TNO en Airbus verkennen siliciumzonnecellen voor ruimtesatellieten

TNO beschikt over expertise op het gebied van industriële, kostenefficiënte productie van zonnecellen en zonnepanelen voor terrestrische toepassingen, ofwel toepassingen op aarde. Dit zijn systemen die op de grond worden gebruikt in plaats van in de ruimte. In samenwerking met de Nederlandse maakindustrie heeft TNO geavanceerde oplossingen ontwikkeld die flexibel zijn in ontwerp en vormfactor en toepasbaar zijn op uiteenlopende oppervlakken.

Op schaal
MCPV is een Europese fabrikant van zonne-energiesystemen die zich specialiseert in de industrialisatie van geavanceerde technologieën. Met praktijkervaring in het ontwerpen, inrichten en exploiteren van productielijnen brengt MCPV de proceskennis en engineeringcapaciteit in die nodig zijn om innovaties van laboratoriumschaal naar industriële productie te vertalen.

Binnen deze verkenning fungeert MCPV als partner van de industrie en vormt het de schakel tussen de zonneceltechnologie-ontwikkeling van TNO en de ruimtevaart-integratie-expertise van Airbus Netherlands. Het doel is te onderzoeken hoe siliciumzonnecellen op schaal kunnen worden geproduceerd voor ruimtevaarttoepassingen.

Bewezen technologie
Airbus Netherlands levert al jarenlang zonnepaneelarrays voor satellieten en energieoplossingen voor grote internationale ruimtevaartprogramma’s, waaronder de gezamenlijke Artemis-missies van ESA en NASA. De ervaring van Airbus Netherlands met het ontwerpen, integreren en kwalificeren van zonne-energiesystemen voor de veeleisende ruimteomgeving vormt een aanvulling op TNO’s expertise in schaalbare productie en technologische innovatie.

‘Terrestrische pv-technologie heeft zich enorm ontwikkeld op het gebied van maakbaarheid, kosten en ontwerpvrijheid’, aldus Harald Kerp, senior business developer bij TNO. ‘De centrale vraag die wij onderzoeken is hoe deze sterke punten kunnen worden vertaald naar ruimtevaarttoepassingen, met behoud van de strenge betrouwbaarheidseisen die de ruimteomgeving stelt.’

Europese strategische autonomie
De verkenning sluit aan bij bredere Europese ambities om onafhankelijke satellietconstellaties (red. een groep samenwerkende satellieten die als 1 satelliet functioneren) te ontwikkelen en de afhankelijkheid van kritieke materialen met beperkte beschikbaarheid te verkleinen. Veel van de huidige zonne-energiesystemen voor de ruimte maken gebruik van gallium-arseen-zonnecellen, die weliswaar hoge prestaties leveren, maar ook gepaard gaan met aanzienlijke kosten en kwetsbaarheden in de toeleveringsketen.

Een alternatieve benadering die wordt onderzocht, is het gebruik van hoogwaardige siliciumzonnecellen, mits zij voldoende robuust blijken onder ruimtevaartcondities.

Achterzijdecontactzonnecellen
De eerste gezamenlijke activiteiten richten zich op de uitwisseling van technische kennis en het identificeren van terrestrische concepten die geschikt zouden kunnen zijn voor ruimtevaarttoepassingen. Een centraal thema is de eigen expertise van TNO op het gebied van achterzijdecontactzonnecellen, die zeer nauwkeurige pick-and-placeproductie mogelijk maken.

Backcontact betekent dat de elektrische contacten aan de achterkant van de zonnecel zitten in plaats van aan de voorkant. Deze technologie staat bekend om haar ontwerpflexibiliteit en de goede aansluiting bij geautomatiseerde industriële productieprocessen.

Een van de eerste technische vragen die wordt onderzocht, is hoe siliciumbackcontactzonnecellen presteren onder specifieke ruimtevaartcondities, zoals deeltjesstraling, extreme thermische cycli en mechanische belasting.

Kostenefficiënte volumes
‘Airbus Netherlands past siliciumzonneceltechnologie al toe, omdat deze voor grote constellaties kosteneffectiever is en in de vereiste volumes kan worden geproduceerd’, licht Martin Kroon, systems architect solar arrays bij Airbus Netherlands, toe. ‘Tegelijkertijd optimaliseren wij onze zonnepaneelarrays om siliciumzonnecellen beter te accommoderen, onder andere met het oog op massa en opgevouwen volume. We investeren actief in het opbouwen van een Europese toeleveringsketen voor siliciumgebaseerde zonne-energiemodules met verbeterde prestaties voor toekomstige constellaties.’

Door expertise op het gebied van productie uit zowel de terrestrische als de ruimtevaartsector samen te brengen, willen TNO en Airbus Netherlands verkennen hoe zonne-energieopwekking en toepassing in de ruimte anders kan worden vormgegeven.