более 90 000 подписчиков в Живом журнале (около 2.5-3 млн посетителей в месяц), 135 тысяч подписчиков в Фейсбуке и больше 230 000 в Твиттере. Пишите на drugoi@gmail.com.

Могли бы и микропроцессоры Пентивум делать :)

Очень интересно, спасибо

Да-да-да,
я тоже ждал этого репортажа!

Ну что можно сказать - молодцы ))

Редкий человек с тобой не согласится, Илья.

ну и где здесь хоть что-то от того завода, который тут был до спасения? Полностью импортное оборудование и технологии.

Что спасли то?

Прикольно. Немного только непонятно.
Солнечные батареи для наших космических кораблей делают на зарубежном оборудовании? Или все станки отечественные?

по-разному. газовый реактор немецкого производства. электронно-лучевая сварка — украинский аппарат. вся тестовая аппаратура — «Сатурн».

(Удалённый комментарий)
А я что-то думал что у нас их "собирали". И уже нагнулся завод... Ан нет! Радует.

вряд ли на свободном рынке конкурентноспособны :о(

Спасибо,отличный репортаж

зы. фотки 13 и 15 одинаковые

Странно. Стоило мне написать про качество фотографий, как мой комментарий Другой стер.
Это, конечно, проще, чем выложить фото в нормальном качестве. Просто никогда не думал, что Другой опустится до подобного авторитаризма.

PS Ха, оказывается мало того, что стер, так еще и забанил. Молодец.

а, так все просто оказывается)

И по чём обходится 1 кВт установленной мощности? И сколько стоит батарея скажем на 100 ампер-часов?

Я не знаю, какая стоимость получается на этом производстве, но вот одного немецкого предприятия цены на GaAs:
35% эффективность EUR 220 размер 40x80мм
30% эффективность EUR 80 размер 40х80мм
Сколько в космосе на метр квадратный падает исходно я не знаю, на земле считают 1кВт.
Для сравнения, такие из которых делают "земные" панели:
17% эффективность EUR 0.6 размер 78x156мм

не думала, что до сих пор так многое делается вручную - мне казалось, уже всё автоматизировано по самое не хочу...

Это имеет смысл только при массовом производстве. А космические аппараты обычно все ручной работы.

отлично! А я вчера чайную фабрику снимал )

(Удалённый комментарий)
Интересно. А это производство способно делать панели для обычных обывателей?
То есть солнечные панели для домиков.

да, они иногда делают что-то подобное по спецзаказам.

(Удалённый комментарий)
?

Log in

No account? Create an account