Energia solare nello spazio: frontiere di ricerca e analisi di un impianto fotovoltaico in orbita

Nel contesto della crescente necessità di fonti energetiche sostenibili e della continua esplorazione spaziale, l'energia solare rappresenta una delle risorse più promettenti per alimentare missioni e infrastrutture orbitanti. La capacità di sfruttare l'energia solare nello spazio è di importanza cruciale per il successo delle missioni a lungo termine e per lo sviluppo di soluzioni energetiche innovative. Il lavoro seguente si propone di esplorare le potenzialità e le sfide della tecnologia fotovoltaica applicata nello spazio, analizzando i principali progressi, le tecnologie emergenti e alcune architetture proposte per centrali solari orbitali. Nel primo capitolo viene fornita una panoramica dettagliata dei principi fondamentali dell'energia fotovoltaica, inclusa la radiazione solare, l'effetto fotovoltaico e la struttura delle celle, stringhe e moduli fotovoltaici. Si esamina inoltre la caratteristica corrente-tensione di una cella fotovoltaica, che è cruciale per comprendere il comportamento e le prestazioni dei sistemi fotovoltaici. Il secondo capitolo esplora le principali applicazioni della tecnologia fotovoltaica nello spazio, considerando gli utilizzi, le condizioni ambientali spaziali e le varie tipologie di celle fotovoltaiche utilizzate. Viene dedicata particolare attenzione alle celle solari al silicio, multigiunzione, CIGS a film sottile e in perovskite, evidenziando le loro caratteristiche, vantaggi e limitazioni. Nel terzo capitolo è riassunta la storia e lo sviluppo delle centrali solari spaziali, con un'analisi dettagliata dei sottosistemi essenziali come quelli di potenza, trasmissione e ricezione. Vengono inoltre presentati i primi progetti teorizzati ed alcune architetture di sistema proposte negli anni, come il progetto di Peter Glaser, il progetto NASA-DOE SPS e le architetture SunTower e SolarDisc. Infine, il quarto capitolo comprende una descrizione analitica preliminare del bilancio termico di un generico impianto fotovoltaico orbitale, offrendo delle stime della potenza elettrica prodotta e della temperatura di equilibrio dei pannelli degli impianti fotovoltaici delle architetture discusse.