Фотоэлектрическое преобразование энергии и солнечные батареи, страница 2

Механизмы солнечных батарей

В связи с тем что компоновка ФЭП может быть жесткой или разветвленной, возможны различные типы применяемых механизмов и узлов, связывающих такую ЭУ с энергосистемой КА. БФ на КА в этом случае можно скомпоновать: стационарно или раскрываемыми.

Стационарные в своем составе не имеют подвижных узлов и механизмов и содержат только узлы передачи энергии. К этим узлам относятся кабельная сеть и разъемы электрической коммуникации.

Раскрываемые бывают:

С элементами в сложенном состоянии – предназначены для фиксации панели во время подготовки КА, старта, орбитальных маневров. К таким элементам относят фиксаторы, пиро-(магнитные ) замки и чеки. Такие устройства принимают на себя нагрузку СБ во время старта, демпфируют колебания элементов панели, разгружают конструкцию при значительных действиях стартового ускорения и ударных нагрузках.

С элементами в раскрытом состоянии – предназначены для приведения БФ в рабочее положение, удержание их рабочего положения, размещения энергогенерирующих элементов на плоскостях, ориентации энергогенерирующих элементов и для ряда применений отделения СБ от КА.

К элементам раскрытия относятся: механизмы раскрытия; механизм фиксации БФ; узлы ориентации; узлы отделения (пироболты, пирозамки и толкатели).

Силовой элемент – это элемент конструкции который обеспечивает развитие поверхности и поддержание плоскости СБ р раскрытом состоянии. Силовые элементы делят на группы по несущим свойствам. К ним относятся: жесткие; полужесткие; гибкие.

Жесткие корпусные конструкции относятся к классу квазиизодромных СБ, при этом монтаж СБ осуществляется на термоусадочных клеях непосредственно на корпусе КА. при монтаже обеспечивается схема деления СБ на монтажные линейки и модули, по эл. связям на – модули и генераторы с последующим выходом на секции.

Независимо от типа конструкции несущей поверхности сохраняется деление по механическим свойствам элементов панели. Наименьшим элементом является ФП.

В современных ФП электрический контакт осуществляется при помощи пайки оловянными припоями, кроме пайки применяется ультразвуковая сварка. При монтаже линейки возможно применение конструкции с пайкой внахлест или с спайкой встык с промежуточным контактом. Для монтажа встык часто используется ультразвуковая сварка. Для согласования тепловых расширений ФП и контактных пластин монтаж осуществляется на клеях силиконовых групп, т.е. синтетических каучуках. Модуль подобного типа может быть смонтирован путем склейки на жесткую конструкцию (корпус или сотопанель), на гибкую конструкцию (рулон повышенного диаметра) или полужесткую конструкцию из сети стеклоткани с применение тыльной отражающей поверхности.

Рамная конструкция панели относится к классу полужестких. Применяется два типа рам: металлические и композиционные, при этом особенностей при монтаже для тех и других нет. В процессе натяжения сетки применяются усилители для снижения колебаний сети стекловолокна.

К узлам связи относятся шарниры, петли, завесы, не включаемые в состав механизма раскрытия и являющиеся направляющими движения панелей СБ, а также электрической коммутацией между панелями и корпусом КА. Узлы связи обычно закрепляются на рамах СБ резьбовым соединением, а в сотопластовых конструкциях клеевым соединением.

(45) Проблемы оптимизации поверхности излучателя энергоустановки (Показать на примере цикла Карно)

Сброс тепла  в окружающую среду в космической энергоустановке осуществляется с помощью холодильников-излучателей. Холодильник-излучатель (ХИ) в зависимости от температуры излучения и количества сбрасываемого тепла может быть агрегатом, определяющим габаритные размеры и массу всей энергоустановки. Поэтому при проектировании ЭУ часто приходится выбирать параметры термодинамического цикла таким образом, чтобы они определяли минимальную массу и габариты ХИ, т.е. приходится оптимизировать цикл исходя из минимальных размеров и массы ХИ.

Рассмотрим эту проблему на примере гипотетической ЭУ, работающей по циклу Карно (рис. 1).

Количество сбрасываемого тепла, Вт,

 (1)

Это тепло излучается в окружающее пространство при постоянной температуре  холодильника-излучателя, имеющего поверхность . Массовый расход рабочего тела G, кг/с, можно найти из уравнения мощности цикла:

(2)

т.е.

(3)

Рис. 1. Цикл Карно в координатах T-S

Тогда уравнение (1) примет вид

откуда

, (4)

Из этого уравнения  видно,  что  , если   и , т.е. имеет место температура излучения , при которой  принимает минимальное значение. Эту температуру можно найти, исследуя функцию  на экстремум:

, (5)

откуда

; ;;

(6)

Следовательно, при температуре  поверхность холодильника-излучателя принимает наименьшее значение.

На рис. 2 показана зависимость поверхности холодильника-излучателя  от температуры излучения  в цикле Карно, т.е. приведен график уравнения (4). При  очень неэффективен процесс излучения, поэтому для сброса количества тепла  нужна большая излучающая поверхность. При  сильно увеличивается количество сбрасываемого тепла , что также требует большой поверхности излучения . Эта тенденция сохраняется  в любом термодинамическом цикле, т.е. параметры циклов необходимо контролировать по величине  стремясь сохранить .

Уравнение (1) позволяет рассчитать  при  постоянной температуре излучающего элемента . Заметив, что

 (7)

получим

 (8)

Рис. 2.

Здесь  - количество подведенного извне тепла к энергоустановке, Дж/кг,  - энергетический КПД энергоустановки.

Холодильники-излучатели с постоянной температурой излучения имеют малую поверхность, компактны. Физически обеспечить излучение при  можно, используя в излучающем элементе процессы фазовых переходов, т.е. процессы конденсации, затвердевания. В этом случае в конструкции ХИ желательно использовать тепловые трубы. Добиться  можно также, проектируя излучающие ребра переменной толщины: у корня ребро толстое, у периферии - тонкое.