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Cómo transforman los satélites la energía solar en electricidad

La energía solar es transformada directamente en electricidad por las células fotovoltaicas del generador solar

Todos los satélites en el espacio necesitan energía eléctrica, y se la suministra el Sol. Las células fotovoltaicas necesarias a tal efecto son robustas, y disponen ahora de una eficiencia de hasta el 29%. En los últimos 40 años, el CoC ha diseñado y construido más de 450 unidades de vuelo —compuestas por lo general de dos paneles solares — con potencias que van de unos pocos cientos de vatios hasta los 26 kW. Hasta la fecha no se ha producido nunca un fallo en operación.

Una energía de valor incalculable

Para garantizar el éxito de su misión, el satélite necesita energía eléctrica. Por este motivo, una de las misiones de la plataforma consiste en generar, almacenar y distribuir esa energía.

El generador solar

La gran mayoría de satélites utiliza energía solar. Están equipados con un generador solar integrado por un conjunto de células que transforman directamente la energía luminosa del sol en electricidad. En 1954 los investigadores estadounidenses de Bell Telephone (AT&T) desarrollaron la primera célula fotovoltaica (solar) con un rendimiento suficiente: transformaba en electricidad el 6% de la energía solar que recibía. En la actualidad esta tecnología se ha generalizado extensamente y asegura niveles de rendimiento de 12 a 17% con células de silicio y de hasta 29% con células de arseniuro de galio. Así se obtiene hasta 220 vatios por m2 de paneles solares a comienzos de la vida útil de un satélite, si bien el rendimiento disminuye con el paso del tiempo. Las investigaciones realizadas sobre el arseniuro de galio deberían permitir la obtención de niveles de rendimiento superiores a 30%. Sin embargo, el coste de estos materiales es más elevado.

El despliegue de los paneles del generador solar constituye siempre una fase crítica: si no llegan a abrirse, el satélite, desprovisto de energía, no podría funcionar, y la misión fracasaría.

Las baterías

¿Qué hacer si el satélite entra en la sombra de la Tierra, es decir, en los períodos de eclipse?

Si no le llegan los rayos solares, ¿eso implica que no hay energía? ¿Se debería suspender la transmisión de programas de televisión en esos casos? Para contrarrestar la ausencia de rayos solares y responder a los picos de consumo de los equipos (satélites de observación), los satélites cuentan con baterías que almacenan energía eléctrica. Las baterías de un satélite de telecomunicaciones tardan unas 12 horas en recargarse. Para los satélites en órbita baja, los ciclos de carga y descarga son más frecuentes (un ciclo por órbita), lo que limita la vida útil de las baterías y, por tanto, la vida útil del satélite.

Para un satélite geoestacionario, los eclipses ocurren únicamente en los períodos próximos al equinoccio (en marzo y septiembre) y tienen una duración máxima de 72 minutos por día, es decir, el 5% del tiempo. Si se trata de un satélite en órbita baja (con una revolución cada 100 minutos aproximadamente), esos eclipses representan hasta el 40% del tiempo. Por tanto, las baterías se usan con mayor frecuencia.

La orientación de los paneles solares

Para captar la máxima cantidad de energía, los paneles deben orientarse hacia el sol, pero esa orientación no coincide necesariamente con las necesidades de orientación de la carga útil. En ese caso, hay dos soluciones posibles:

1) recubrir casi totalmente el satélite con células solares de las cuales sólo un pequeño número será eficaz en función de la orientación;

2) equipar los paneles con mecanismos que permitan orientarlos continuamente hacia el sol.

La distribución de la energía

Un conjunto de convertidores y reguladores gestiona a la vez el almacenamiento y la distribución de la energía eléctrica hacia la carga útil y los equipos de la plataforma.

Ciclos día/noche

Satélites de telecomunicaciones: 920 ciclos en 10 años

Satélites de observación: 27.000 ciclos en 5 años

Tecnologίa