Объединение антенн и солнечных панелей для достижения беспрецедентной эффективности

Исследователи из Швейцарской Высшей Технической Школы Лозанны (École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)) сумели объединить антенны с солнечными панелями для их совместной и более эффективной работы. Это первый шаг на пути к более компактным и легким спутникам. Также эта технология может быть применена в автономных антенных системах, используемых во время устранения последствий природных катаклизмов.

До сих пор телекоммуникационные антенны и солнечные панели никогда не работали вместе на пике своей эффективности из-за необходимости исключения интерференции. Это всегда влияло на вес и размер таких устройств – площадь поверхности должна была быть достаточно большой и для антенных систем и для солнечных панелей. Philippe Dreyer, член группы Julien Perruisseau-Carrier разработал смешанный тип поверхности, которая позволяет и антеннам и фотоэлектрическим панелям показывать значительную эффективность.

В итоге эта работа может привести к уменьшению объема, веса и стоимости спутников. И это еще не все. Мобильные и автономные коммуникационные системы часто необходимы для поддержания контакта между людьми в эпицентрах стихийных бедствий, - координации спасательных служб, доставки гуманитарной помощи. Новая технология позволит сделать такие системы легче и мобильнее. «Наше устройство также может иметь гибкую форму. Оно может оставаться в компактном виде до достижения зоны выгрузки или монтажа», говорит Julien Perruisseau-Carrier, глава проекта.

Для своего исследования, ученые использовали рефлектарные антенны (reflectarray antennas (RA)), - плоские, относительно дешевые и высокоэффективные. Эти антенны были объединены с тонкопленочными аморфно-кремниевыми солнечными панелями.

В самом устройстве на поверхности панелей размещен ряд проводников (резонаторов). Этот слой делает возможным достижение 90% фотоэлектрической эффективности.

«Это не первый раз, когда ученые пытаются объединить солнечные панели и антенны. Преимущество нашего метода заключается в том, что он позволяет обеспечить хорошую производительность обеих составляющих устройства. По сути, все что необходимо, это взять существующие солнечные панели и добавить проводящий слой», говорит Julien Perruisseau-Carrier.

Устройства были созданы в двух вариантах: первое с медным проводниковым слоем, который не позволяет проходить свету в тех местах, где он нанесен, но гарантирует повышенную эффективность антенны, и другой – с прозрачным проводниковым слоем (transparent conductor (TCOs)), который обеспечивает повышенную эффективность солнечных панелей.

Тонкопленочные аморфно-кремниевые солнечные панели изучаются более чем 20 лет в лаборатории PV и имеют весомые преимущества – они легкие и устойчивы к радиации. «Их эффективность ниже традиционных батарей, но они позволяют обеспечить лучшее соотношение между весом и выходной мощностью», говорит Christophe Ballif из лаборатории PV.

Что касается используемых в исследовании антенн, они считаются технологией будущего. «NASA выбрало спутник с такими антеннами и солнечными панелями для миссии демонстрации технологий в 2014 году», говорит Julien Perruisseau-Carrier. «Для этой миссии NASA использует платформы с солнечными панелями с одной стороны и антеннами с другой. Возможность объединения этих двух устройств позволит увеличить эффективную площадь вдвое».