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지구궤도와 화성표면과 지구표면의 태양광발전량은? 본문

저전력, 전기요금/신재생 에너지

지구궤도와 화성표면과 지구표면의 태양광발전량은?

화성은 태양에서 약 1.5AU 거리에 있다고 합니다. 즉 태양-지구 거리의 약 1.5배라는데요,


지구궤도에서 태양 일사량은 2kW/m^2 라고 합니다. 그리고 지구는 대기가 짙어서 지상에서는 1.366kW/m^2 라고 하는데요, 화성구름이측되기는 하지만 대기가 지구의 1%이하라고 합니다. 그래서 그냥 지구궤도와 화성지표면 조건이 비슷하다 치면 1.5로 나누면 1.3xxx가 됩니다. 지표면과 화성표면이 거의 비슷하지 않을까하는 단순계산이 나옵니다. 


화성 대기밀도 자체가 지구의 1/100이하라 별 거 아니라도 구름과 모래폭풍은 일단 마이너스 요인이고 월-E같은 로봇이나 적어도 와이퍼나 탐사용 로봇팔로 태양전지에 쌓이는 먼지도 닦아주고[각주:1] 다녀야(무인탐사선 로버들이 그 먼지때문에 발전을 못하기도) 하기는 하겠지만요. 


그리고 화성의 저온 환경에 반응을 최적화한 패널을 사용해야 할 것입니다. 또한, 신세대 착륙선과 탐사선은 내구성있는 양축추적식 태양광발전패널을 사용해서 발전효율을 끌어올려야 할 것입니다.[각주:2]


실제론 어땠는지 좀 찾아봐야겠습니다.


...


2018년 11월 화성에 안착한 마스 인사이트(Mars InSight) 무인착륙선이 탑재한 태양광패널은 4.2 제곱미터라고 합니다.

https://www.seis-insight.eu/en/public-2/the-insight-mission/insight-lander


그리고 이 태양광패널은 NASA화성 탐사선의 태양전지 발전량 신기록을 세웠는데,

1화성일(약 24시간 37분)동안 4588Wh 를 생산했다고 합니다.

https://pv-magazine-usa.com/2018/12/03/mars-solar-power-generation-record-set-with-29-5-efficiency-solar-cell/

(태양전지면적을 제외하고 발전량만 치면, 큐리오시티 로버 2806Wh, 피닉스 착륙선 1800Wh)


대략 1화성일(sol)동안 1제곱미터당 1100Wh 조금 못 되게 생산했군요.



저희집 300W 미니태양광패널이 사양표대로 계산해 대충 1.6제곱미터쯤인데, 출력이 클 때는 하루 1.2kWh를 넘은 적이 있습니다(그래 봐야 연평균으로 계산하면 대략 ~300kWh/365일= 하루  0.8kWh 정도지만요). 그걸 최대값이라 치고 1제곱미터로 환산하면 하루 750Wh정도가 되는데, 인사이트보다 작네요 아파트라서 우리나라 위도 최적각보다 더 세워서 설치한 것, 인사이트는 NASA가 아끼지 않고 당시 최신기술을 썼을 걸 생각하면 음.. ^^ 




※ 파커 태양 탐사선(Parker Solar Probe)은 태양전지가 면적에 비해 그 출력(예상치)이 엄청 크다고 합니다. 태양에 바로 붙어 공전하기 때문인데[각주:3]. 지구궤도 바깥으로 나가는 탐사선이 저온대책을 세우는 것과는 반대로, 이놈은 태양전지까지도 냉각장치를 단다고 하네요.


  1. 이 먼지가 잘 안 묻게 하는 기술이, 먼지닦아줄 사람없는 우주탐사선용으로 제일 먼저 개발됐다고 합니다. 민간에서도 철골유리로 만든 고층건물 외벽과 창 바깥면 청소를 적게 하기 위해서 자외선을 받아 부착된 오염물질입자를 분해하는 반응을 촉진하거나, 먼지입자가 잘 안 붙는 성질로 표면가공하거나 코팅하는 기술을 쓴다고 하고 이런 기술이 태양광 패널에도 응용된다고. 단, 태양광패널은 빛에너지를 투과시켜 발전용으로 활용해야 하니까 조금 다른 방식으로. [본문으로]
  2. 그 장치 무게가 너무 들어가거나 신뢰성이 떨어진다면 그냥 지금같은 고정식이 낫습니다. 축이 돌아간 상태로 고장나버리면 발전을 못하거나 형편없어질 테니..그래도 최소한, 착륙한 화성 위도와 자전축 기울기(지구와 비슷한 약 25도라고 합니다. https://astro.kasi.re.kr/learning/pageView/5146 )에 마춰 각도를 잡아주면 좋지 않을까요. 착륙선 위치는 고정돼 있고, 로버는 하루에 몇 백 미터 정도 움직이는 수준이라 방향전환은 자주 안 하는 것 같습니다. [본문으로]
  3. 임무에 예정된 공전궤도의 근일점은 약 600만km https://joinsmediacanada.com/bbs/board.php?bo_table=edu&wr_id=618 [본문으로]
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