بهینه‌سازی چندهدفه پیکربندی لوله‌های حرارتی متصل به پنل خورشیدی یک ماهواره با نشانه‌روی خورشیدی

خسروی, مهرداد; صالحی, سعید; عابدی, محسن

doi:10.30699/jsst.2019.1131

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

¹ پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

² پژوهشگر، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

https://doi.org/10.30699/jsst.2019.1131

چکیده

کاهش دمای آرایه خورشیدی باعث افزایش بازده الکتریکی آن می‌شود. افزایش بازده و در نتیجه توان تولیدی آرایه‌های خورشیدی ماهواره، مزایای فروانی را در پی دارد. یکی از راه‌های نوین تعدیل شرایط دمایی سلول‌های خورشیدی بهره‌گیری از لوله‌های حرارتی است. در این مقاله، با استفاده از الگوریتم بهینه‌‌سازی ژنتیک چندهدفه، طراحی بهینه پیکربندی لوله‌های حرارتی متصل به آرایه‌های خورشیدی یک ماهواره با نشانه‌روی خورشیدی در مدار پایین صورت پذیرفت. هدف از این بهینه‌سازی، کمینه‌سازی همزمان دمای سلول‌ها و جرم لوله‌های حرارتی به کار است. شبیه‌سازی حرارتی ماهواره با نرم‌افزارهای سیندا-فلوئینت و ترمال دسکتاپ صورت پذیرفت و این شبیه‌سازی‌ها با استفاده از نتایج تجربی مدل حرارتی ماهواره در محفظه خلأ، صحت سنجی گردید. سپس به کمک الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه دمای سلول خورشیدی به منظور دستیابی به بازدهی بیشتر و کمترین جرم لوله های حرارتی با کمک جبهه پارتو استخراج شد. با انتخاب شش نقطه از جبهه پارتو به بررسی دما و بازده سلو‌‌ل‌های خورشیدی پرداخته شد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20084560.1398.12.1.5.8

عنوان مقاله [English]

Multi objective design optimization of heat pipes configuration attached to the solar panels of a sun pointing satellite

نویسندگان [English]

Mehrdad Khosravi ¹
Saeid Salehy ²
Mohsen Abedi ¹

¹ Satellite research institute, Iranian space research center.Tehran.IRAN

² Researcher, Satellite research institute, Iranian space research center.Tehran.IRAN

چکیده [English]

Decreasing satellite solar arrays temperature, results in increasing electrical efficiency. Efficiently and subsequently power generation enhancements have several advantages. One of the modern techniques for balancing temperature conditions is employing heat pipes. In the present paper, design optimization of heat pipes configuration attached to the solar arrays of a sun-pointing satellite is conducted using multiobjective genetic optimization algorithm. The objective of optimization is to reduce solar cells temperature and utilized heat pipes mass simultaneously. Thermal simulations of the satellite are carried out with SINDA/FLUINT and Thermal Desktop softwares. The numerical simulations are validated against experimental measurements of the satellite thermal model in a vacuum chamber. Afterwards, the multiobjective genetic algorithm produced the optimal configurations of the heat pipes using the optimal Pareto concept. Six different designs on the Pareto front are selected and their corresponding results are discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

Satellite
Heat pipe
Solar panels
Genetic optimization algorithm

مراجع

[1] Gong, J., Cha, G. and Ju, Y. S., "Thermal Switches Based on Coplanar EWOD for Satellite Thermal Control," in IEEE 21st International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS 2008, pp. 848-851.

[2] Escobar, E., Diaz, M. and Zagal, J. C., "Evolutionary Design of a Satellite Thermal Control System: Real Experiments for a CubeSat Mission," Applied Thermal Engineering, Vol. 105, 2016, pp. 490-500.

[3] Liu, T., Sun, Q., Meng, J., Pan, Z., and Tang, Y., "Degradation Modeling of Satellite Thermal Control Coatings in a Low Earth Orbit Environment," Solar Energy, Vol. 139, 2016, pp. 467-474.

[4] Sato, D., Yamada, N. and Tanaka, K., "Thermal Design of Photovoltaic/Microwave Conversion Hybrid Panel for Space Solar Power System," IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 7, 2017, pp. 374-382.

[5] Skoplaki, E. and Palyvos, J. A., "On the Temperature Dependence of Photovoltaic Module Electrical Performance: A Review of Efficiency/Power correlations," Solar Energy, Vol. 83, 2009, pp. 614-624.

[6] Zhang, X., Zhao, X., Shen, J., Xu, J. and Yu, X., "Dynamic Performance of a Novel Solar Photovoltaic/Loop-Heat-Pipe Heat Pump System," Applied Energy, Vol. 114, 2014, pp. 335-352.

[7] Bulut, M. and Sozbir, N., "Analytical Investigation of a Nanosatellite Panel Surface Temperatures for Different Altitudes and Panel Combinations," Applied Thermal Engineering, Vol. 75, 2015, pp. 1076-1083.

[8] Akbarzadeh, A. and Wadowski, T., "Heat Pipe-based Cooling Systems for Photovoltaic Cells Under Concentrated Solar Radiation," Applied Thermal Engineering, Vol. 16, 1996/01/01/ 1996, pp. 81-87.

[9] Lee, D. I. and Baek, S. W., "Development of a Heating System Using CPV Technology and Heat Pipes," Environmental Progress & Sustainable Energy, Vol. 34, 2015, pp. 1197-1207.

[10] Doulabi, S., M., Darabi, H., Roshanian, J., "Comparison Between Traditional Method (Statistical Method) and Multidisciplinary Optimization Method (AAO) in Designing of a Lightweight Liquid Propellant LV," in Journal of Space Science and Technology, Vol. 5, No. 1, 2012 (in Persian).

[11] Saghari, A., Veysi, H., Kosari, A. R., "Determine the Optimal Orbit for an Earth Observation Satellite Considering the Power," in Journal of Space Science and Technology, Vol. 9, No. 3, 2012., pp. 27-36 (in Persian).

[12] Mirshams, M., Karimi, H., Naseh, H., "Multi-Stage Liquid Propellant Launch Vehicle Conceptual Design, Based on Combinatorial Optimization of Major Design Parameters," in Journal of Space Science and Technology, Vol. 1, No. 1, 2008 (in Persian).

[13] Geem, Z. W. and Hwangbo, H., "Application of harmony search to multi-objective optimization for satellite heat pipe design," in Advances in Space Research, 2006, pp. 111-116.

[14] Deb, K., Multi-objective optimization using evolutionary algorithms: Wiley, 2005.

[15] Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S., and Meyarivan, T., "A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II," IEEE Transactions on Evolutionary Computation, Vol. 6, 2002, pp. 182-197.

[16] Konak, A., Coit, D. W., and Smith, A. E., "Multi-Objective Optimization Using Genetic Algorithms: A Tutorial," Reliability Engineering & System Safety, Vol. 91, 2006, pp. 992-1007.

[17] Gu, X., Sun, G., Li, G., Mao, L., and Li, Q., "A Comparative Study on Multiobjective Reliable and Robust Optimization for Crashworthiness Design of Vehicle Structure," Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 48, 2013, pp. 669-684.

[18] Williams, A. D. and Palo, S. E., "Issues and Implications of the Thermal Control System on the Six Day Spacecraft," Air Force Research Lab Kirtland Afb Nm Space Vehicles Directorate, 2006.

[19] Han, C. Y., You, J. H., Lee, K. H., Kim, H. K., and Lee, S.N., "Sensitivity Analyses of Satellite Propulsion Components with Their Thermal Modelling," Advances in Space Research, Vol. 47, 2011, pp. 466-479.

[20] Dunn, P.D. and Reay, D., Heat pipes: Elsevier, 2012.

[21] Evans, D. and Florschuetz, L., "Cost Studies on Terrestrial Photovoltaic Power Systems With Sunlight Concentration," Solar Energy, Vol. 19, 1977, pp. 255-262.

علوم و فناوری فضایی

بهینه‌سازی چندهدفه پیکربندی لوله‌های حرارتی متصل به پنل خورشیدی یک ماهواره با نشانه‌روی خورشیدی

مراجع

مراجع

دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 38
فروردین 1398
صفحه 55-68

بهینه‌سازی چندهدفه پیکربندی لوله‌های حرارتی متصل به پنل خورشیدی یک ماهواره با نشانه‌روی خورشیدی

مراجع

مراجع

دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 38فروردین 1398صفحه 55-68

دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 38
فروردین 1398
صفحه 55-68