مدلسازی‏ و تحلیل حرارتی آرایههای خورشیدی بازشونده در ماهوارةLEO

نویسندگان

چکیده

آرایه‌‌های خورشیدی منبع اولیة تأمین توان مورد نیاز در برخی از ماهواره‌ها هستند. مشخصات سلول‌‌های خورشیدی نظیر جریان، ولتاژ و توان تولیدی توسط سلول‌‌های خورشیدی به دما وابسته است. بنابراین به منظور ایجاد شرایط کاری بهینه برای آرایه‌‌های خورشیدی، لازم است از یک سو دمای کاری سلول‌ها در محدودة مطلوب نگهداری شود و از سوی دیگر امکان دریافت بیشترین تشعشع خورشیدی توسط سلول‌‌های خورشیدی فراهم شود. آرایه‌‌های خورشیدی از نظر پیکربندی به دو دستة ثابت و بازشونده تقسیم می‌شوند. نوع دوم مزیت‌‌هایی نظیر انعطاف‌پذیری و امکان تعقیب خورشید برای دریافت بیشترین تشعشع خورشیدی توسط سلول‌‌های خورشیدی را دارد. در این مقاله، تأثیر تغییر زاویة بازشوندگی آرایه‌‌های خورشیدی ماهواره بر مقادیر شار حرارتی دریافتی و همچنین دمای این سطوح مطالعه شده است. به این منظور مدل ماهواره‌ای مکعب شکل، که در آن چهار آرایة خورشیدی از صفحة فوقانی مکعب و در زاویة مورد نظر باز و با یک سیستم مناسب قفل شده است، بررسی و تحلیل شده است. طراحی آرایه‌‌های خورشیدی به گونه‌ای است که بازشدن آرایه‌ها در زاویه‌‌های بازشوندگی مختلف را امکان‌پذیر می‌کند. به ازای چند زاویة بتا مدار (زاویة بین بردار خورشید و صفحة مدار)، زاویه‌‌های بازشوندگی مختلف بررسی و مقدار تشعشع دریافت شده با آرایه‌ها و دمای آنها به‌دست آمده است. با تحلیل این نتایج، طرح بهینة بازشوندگی آرایه‌ها از نظر میزان شار حرارتی محیطی جذب شده و محدودة دمایی مطلوب سلول‌‌های خورشیدی تعیین شده است. نتایج بررسی برای زاویه‌‌های بتا نشان می‌دهد که برای ماهوارة مورد نظر، زاویة‌بازشوندگی 30 درجه مناسب‌ترین شرایط کاری را برای آرایه‌‌های خورشیدی فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Deployment Angle for the Optimum Operation of Solar Panels Used in a LEO Satellite

نویسندگان [English]

  • آذر انوری
  • مهران شهریاری
  • فواد فرحانی
چکیده [English]

Solar panels are the primary sources of power in a satellite. Operating characteristics of the solar cells, such as current, voltage and generated power, depend on their operating temperatures and the amount of solar radiation received by the solar cells. Therefore, for optimum operation of the solar cells, it is essential to control their temperatures within acceptable limits, and provide the maximum possible solar radiation for the solar cells. Solar panel configurations include fixed and deployable panels; the latter configuration being flexible, providing the possibility of sun tracking for maximum utilization of solar radiation. In this paper we have considered a cubic satellite, having four deployable solar panels on its lateral sides, which can be deployed at certain angle (called deployment angle) with respect to the satellite body. Four limiting values of beta angle (angle between solar vector and orbital plane) have been considered, and for each beta angle, various solar panel deployment angles have been studied. The amounts of radiations received by the cells for each deployment angle have been presented. The solar panels have been modeled and thermally analyzed, to determine temperatures of the solar cells at various beta angles, and for different panel deployment angles. Results show that for the beta angles considered, and the satellite under study, a 30° solar panel deployment angle presents the optimum conditions for the operation of the solar cells.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Satellite thermal control Deployable solar panels
  • Environment thermal loads
  • Deployment angle