一種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法，能夠提高計(jì)算準(zhǔn)確性。該方法根據(jù)整個(gè)太陽電池陣的輸出指標(biāo)以及單個(gè)太陽電池片的主要參數(shù)，確定整個(gè)太陽電池陣中單個(gè)太陽電池片的排布；根據(jù)整個(gè)太陽電池陣中單個(gè)太陽電池片的排布，獲得各太陽電池片的工作電壓，并確定太陽電池片的有效收集面積；步驟四、構(gòu)建單個(gè)太陽電池片的功率損耗計(jì)算模型，綜合后獲得整個(gè)太陽電池陣的功率損耗Ps與各太陽電池片輸出電壓Vi的關(guān)系式；將空間等離子體環(huán)境參數(shù)和各太陽電池片的工作電壓Vi和有效收集面積Ae帶入所述關(guān)系式，得到整個(gè)太陽電池陣的損耗功率。
【專利說明】一種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法，適用于低軌道衛(wèi)星高 壓（輸出電壓高于40V)太陽電池陣損耗功率的計(jì)算。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，各種空間飛行器對(duì)功率的需求增大，這勢必造成太陽 電池陣的面積也隨之增大，如果采用低壓28V，由于電路傳輸距離長，線路損耗十分嚴(yán)重，因 此采用高壓大功率能源系統(tǒng)已經(jīng)成為趨勢，從而有效減小傳輸功率損失。
[0003] 高壓太陽電池陣是航天器高壓大功率能源系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)采用高壓太陽 電池陣的航天器運(yùn)行于300km-500km高度的低地球軌道時(shí)，該軌道空間等離子體主要是稠 密低溫等離子體，其能量為〇. 1?leV，密度為101(1?1012m_3。隨著高壓太陽電池陣工作電 壓的提高，其與空間等離子體相互作用導(dǎo)致的充放電效應(yīng)問題越來越突出。
[0004] 當(dāng)高壓太陽電池陣處于正偏置電壓下時(shí)，裸露的金屬互連以及半導(dǎo)體部分可以從 等離子體環(huán)境中收集電子電流，從而產(chǎn)生電流收集效應(yīng)，引起高壓太陽電池陣功率損耗。
[0005] 高壓太陽電池陣功率損耗值與太陽電池的工作電壓密切相關(guān)，文獻(xiàn)"古士芬，空 間等離子體導(dǎo)致高壓太陽電池陣的電流收集，《空間科學(xué)學(xué)報(bào)》"給出了一種能夠計(jì)算空間 等離子體引起高壓太陽電池電流收集的理論統(tǒng)計(jì)模型，由于單塊太陽電池片的輸出電壓是 一定的，在空間高壓太陽電池的實(shí)際應(yīng)用過程中多通過多塊太陽電池的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高電壓的 輸出，那么每一塊太陽電池片的輸出電壓（指相對(duì)航天器電壓）因?yàn)榀B加了前級(jí)太陽電池 片的輸出電壓，因此相互不同，例如串聯(lián)的3塊太陽電池片，每塊太陽電池片兩極壓差均為 3V，但是3塊太陽電池片的輸出電壓為3V、6V和9V。然而文獻(xiàn)中采用的計(jì)算模型僅將高壓太 陽電池陣作為一個(gè)整體，根據(jù)固定值的整體輸出電壓（100V，150V，200V，250V，300V，400V， 500V和600V)，計(jì)算整體功率消耗，其未考慮處于串聯(lián)電路中不同太陽電池片的輸出電壓， 無法真實(shí)反映出空間高壓太陽電池的工作狀況，導(dǎo)致其計(jì)算準(zhǔn)確性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法，適用于 低軌道衛(wèi)星高壓太陽電池陣損耗功率的計(jì)算，能夠提高計(jì)算準(zhǔn)確性。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法，包括：
[0009] 步驟一、確定低地球軌道的空間等離子體環(huán)境參數(shù)，包括等離子體能量I；和等離 子體密度n e ;
[0010] 步驟二、根據(jù)整個(gè)太陽電池陣的輸出指標(biāo)以及單個(gè)太陽電池片的主要參數(shù)，確定 整個(gè)太陽電池陣中單個(gè)太陽電池片的排布；
[0011] 整個(gè)太陽電池陣的輸出指標(biāo)包括所需輸出電壓V和所需輸出功率P，單個(gè)太陽電 池片的主要參數(shù)包括額定輸出電壓v mp、額定輸出電流和面積Amp ;
[0012] 為實(shí)現(xiàn)整個(gè)太陽電池陣的輸出電壓V，需要的串聯(lián)太陽電池子陣中太陽電池片數(shù) 量為ivc = 為保證整個(gè)太陽電池陣的輸出功率P，則還需并聯(lián)的所述串聯(lián)太陽電 池子陣的數(shù)量為乂 = 其中『1表示向上取整；
[0013] 步驟三、根據(jù)整個(gè)太陽電池陣中單個(gè)太陽電池片的排布，獲得各太陽電池片的工 作電壓，并確定太陽電池片的有效收集面積；
[0014] 其中，對(duì)于每個(gè)串聯(lián)太陽電池子陣來說，其中的第i塊太陽電池片的工作電壓為Vi =v mpx i，太陽電池片的有效收集面積Ae = Amp X 2. 8 % ;
[0015] 步驟四、構(gòu)建單個(gè)太陽電池片的功率損耗計(jì)算模型，綜合后獲得整個(gè)太陽電池陣 的功率損耗Ps與各太陽電池片輸出電壓\的關(guān)系式為：
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種低軌道高壓太陽電池功率損耗的計(jì)算方法，其特征在于，包括： 步驟一、確定低地球軌道的空間等離子體環(huán)境參數(shù)，包括等離子體能量?；和等離子體 密度ne; 步驟二、根據(jù)整個(gè)太陽電池陣的輸出指標(biāo)以及單個(gè)太陽電池片的主要參數(shù)，確定整個(gè) 太陽電池陣中單個(gè)太陽電池片的排布； 整個(gè)太陽電池陣的輸出指標(biāo)包括所需輸出電壓V和所需輸出功率P，單個(gè)太陽電池片 的主要參數(shù)包括額定輸出電壓Vmp、額定輸出電流Imp和面積Amp ; 為實(shí)現(xiàn)整個(gè)太陽電池陣的輸出電壓V，需要的串聯(lián)太陽電池子陣中太陽電池片數(shù)量為 隊(duì)二^7&P1;為保證整個(gè)太陽電池陣的輸出功率P，則還需并聯(lián)的所述串聯(lián)太陽電池子 陣的數(shù)量為?=其中『1表示向上取整； 步驟三、根據(jù)整個(gè)太陽電池陣中單個(gè)太陽電池片的排布，獲得各太陽電池片的工作電 壓，并確定太陽電池片的有效收集面積； 其中，對(duì)于每個(gè)串聯(lián)太陽電池子陣來說，其中的第i塊太陽電池片的工作電壓為Vi =VmpXi，太陽電池片的有效收集面積Ae =AmpX2. 8 % ; 步驟四、構(gòu)建單個(gè)太陽電池片的功率損耗計(jì)算模型，綜合后獲得整個(gè)太陽電池陣的功 率損耗Ps與各太陽電池片輸出電壓
Vi的關(guān)系式為： 式中，為電子質(zhì)量，q為電子的電荷量，K為波爾茲曼常數(shù)，C1和C2為已知的擬合常 數(shù)，九.th為熱電子電流密度； 步驟五、將步驟一確定的空間等離子體環(huán)境參數(shù)和步驟三確定的各太陽電池片的工作 電壓Vi和太陽電池片的有效收集面積Ae帶入所述關(guān)系式，得到整個(gè)太陽電池陣的損耗功 率。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104239705SQ201410447425
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】陳益峰, 李得天, 秦曉剛, 楊生勝, 史亮, 王俊, 柳青, 湯道坦 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所