Tecnología fotovoltaica en lo alto: cómo son paneles solares del satélite argentino SAOCOM 1B

Conozca en detalle a los tres gigantes fotovoltaicos que se desplegarán en un poco más de un mes para dar energía a una nueva misión científica en órbita terrestre baja.


Un nuevo satélite surcará las capas de la atmósfera terrestre hasta ubicarse a 620 km de altura. Se trata del Satélite Argentino de Observación con Microondas SAOCOM 1B, que será capaz de obtener unas 225 imágenes por día para medir la humedad de los suelos y dar soporte ante emergencias climáticas, como inundaciones.

El despegue y trayectoria del cohete Falcon 9 que llevará a este satélite se podrá seguir online. La empresa que transmitirá es Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX), famosa por lanzar y hacer aterrizar cohetes en forma vertical sobre la tierra y mostrar la experiencia como un completo espectáculo.

La cuenta regresiva empezó. El SAOCOM 1B ya partió desde Bariloche en el avión Antonov AN 124 hasta el Centro Espacial John F. Kennedy (Florida, USA). El 30 de marzo es la fecha por agendar para ver el lanzamiento de este satélite de 3 toneladas. Tremenda cita que durará cerca de una hora pero cuyo punto de atención se centrará en unos 5 minutos, desde el despegue hasta ocupar a la posición en la órbita final. Por lo que, la experiencia será vivida por el equipo involucrado con mucha intensidad.

Fuente: Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación – Argentina

“En el día del lanzamiento, uno cruza los dedos para que no pase nada malo en todo el proceso. Hoy los cohetes son muy confiables pero siempre existe un mínimo de probabilidad de que algo distinto a lo planificado ocurra. Yo por lo menos lo vivo con muchos nervios”, confió Hernán Socolovsky, jefe del Departamento Energía Solar de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). 

Consultado por las particularidades de la tecnología elegida para brindar energía al SAOCOM 1B, el experto, que fue uno de los participes en la fabricación y los ensayos con los paneles, precisó que se tratan de módulos fotovoltaicos con celdas solares cristalinas “avanzadas”, basadas en materiales más sofisticados que el silicio –utilizado para los paneles solares terrestres–.

“Las celdas que utilizamos son denominadas celdas multijuntura, esto es así porque en una se logran integrar unas tres subceldas. Son las mismas que utilizan los laboratorios que hacen paneles solares espaciales. Lo único que va cambiando es el diseño del panel en función del ambiente al que estará sometido”, indicó Hernán Socolovsky.

“En lo que es desarrollo de paneles solares para uso en órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés), nuestro laboratorio y nuestro equipo están calificados como del primer mundo, tras haber superado exitosamente evaluaciones de comités revisores de paneles solares de la NASA”.

Para este diseño en particular, el Proyecto de paneles solares de la misión SAOCOM –dirigido por el Ing. Jose Di Santo–, contempló tres paneles solares para órbita terrestre baja, que suman unos 3,6 kW de potencia eléctrica a partir de 3584 celdas solares. Cada panel mide 1,60 metros por  2,70 metros y alcanzan una superficie de 13m2 totales.

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Fuente: Departamento Energía Solar de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).

 

Paneles solares espaciales versus paneles solares terrestres

Los expertos del Departamento Energía Solar de la CNEA advierten dos grandes diferencias entre los paneles solares para uso espacial y los paneles solares terrestres.

La primera de ellas es la eficiencia. Según indica el Ing. Hernán Socolovsky, las celdas solares que componen a los paneles para uso espacial tienen el doble de eficiencia que las celdas solares convencionales que se utilizan para aplicaciones terrestres. Eso hace que el panel tenga mayor potencia en una superficie menor.

“En las misiones espaciales, cada kilogramo de carga que se pone en órbita sale decenas de miles de dólares. Es muy importante que cada componente sea lo más liviano y pequeño posible; entre ellos, los paneles solares. Esto motiva a nuestro Departamento a que a la hora de seleccionar las celdas solares para este tipo de aplicaciones se opte por las más eficientes que existan a nivel global”, valoró el jefe del Departamento Energía Solar de la CNEA.

Mientras que en la tierra esa eficiencia también dependerá de los años de rendimiento óptimo que garantiza el fabricante (se calculan entre unos 25 años a 40 años aproximadamente de vida útil) para sistemas fotovoltaicos, en el caso de los paneles solares de uso espacial, su diseño y eficiencia dependerá de los años de operatividad de la misión. En el caso de las misiones científicas de la CONAE estas tienen una duración de 5 años. 

“Es muy importante que el panel sobreviva los primeros 5 años. No obstante, procuramos que estos duren un poco más de tiempo. Si la misión dura 5 años y cumple con todos los objetivos planificados se considera exitosa; a partir de ahí y por el tiempo que permitan sus componentes, se podrá extender su uso y considerarlo un servicio adicional. Tranquilamente, esto podría ser por 10 años».

Por otro lado, como las celdas solares van a estar en un ambiente totalmente distinto al de la Tierra, estas tienen que ser capaces de resistir el daño por radiación de partículas que provienen del sol, particulas que normalmente son frenadas por la atmósfera de la tierra y que en el espacio impactarían directamente sobre las celdas solares produciendo una degradación más severa que en la tierra.

Aquí, cobran importancia la rigurosidad de todos los procesos de calificación y calidad en materia de tecnología espacial. Además, toma peso optar muchas veces por sobredimensionar al sistema de potencia para asegurar suministro eléctrico continuo en caso de alguna falla; ya que no habría forma de solucionar problemas a distancia.

“El efecto que causa el ambiente espacial en los paneles solares es el de una degradación suave y continua a través del tiempo, por lo que no deberían haber problemas. A menos de que exista una falla catastrófica como podría llegar a ser el impacto de un micrometeorito que sacaría de servicio al sistema o parte de él. Previniendo este caso, si uno calcula que va a necesitar un metro cuadrado de superficie de paneles solares, muchas veces sobredimensiona con un factor 1,5 por ejemplo, de modo tal de tener alguna redundancia en el sistema de potencia».

 

Un equipo copado de expertos

De acuerdo a información oficial, el satélite SAOCOM 1B fue desarrollado y fabricado en Argentina, junto a su gemelo predecesor SAOCOM 1A, por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), la empresa INVAP, la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), la firma pública VENG y el Laboratorio GEMA de la Universidad Nacional de La Plata, entre otras 80 empresas de tecnología e instituciones del sistema científico tecnológico del país.

En el caso del el equipo de la CNEA, el Departamento Energía Solar está conformado por 30 profesionales –entre técnicos, ingenieros y científicos de distintas especialidades– que logran un espacio multidisciplinario óptimo para llevar a cabo nuevos desarrollos e investigaciones. De estos, 14 expertos están abocados específicamente a proyectos espaciales.

La próxima semana, parte del equipo viajará a la base de lanzamiento ubicada en los Estados Unidos de América para hacer la verificación final de los paneles solares y asegurarse –en menos cinco días– de que los componentes llegaron en condiciones y están conectados correctamente al satélite.

«Equipo Solar Espacial». Fuente: Departamento Energía Solar de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).

 

El origen y los antecedentes de esta proeza tecnológica

Desde el año 2001, el Departamento Energía Solar de la CNEA se encuentra trabajando en el desarrollo de paneles solares para uso espacial en el marco de un contrato de asistencia tecnológica con la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE).

La primera misión grande en la cual participó este equipo fue “Aquarius SAC-D”; como sus siglas lo indican, se trataría de un Satélite de Aplicaciones Científicas. Este fue construido por INVAP y operado por la NASA y la CONAE desde junio del año 2011 al junio de 2015, cuando se declaró el fin de su misión.

El Departamento Energía Solar de la CNEA continuó con la fabricación de paneles con el satélite SAOCOM 1A, puesto en órbita en octubre de 2018, con un sistema de potencia un 50 % mayor que en la misión Aquarius SAC-D. Luego, siguió con los paneles solares de su gemelo, el SAOCOM 1B (motivo del presente artículo periodístico).

«Trabajos de soldadura». Fuente: Departamento Energía Solar de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).

 

Una industria en crecimiento

SABIA-Mar es la próxima misión contemplada en el Plan Nacional Espacial sobre la que empezará a trabajar la CONAE. El Departamento Energía Solar de la CNEA será el proveedor de paneles solares para el primer satélite de aplicación científica de esta misión, destinado al estudio de mares y océanos.

Adicionalmente, si bien el Departamento Energía Solar hoy es sólo proveedor calificado de paneles solares de órbita terrestre baja, su equipo ya está evaluando fabricar paneles solares para órbitas geoestacionarias y ampliar su oferta no sólo para dar respuesta a requerimientos internos -como pueden ser nuevas generaciones de satélites ARSAT-, sino también prepararse para que su laboratorio en Argentina abastezca a otras misiones espaciales en el mundo.

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5 Comentarios

  1. Juan Carlos Benvenutto

    Seria interesante conocer la tecnología que se usa, si son fabricados por la CNEA, la potencia de los módulos, el voltaje en que trabajan las baterías, la cantidad de celdas por módulos, tipo y marca de regulación, los métodos de orientación, que tipo de baterías usan, etc. No se si es información confidencial…

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  2. Ariel Panelli

    Seguro son de gallium arsenide, no de silicio como los de uso común, además de tener un diseño diferente para resistir la radiacion, salen fortuna, hoy en día la verdad no se si valen la pena en base a cuanto bajo el coste de lanzamiento.
    Pero supongo que ellos sabrán..
    La nota es una perdida de tiempo, solo dicen la potencia que entregan y nada más. No dicen que empresas estuvieron involucradas en su diseño, sistemas y manufacturacion.
    Cabe destacar que estos paneles tampoco son tan especiales que no se pueden comprar, cualquiera que haya investigado sobre cubesats, sabe muy bien que estos paneles diseñados especialmente para el espacio se venden

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    • Virgilio Ricardo goldbeck

      Las celdas son de triple juntura InGaP-InGaAs-Ge, eficiencia media mínima de 27,5 % (28ºC, AM0) de Emcore. Los cubesats llevan unas pocas celdas y son mucho mas fáciles de ensamblar. Nosotros tuvimos qe modelar y diseñar los paneles caracterizando cada celda para armar la matriz óptima. Comprar el panel hubiera salido mucho mas caro y construyendolo y diseñandolo nosotros ganamos una experiencia invaluable qe nos permite avanzar en el desarrollo integral y aspirar a órbitas geoestacionarias. El peso de las celdas es mínimo comparado al total del panel pero el ahorro de peso y tamaño las justifica a pesar de la bajada de costos del SpaceX. La orientacion del panel se hace mediante celda FV especializada.

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      • ricardo battista

        muy interesantes los datos, una pregunta mas , en la atmosfera terrestre se verifica la misma diferencia en la eficiencia respecto a las celdas standard? saludos!!

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      • Sebastian bergagna

        La eficiencia en tierra esta ligada a las temperaturas Como logran que el panel sin el recubrimiento de la atmósfera soporte el calor a esta altitudes ?

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