Sistemul de alimentare electric pentru un nanosatelit Satelitul ales are for ma asemanatoare cu CubeSTAR stelite, cu dimensiunile 20cm-10cm-10cm acoperite de celule solare de pe cele patru laturi. Schema bloc a satelitului este urmatoarea: După cum se observa EPS(sistemul de alimentere) este un subsistem al satelitului. Acesta este împărţit în mai multe subsisteme cu diferite funcţii: Controlul atitudinii (ADCS),pentru a stabiliza satelitul, canalul de comunicate (COMM), on-board data handling(OBDH), sistemul de energie electrică (EPS) și încărcătura utilă specifică.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Sistemul de alimentare electric pentru un nanosatelit
Satelitul ales are forma asemanatoare cu CubeSTAR stelite, cu dimensiunile 20cm-10cm-10cm
acoperite de celule solare de pe cele patru laturi.
Schema bloc a satelitului este urmatoarea:
După cum se observa EPS(sistemul de alimentere) este un subsistem al satelitului. Acesta esteîmpărţit în mai multe subsisteme cu diferite funcţii: Controlul atitudinii(ADCS),pentru a stabilizasatelitul, canalul de comunicate (COMM), on-board data handling(OBDH), sistemul de energieelectrică (EPS) și încărcătura utilă specifică.
Energia necesară funcţionării satelitului va fii captată de la soare prin celulele solare(fotovoltaice).
O energie solară de intrare de 1366 wați pe metru pătrat nu ar fi de prea mare folos, fără omodalitate de a o transforma în energie electrică. Acest lucru este de obicei face cu celule solare.
Cele mai folosite sunt ansamblele de celule cu interconesiuni cunoscute ca CIC cu 160 micronigrosime şi o arie de 26.62 . Pe parte din spte sunt montate diode by-pass cu rol de protecţiela curentul inver când o celulă este defectă. Vom alege astefel celule solare tip Ultra TripleJunction (UTJ).
Specificaţii celule UTJ
Circuitul corespunzător unei celule UTJ este următorul:
Caracteristicile principale ale celulei PV sunt: caracteristica amper-volt I(U) sau volt – amperU(I) şi caracteristica de putere P(U). Curentul în circuitul exterior I se determină ca diferenţădintre curentul fotovoltaic Isc şi curentul diodei Id
0exp 1 D D
sc D SH sc
B SH
qV V I I I I I I
nk T R
D OC sV V IR
Punctul de maxim:
max mp mp P V I
Unde 3mp oc T V V V şi T V este tensiunea termică.
Factorul de încarcare :
mp mp
o c sc
V I FF
V I
Randamentul celulei: / oc scm in
V I P P FF
A G
2
2
1366 /
26.6
G W m
A cm
G este radiaţia solară globală pe suprafaţa celulei şi A aria celulei UTJ
Un parametru fundamental în analiza rdiaţiei solare este unghiul η vectorul normal la planul cucelule solare ( N) și vectorul ce uneşte centrul planului cu soarele (S) casculat cu relaţia:
cos x x y y z z N S n s n s n s
Acesta este un rezultat important, deoarece cantitatea de curent obţinut dintr-o celulă este proporțională cu cosinusul unghiului dintre cei doi vectori sau, cel puțin până la un anumit punct. Dincolo de 50 °, reflecţia crescută face ca determinare unghiului de mai sus să se abatăde la legea cosinusului, și răspunsul real este exprimat mai precis prin cosinusul Kelly:
Intenditatea energiei solară de intrare, I, pe o suprafață este dată de re relaţia:
cos I A K
21367 / K W m
A este aria suprafeţei, K constanta solară .
Stiind forma satelitului ales patru cazuri diferite vor fi luate în considerare pentru a arata cumeste influenţată absorţia energiei solare de către unghiul de poziţionare a panoului cu celule faţăde soare.
Cazul 1: Soare minim. Asta inseamnă că doar una din parţille satelitului fără celule esteiluminată de soare caz în care . nu putem vorbii de o absorţie de energie.
Cazul 2 : Doar una din cele 4 părţi este îndreptată către Soare. Astfel vom determina puter eaminimă.
Având 4 celule pe fiecare plan putem scrie:2 24 26.6 cos0 106.5
one A X cm X cm
Astfel:
2 2 001367 / 0.001065 28 4.08one P W m X m X W
Presupunând ca eficienţa celulelor este de 28 la sută.
Cazul 3: Soare Maxim, când 2 laterale ale satelitului se află poziţionate spre soare.
Ca tipologie de transfer şi control a energiei electrice vom folosii metoda Peack Power
Transfer(PPT) ce încearcă să extragă puterea maximă din energia solară dar o disipare a
energiei moderată în sistem pentru a elimina pierderile.
În abordarea PPT, un regulator este plasat în serie între modulul de captare a energiei solare
și reţeaua de distriburi a energiei către subsisteme şi baterie. Prin preluarea controluluicaracteristicii I-V , regulatorul încearcă să exploateze matr ice cu celule solare în așa fel încât
să maximiza puterea captată de ea.
Acest lucru crește eficiența și simultan, potențialele probleme de disipare termică observate
în sistemele de DET. O astfel de r eglementare este adesea numită Maximum Power Point
Tracking (MPPT) și este folosit atât pentru a încărca bateriilor cât și pentru furnizarea
sarcinii de putere altor subsisteme.
Atunci când bateriile sunt complet încărcate, energia solară nu mai este transfornată în enerieelectrică ci este lasată sub formă de caldură pe matricea de celule.Folosindu-se doar 28 la
suta din capacitatea celuleror solare nu exista riscul disiparii căldurii în interiorul satelitului.
Considerente şi constrângeri orbitale:
Alegem o orbită Low Earth Orbit (LEO) cu înălţime 600 km şi înclinaţie de 98° pentru a
Vom folosii următorul desen geometric pentru determinare peroadei de eclpsă când satelitul
funcţionează doar pe bateriile de la bord.
os( ) 24 E
E
Rarcc
R A
Ceea ce înseamnă ca:
Perioada cu soare este estimată :0
0
180 263.3
360
Perioda de eclipsa:0
0
180 236.6
360
Ceea ce înseamnă ca din 96.7 min perioadă de orbitare 61.2 min în lumină şi 35.4 min
eclipsă.
Aşadar trebuie să alegem un sistem de baterii a carui timp de încarcare să nu depăşească60min şi să asigure funcţionarea echipamentelor de cel puţin 35 min.
Xa,Xb,Xc le putem alege noi s-au se pot alege din cataloage de specialitate.Voi alege Xa= 80%Xb= 95% şi Xc= 85%, am ales un sistem enegetic cu factor mare de transfer al energiei.
Putem calcula o Putere medie necesara pentru aceste 3 moduri de funcţionare a sistemului cu tot
cu pierderi ca fiind:
1.96
sa a c b Z medp
n a z c b
P X X X T P W
T X T X X
Deci este nevoie de o Putere minima de 2W.
Energia produsă de baterie pe tim de noapte(doar descarcare) poate fi :
n n B
b
P T E
X
Considerăm o descarcare de Vb= 3.25V a baterie ,procentajul descarcarii şi raportul dintre
energia descărcată de baterie sistemelor şi energia totală a bateriei adica:
E
B n nbT
bT b
E P T DES
E X DES
Nestiind valoare energiei totale a bateriei ne folosim de DES la o valoare procentuală de 10%
pentru a determina CAPACITATEA necesară bateriei pe care vrem să o construim.