Heel eenvoudig antwoord: je hebt een soort verwarmingspanelen nodig om het water te laten stromen terwijl het wordt verwarmd. Zonnepanelen zijn dunne plakjes silicium. Je zult de waterverwarmingspanelen niet lichter kunnen bouwen dan de zonnepanelen, en zelfs als je dat op de een of andere manier zou doen, zou je nog steeds een stoomturbine moeten dragen.

Zoals een commentator al opmerkte, in je efficiëntie vergelijking u negeert de absorptie-efficiëntie van de panelen zelf. De waarde van 20% die u noemde, was ook voor een hogedrukturbine. Als de panelen zo'n hoge druk moeten weerstaan, worden ze nog zwaarder.

Heel eenvoudig antwoord. U kijkt naar de verkeerde maatstaf voor efficiëntie.

Het duurste op een ruimtestation is niet het gebied, u betaalt niet per voet "land" (en het bijbehorende zonlicht) in de ruimte. Het duurste is massa, en het daarboven krijgen. Een stoommachine is per eenheid vermogen zwaar in vergelijking met een zonnepaneel (vooral in vergelijking met de multi-junctioned zonnepanelen die een rendement van ~ 30% hebben dat ze in de ruimte gebruiken).

Een Nasa pdf uit 1971 zegt dat arrays van siliciumzonnecellen [wat fotovoltaïsch betekent] zijn gevestigd als de meest betrouwbare en economische generator van aanhoudende stroom in de ruimte .

Een sleutelfactor bij betrouwbaarheid is dat de cellen zelf geen bewegende delen hebben. De array moet echter mechanisch worden uitgevouwen en wordt meestal op cardanische ophangingen gemonteerd om naar de zon te kijken. Storingen in een van deze systemen zijn niet ongebruikelijk.

Natuurlijk is er sindsdien veel veranderd - fotovoltaïsche zonnecellen zijn veel efficiënter geworden. Tweelagige -cellen zijn overal verkrijgbaar met 30% bij belichting onder één zon (wat betekent zonder concentrators).

A 2013 pdf geeft vergelijkbare cijfers.

Samengevat is het antwoord nee. Fotovoltaïsche zonnecellen zijn efficiënter en betrouwbaarder voor gebruik op middellange termijn (tot 10 jaar).

Alleen als het de jaren veertig, begin jaren vijftig of eerder is, en er zijn nog geen effectieve fotovoltaïsche installaties of kernreactoren in de ruimte uitgevonden.

De vraag bevat een aantal verkeerde premissen.

Ten eerste krijgen moderne zonnecellen een beter rendement dan dat. Commerciële zonnecellen kunnen efficiëntie hebben in het midden van de jaren twintig, en ruimtevluchten gebruiken duidelijk de beste en meest efficiënte, op vluchten geteste fotovoltaïsche zonne-energie die beschikbaar is.

Ten tweede is "efficiëntie" meestal niet de meest relevante overweging. Voor vermogen in de ruimte is vaak het uitgangsvermogen per gewicht of levenslange energie per gewicht belangrijk (als we kijken naar zaken als brandstofcellen, gasturbines of kernreactoren waar de hoeveelheid brandstof eindig is). Andere uiterst belangrijke dingen in ruimtetoepassingen zijn onder meer eenvoud / betrouwbaarheid (bewegende delen moeten meestal worden vermeden) en het vermogen om te worden geminiaturiseerd (niet zo geweldig voor stoommachines).

Ten derde, efficiënte stoommachines niet werken bij het kookpunt van water. In plaats daarvan wordt water in boilers onder druk gezet, zodat het alleen bij een veel hogere druk kookt en stoom wordt oververhit tot 500 ° C of meer.

Ten eerste, stoommachines zijn warmtemotoren, die fundamenteel gebaseerd zijn op hun vermogen om warmte af te geven bij een lage temperatuur. Dit is gemakkelijk te doen op aarde, waar je luchtgekoelde of watergekoelde condensors kunt hebben. Voor een ruimtevaartuig kan het alleen worden uitgestraald, en voor het uitstralen van grote hoeveelheden vermogen zijn grote, hoge temperatuurradiatoren nodig. Dit maakt warmtemotoren in het algemeen prolematisch in de ruimte.

In de jaren veertig en vijftig omvatte speculatief ontwerp voor ruimtevaartuigen en ruimtestations vaak stoommachines die kwikmetaal gebruikten in plaats van water, maar verder werkten zoals u beschrijft. Parabolische spiegels zouden zonlicht richten op een kwikketel en kwikdamp zou door een turbine gaan en vervolgens in condensorradiatoren in de vloeistof worden gecondenseerd. Kwik kreeg de voorkeur omdat de condensatietemperatuur veel hoger zou zijn dan bij water, en daarom zou straling veel beter werken.

Naarmate de jaren vijftig vorderden, werd het veel duidelijker dat kernreactoren een veel eenvoudigere en praktischer optie zouden zijn, en vaak werd aangenomen dat alle ruimtevaartuigen kernenergie zouden gebruiken. Ondertussen werd duidelijk dat ruimteverkenning zou worden gedaan met kleine capsules en kleine geautomatiseerde satellieten, in plaats van met de enorme atoomraketten van de Heinleiniaanse sciencefiction en de theorievorming van Von-Braunian. Voor deze toepassingen zorgden zonnepanelen voor een veel lichter gewicht (geen grote zware turbines en pijpen en kleppen) en een betrouwbaardere optie (geen bewegende delen is altijd een enorm voordeel). Voor kernenergie gebruikt energieconversie waarschijnlijk de volledig gasvormige Stirling- of Brayton-cycli in plaats van stoom, of gebruikt men opties zonder bewegende delen zoals thermionische of thermo-elektrische energie.