Способ контроля характеристик солнечной батареи и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в системах электропитания на космических объектах. Контроль характеристик солнечной батареи основан на определении характеристик дополнительной солнечной батареи, работающей в эквивалентных условиях, как и основная батарея. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s H 02 J 7/35

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

)i91 i, >с 1 (21) 4839840/07 (22) 07.03,90 (46) 15.08,92, Бюл, М 30

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (71} Научно-производственное объединение прикладной механики (72) С.А. Галочкин, В.В. Коротких и П,П. Парамзин (56) Заявка Японии М 62 — 52541, кл. Н 02 J 7/00.

Авторское свидетельство СССР

М 1519498, кл. Н 02 J 7/35, 1986.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к способам и устройствам систем электропитания постоянным током, широко используемым на космических объектах и в других отрас лях народного хозяйства.

Известны способы контроля характеристик солнечной батареи, приведенные в книге Г,Раушенбах "Справочник по проектированию солнечных батарей", М., Энергоатомиздат, 1983, стр. 338 (1), при которых контроль характеристик осуществляется по результатам натурных испытаний эксперйментальных солнечных батарей и непосредственно при эксплуатации больших батарей на спутниках, Известны также методы измерения вольтамперных характеристик солнечных батарей (см. стр. 238 (1)), в которых измерение параметров производится либо по световой ввльтамперной характеристике, либо по диодной (темновой) характеристике.

Характеристики солнечных батарей на орбите и степень ухудшения их параметров необходимы для определения влияния на зти характеристики особенностей конструкции спутников, изучения деградационных

2 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК

СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относйтся к электротехнической промышленностй и может быть использовано в системах электропитанйя на космических объектах. Контроль характеристик солнечной батареи основан на определении характеристик дополнительной солнечной батареи, работающей в эквивалентных условиях, квк и основная батарея.

2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Ф потерь в результате воздействия космиче- Я ских условий.

Вместе с.тем, в условиях штатной эксплуатации, где солнечная батарея постоянно нагружена, то есть обеспечивает энергией потребителей, необходим систематический"контроль энергобаланса, осуществляемый по результатам измерения значений параметров солнечной батареи.

В практике эксплуатации космических объектов проводится телеметрический контроль параметров: тока, батареи солнечной (ТБС), тока нагрузки (ТН); напряжения на нагрузке (HH), напряжения батареи солнечной (НБС). Оценка энергобаланса rio данным TM-контроля выполняется на основании следующего выражения

1бс>к 1н, где le< — ток батареи солнечной;

IH — ток нагрузки;

k — коэффициент, численно равный КПД системы электропитания.

При невыполнении этого соотношения необходимо или подключать дополнительные секций солнечной батареи или снижать нагрузку путем ограничения количества работающей служебной аппаратуры, 1

1755351

Однако этот способ контроля энергобаланса имеет большую погрешность (до

20%), обусловленную нелинейной зависимостью изменения вольтамперной характе ристики солнечной батареи (см, стр. 25 (1)). 5

Негативность способа контроля энергобаланса усугубляется в системе, имеющей сериесный стабилизатор напряжения на нагрузке, так как особенностью последовательного- стабилизатора напряжения 10 является функциональная зависимость мощности солнечной батареи на его входе от потребной мощности нагрузки на выходе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, ре- 15 ализованный в устройстве электроснабжения с использованием солнечных элементов, изложенный в заявке Японии

Ъ 62 — 52541 (2). В указанном решении име20 ется вспомогательная солнечная батарея для o ðåäåëåíèÿ тока короткого замыкания главной солнечной батареи.

Однако неэквивалентный и нелинейный характер изменения тока короткого замыкания не позволяет однозначно осуществлять 25 управление системой электройитания из-за неадекватности деградационных потерь, в условиях космического пространства главной и вспомогательной солнечных батарей, обусловленных различными условиями экс- 30 плуатации, Дело в том, что работа в режиме короткого замыканйя (или холостого хода) вспомогательной солнечной батареи приводйт, в основном; к различию в их температурнйх режимах, которое будет 35 определяться разйицей в воспринимаемой от Солнца энергии и отводимой от нее посредством передачи в нагрузку. При этом, если дополнительная солнечная батарея работает в режиме короткого замыкания или 40 холостого хода, то отводимая таким образом мощность равна нулю, Следовательно, температура дополнительной солнечной батареи будет выше, чем у основной, а это, как известно, влияет и на текущее значение вы- 45 ходных ее параметров и на ресурсные йх из менения.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является автономная система электропитания (см; авторское свидетельст- 50 во СССР % 1519498, кл. Н 02 J 7/35, 1986 (3)), содержащая секционированную солнечную батарею, подключенную через транзисторный регулятор напряжения и фильтр к клеммам нагрузкй, конденсатор, первый и 55 второй импульсные генераторы с частотой, пропорциональной напряжению питания, вйходы которых подключены к транзисторному регулятору. При этом первый генератор подключен к солнечной батарее, а второй генератор — к ее дополнительной секции. Дополнительная секция солнечной батареи работает в режиме холостого хода и находится в тех же условиях эксплуатации (вакуум, радиация, освещенность), что и основная батарея.

Автономная система электропитания (3J обеспечивает повышение эффективности использования солнечной батареи за счет поддержания значения напряжения, равного напряжению на дополнительной секции солнечной батареи, соответствующего ее максимальной мощности.

Однако определение величины тока короткого замыкания или напряжения холостого хода с помощью вспомогательной или дополнительной солнечных батарей не учитывает неэквйвалентность уровней деградацйи параметров солнечных батарей; работающих в разных режимах эксплуатации, а также особенностей орбитальных условий, например, при изменении их освещенности за счет отклонений в ориен-, тации батарей на Солнце, прохождения теневых участков, затенения элементами конструкции;

Необходимость обеспечения положения рабочей точки на БАХ дополнительной

БС, соответствующей рабочей точке ВАХ основной БС, определяется также следующими обстоятельствами, По литературным данным, например, из рис. 2 статьи "Летные характеристики солнечных батарей, установленных на выносных панелях и на корпусе спутника CTS" (см, реферативный сборник статей "Прямое преобразование тепловой и химической энергии в электрическую" М 25, 1978 г,) видно, что за примерно

260 сут эксплуатации напряжение холостого хода снизилось на 2%, ток которого замыкания- на 4,5%, а максимальная мощность БС снизилась на 8%, причем характер ресурсного снижения 0хх, 1кз, Рмакс различается. В статье "Двухлетние экспериментальные исследования солнечных элементов на борту спутника ATS-6" (см. реферативный сборник статей "Прямое преобразование тепловой и химической энергии в электрическую"

hL 5, 1979 г., с.11) показано, что через два года эксплуатации БС на геостационарной орбите! снизился на (12,7-19,4)%, U y, снизился на (1,1-4.2)%, Рмакс — на (13,7-24,4)%, то есть темп и характер снижения этих параметров также различны. Это объясняется различным влиянием факторов космического пространства на эквивалентную схему замещения фотоп реобразователя.

В совокупности с этим, известно также иэ практики, что деградация BAX БС зависит существенно от электрического режима

1755351 ние солнечных батарей 1 и 2 к Солнцу. Таким образом создается положительный энергобаланс в аварийном режиме питания и эа счет этого ограничивается емкость, расходуемая с аккумуляторной батареи 5. Перед плановым затенением солнечных батарей (прохождение теневых участков

Земли, Луны) пороговое устройство 9 блокируют по радиокомандам или временным меткам, Для повышения надежности весьма рационально .дополнительную солнечную батарею выполнить в виде п-секций, соединенных электрически параллельно.

Это позволяет делать выборку, например, по данным с двух любых из трех имеющихся секций, Вместе с этим секции дополнительной солнечной батареи 2 целесообразно размещать на противоположных частях конструкции солнечной батареи 1, Это признак позволит освободиться от их затенения элементами конструкции космического аппарата, что также повышает надежность работы системы электропитания.

На стр. 236 (1) показано характеристическое влияние величины нагрузки (резистора) на рабочую точку вольтамперной характеристики контрольной (дополнительной) солнечной батареи. Для конкретных условий величина резистора 8 (фиг. 1) выбирается, исходя из обеспечения напряжения на дополнительной солнечной батарее 2, близкого к напряжению на нагрузке

3. В результате этого характеристика U = f(l) имеет широкий диапазон изменения напряжения и тока от освещенности, эквивалентна .по-температуре w деграда!ционным потерям, что позволит осуществлять с помощью контроля параметров тока и напряжения следующее: формировать сигнал на отключение нагрузки, например, по заданному уровню напряжения в результате снижения интенсивности освещения солнечных батарей по причине таких факторов, как потеря ориентации на Солнце,затенения элементами конструкции и т.д.; определять располагаемый ток основной солнечной батареи по предложенной формуле.

Действительно, если основная и дополнительная батареи эквивалентны по форме

ВАХ и условиям эксплуатации, то характеристики их будут пропорциональны соотно шению площадей, Благодаря этим парамет рам дополнительной солнечной батареи (тока и напряжения) расширяются функциональные возможности систем электропитания и повышается точность контроля энергобаланса с упрощением процедуры его анализа.

Формула изобретения

1. Способ контроля характеристик солнечной батареи посредством измерения параметров дополнительной солнечной батареи, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, замер тока дополнительной солнечной батареи ве-. дут при напряжении, близком к напряжению на нагрузке, причем определение тока основной солнечной батареи проводят по

20 формуле с осн

ocH I Ao0 ьс с; .л . !! где 1ьс" " — ток дополнительной солнечной " " батареи;

$ьс " — площадь основной солнечной батареи;

Явс" " — площадь дополнительной сол30 нечной батареи.

2; Устройство для контроля характеристик солнечной батареи, содержащее основную и дополнительную солнечные

- батареи, при этом основная подключена к

35 нагрузке через сериесный преобразователь, аккумуляторную батарею, подключенную через зарядный преобразователь к основной солнечной батарее, а через разрядный преобразователь к нагрузке, о т л и40 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно введены резистор, шунтирующий дополнительную солнечную батарею и пороговое устройство контроля напряжения, входом подключен45 ное к дополнительной солнечной батарее, а выходом — к нагрузке.

3. Устройство rio и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что дополнительная солнечная батарея выполнена в виде и секций, соединен50 ных электрически параллельно и размещенных на противоположных частях конструкции солнечной батареи.

1755351

Составитель П. Парамзин

Тех ред М.Моргентал Корректор И, Шулле

Редактор И. Касарда

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, улЛ агарина 101 агарина, Заказ 2897 Тираж р Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/6