一种太阳电池阵的布片优化方法及优化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳电池阵的布片优化方法及优化系统，属于航天电源技术领域，其特征在于，包括：S1、建立有限元模型，在有限元模型中，通过调整OSR和太阳电池片的布片比例，进行太阳电池阵的热力学仿真，获得OSR和太阳电池片在不同比例布片方式下的太阳电池阵的温度，拟合出布片比例与工作温度之间的第一曲线；S2、利用太阳电池阵功率计算模型，计算不同温度下太阳电池阵输出功率，拟合出太阳电池阵的温度和输出功率之间的第二曲线；S3、结合第一曲线和第二曲线，在太阳电池面积变化的情况下，拟合出随着OSR和太阳电池片比例变化，太阳电池阵输出功率曲线，取太阳电池阵输出功率曲线中峰值对应状态作为布片设计状态。线中峰值对应状态作为布片设计状态。线中峰值对应状态作为布片设计状态。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳电池阵的布片优化方法及优化系统


[0001]本专利技术属于航天电源
，具体涉及一种太阳电池阵的布片优化方法及优化系统。

技术介绍

[0002]随着深空探测的不断发展以及金星、太阳等更深领域的探测需求，高效的能源需求已成为深空探测器发展的主要方向之一。太阳电池阵是航天器至关重要的组成部分，是航天器电能的主要来源，它通过太阳电池片把空间轨道上的太阳光能转换为电能供航天器使用，从而保证在航天器全寿命周期内有效地执行各项任务。太阳电池阵在工作状态下直接暴露在严苛的空间环境当中，因此研发一种高效的、环境适应性强的太阳电池阵成为一种趋势。
[0003]金星作为太阳系九大行星中距离地球最近的星体，由于其独特的科学价值和技术的跨越性，成为人类开展深空探测的重要目标之一。金星距离太阳较近,其轨道的高温高光强环境与火星不同，其受热量为火星轨道的4倍左右,该轨道上运行的太阳电池阵温度将达到200℃左右。
[0004]太阳电池的输出性能随着温度的升高而逐渐降低，在200℃高温下太阳电池阵功率损失严重，因此如何降低太阳电池阵温度，成为研究的主要内容。经分析，可以通过增大太阳电池阵布片间距，并在太阳电池阵正面铺设OSR片减少热量吸收的形式解决该问题。
[0005]本项目旨在突破相关关键技术，针对金星轨道空间环境创新优化太阳电池片铺设方法，加强太阳电池阵的散热能力，最终研制一种适应性高、重量比功率高、输出功率高的太阳电池阵，以支持金星探测工程的圆满进行，并为后续深空探测工程项目的开展提供技术基础，对于快速推动我国航天技术发展、增强我国科技自主创新能力具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种太阳电池阵的布片优化方法及优化系统，通过增大太阳电池阵布片间距，并在间隙内铺设OSR片进行散热。虽然OSR片所占的面积越大，温度越低，但同时太阳电池片的布片面积就越少，同样基板面积下获得的功率也越少。如何在散热和高布片率之间取得平衡，获得最大的输出功率。
[0007]本专利技术的第一目的是提供一种太阳电池阵的布片优化方法，包括：
[0008]S1、建立有限元模型，在有限元模型中，通过调整OSR和太阳电池片的布片比例，进行太阳电池阵的热力学仿真，获得OSR和太阳电池片在不同比例布片方式下的太阳电池阵的温度，拟合出布片比例与工作温度之间的第一曲线；
[0009]S2、利用太阳电池阵功率计算模型，计算不同温度下太阳电池阵输出功率，拟合出太阳电池阵的温度和输出功率之间的第二曲线；
[0010]S3、结合第一曲线和第二曲线，在太阳电池面积变化的情况下，拟合出随着OSR和太阳电池片比例变化，太阳电池阵输出功率曲线，取太阳电池阵输出功率曲线中峰值对应
状态作为布片设计状态。
[0011]优选地，S1中：利用有限元软件Ansys Workbench建立模型。
[0012]本专利技术的第二目的是提供一种太阳电池阵的布片优化系统，包括：
[0013]模型构建模块：建立有限元模型，在有限元模型中，通过调整OSR和太阳电池片的布片比例，进行太阳电池阵的热力学仿真，获得OSR和太阳电池片在不同比例布片方式下的太阳电池阵的温度，拟合出布片比例与工作温度之间的第一曲线；
[0014]计算模块：利用太阳电池阵功率计算模型，计算不同温度下太阳电池阵输出功率，拟合出太阳电池阵的温度和输出功率之间的第二曲线；
[0015]优化模块：结合第一曲线和第二曲线，在太阳电池面积变化的情况下，拟合出随着OSR和太阳电池片比例变化，太阳电池阵输出功率曲线，取太阳电池阵输出功率曲线中峰值对应状态作为布片设计状态。
[0016]优选地，模型构建模块中：利用有限元软件Ansys Workbench建立模型。
[0017]本专利技术的第三目的是提供一种信息数据处理终端，其特征在于，用于实现上述太阳电池阵的布片优化方法。
[0018]本专利技术的第四目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述太阳电池阵的布片优化方法。
[0019]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0020]1)太阳电池片和OSR片间隔式布片方式，可以有效提高太阳电池的散热效率，降低电池片的温度，高温高光强下太阳电池阵工作的可靠性获得了提升；
[0021]2)利用仿真和计算的方式，拟合太阳电池片温度和输出功率随太阳电池片和OSR片比例变化的曲线，可以根据工作环境快速有效地找到平衡点，获得最佳的布片比例。
附图说明
[0022]图1为高温高光强下太阳电池输出特性曲线；
[0023]图2为不同温度下太阳电池IV曲线；
[0024]图3为不同温度下太阳电池功率曲线；
[0025]图4为太阳电池最大功率点功率随温度变化曲线；
[0026]图5为Ansys Workbench仿真模型；
[0027]图6为模型温度仿真计算结果示意。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的上述目的、设计的控制系及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]名词解释：
[0030]OSR：Optical Solar Reflector光学太阳反射镜；
[0031]本专利技术的技术方案为：
[0032]一种太阳电池阵的布片优化方法，包括：
[0033]第一步，利用有限元软件Ansys Workbench建立太阳电池阵有限元模型，模型中
OSR和太阳电池片的布片比例可调整，进行太阳电池阵的热力学仿真，以获得OSR和太阳电池片不同比例布片方式下太阳电池阵的温度，拟合第一曲线，即出布片比例与工作温度之间的曲线；
[0034]第二步，根据《太阳电池阵设计手册》中太阳电池阵功率计算模型，计算不同温度下太阳电池阵输出功率，拟合出第二曲线，即太阳电池阵的温度和输出功率之间的曲线；
[0035]第三步，结合上述两条曲线，考虑太阳电池面积的变化，拟合出随着OSR和太阳电池片比例变化，太阳电池阵输出功率曲线，取曲线峰值对应状态则为最佳布片设计状态。
[0036]如图1所示，相同太阳电池阵在高温高光强环境下电流会升高，电压会降低；
[0037]如图2所示，25℃情况下太阳电池阵I
‑
V曲线为图中最右侧所示曲线，随温度升高曲线逐步往左移，最左侧曲线为200℃太阳电池阵I
‑
V曲线。可知相同太阳电池阵随温度上升，短路电流升高，开路电压降低；
[0038]如图3所示，25℃情况下太阳电池阵曲线为图中最上侧所示曲线，随温度升高曲线逐渐向下移，最下侧曲线为200℃太阳电池阵P
‑
V曲线。电流逐渐升高。可知相同太阳电池阵随温度升高，输出功率及电压均降低；
[0039]如图4所示，相同太阳电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳电池阵的布片优化方法，其特征在于，包括：S1、建立有限元模型，在有限元模型中，通过调整OSR和太阳电池片的布片比例，进行太阳电池阵的热力学仿真，获得OSR和太阳电池片在不同比例布片方式下的太阳电池阵的温度，拟合出布片比例与工作温度之间的第一曲线；S2、利用太阳电池阵功率计算模型，计算不同温度下太阳电池阵输出功率，拟合出太阳电池阵的温度和输出功率之间的第二曲线；S3、结合第一曲线和第二曲线，在太阳电池面积变化的情况下，拟合出随着OSR和太阳电池片比例变化，太阳电池阵输出功率曲线，取太阳电池阵输出功率曲线中峰值对应状态作为布片设计状态。2.根据权利要求1所述的太阳电池阵的布片优化方法，其特征在于，S1中：利用有限元软件Ansys Workbench建立模型。3.一种太阳电池阵的布片优化系统，其特征在于，包括：模型构建模块：建立有限元模型，在有限元模型中，通过调整OSR和太阳电池片的布片比例，进行太阳电池阵的热力学仿真...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉晔，尹兴月，任璐琳，张碧瑄，吴致丞，刘琦，
申请(专利权)人：中电科蓝天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：