La gestione dell’energia rappresenta un aspetto fondamentale nel corretto
svolgimento delle funzioni di un veicolo spaziale e quindi del successo di una
missione. In particolare per quanto riguarda le fonti di approvvigionamento
energetico affidabili le tecnologie fotovoltaiche e termoelettriche sono tra le più
utilizzate.
Il sole fornisce circa 1,4 kilowatt di potenza per metro quadrato in orbita attorno alla
Terra e costituisce quindi una risorsa abbondante utilizzata attraverso pannelli solari.
Le celle solari usate per lo spazio sono di vari tipo ed hanno raggiunto su larga area,
nel caso delle multigiunzioni, efficienze superiori al 30%. [1] Tuttavia tali prestazioni
risultano ridotte nelle condizioni di operatività nello spazio, e questo porta alla
necessità di progettare sistemi di grandi dimensioni con relativi problemi in termini
di ingombro spaziale e di peso, nonché di costo, elementi fondamentali da
considerare nella progettazione di un sistema per lo spazio.
Le applicazioni per lo spazio di sistemi termoelettrici sono sostanzialmente legate alla
straordinaria affidabilità e durata di questi sistemi, tuttavia, grazie alla straordinaria
evoluzione tecnologica dei materiali in questo campo, è possibile attualmente
pensare a nuove soluzioni a basso peso e stampabili (Printable Thermoelectrics) che
permettano di migliorare la conformabilità dei dispositivi termoelettrici pur
mantenendone le caratteristiche di efficienza.
L’obiettivo che si propone il progetto PEROSKY è quello di studiare tecnologie
fotovoltaiche e termoelettriche processabili da soluzione su substrati flessibili
e la loro integrazione per un’ottimizzazione della gestione dell’energia. Saranno
così realizzati moduli fotovoltaici e dispositivi termoelettrici, ed una loro
integrazione in un unico dispositivo, con un migliorato rapporto potenza/peso
l’utilizzo di sistemi di dispiegamento flessibili e il recupero della potenza dissipata
sotto forma di calore
In particolare per quanto riguarda la parte fotovoltaica il progetto si propone di di
dimostrare l’applicabilità delle celle a perovskite (PSC) fabbricate su supporto
flessibile all’ambiente spaziale. All’interno del progetto PEROSKY saranno
individuati e sviluppati i diversi materiali che compongono la cella solare (substrato,
composizione della perovskite e del sistema trasportatore di buche ed il suo sistema
di incapsulamento), con l’obiettivo di garantire performance adeguate anche nelle
condizioni dello spazio.
Nel progetto PEROSKY ci si propone di dimostrare su piccola area un efficienza
di12%. Verrà poi considerata la dimostrazione di scalabilità su larga area di un
modulo fotovoltaico con più celle solari integrate in serie raggiungendo un peso di
200g/m2 nel caso di dispositivo non incapsulato e di 700g/m2 per quello
incapsulato.
Per l’aspetto termoelettrico verranno studiati una nuova classe di generatori
termoelettrici (TEG) realizzati con processi di fabbricazione di stampa ad alta
conformabilità quali lo spray, la serigrafia, il blade coating. Verranno considerati
nanocompositi ceramici e strutture mesoporose e compatte di perovskite,
escludendo composti polimerici per le ridotte compatibilità con l’ambito spaziale.
Saranno tuttavia valutate le prestazione di nanocompositi a base di polimeri
conduttori e nanomateriali termoelettrici quali ad esempio le perovskiti, al fine di
paragonarli ai materiali di cui sopra in funzione di prestazioni, stabilità e
performabilità. Infine, anche nel caso del dispositivo termoelettrico sarà valutato
l’impiego di un sistema polimerico incapsulante in grado di garantire proprietà
barriera nei confronti delle radiazioni ed una certa resistenza meccanica, senza
limitarne la conformabilità.
I materiali candidati all’utilizzo come TEG all’interno del progetto presentano
diverse carateristiche avranno come targhet un fattore di merito merito ZT
superiore a 0.01