Для студентов НИУ «МЭИ» по предмету Моделирование технологических процессов электронной техникиСправочник по проектированию солнечных батарейСправочник по проектированию солнечных батарей 2015-08-23СтудИзба

Книга: Справочник по проектированию солнечных батарей

Описание

Описание файла отсутствует

Характеристики книги

Учебное заведение
Просмотров
221
Скачиваний
23
Размер
56,24 Mb

Список файлов

0002

Распознанный текст из изображения:

~4цоаг.гв

Рпд

РЙК-лвкануаэлвуав)

Репепвенты М М Кантун Л Х с!срквс кна

5о1вг Сец

Аггву Оеешп

НвпЛЬвоа

ТНЕ РРЛМШРЬЕ5 АМО ТЕСНЬОСООУ ОР

РНОТОЧОЬТА!С ЕМЕИОУ СОМЧЕИ51ОМ

П 5 НАГ15СМЕ." ЕЛО!

Чвп ." ось вил Ке~пьо!Л Сошрм у.

Мек Уог

!960

2302010000-214

Рош 0О-аз

О 1980 Ь> 1.!Поп Езссв!гона! Рныы!Ипк, !пс О Перевал вв русснна ввын, Энсргагтомнтдвт, 1955

-.' ".,,*тд'ср!„::,;:, '22ЙВДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ ,' '-г'с'т":!ту!!за ш огтривчцати лет вазах впервые энергия солнечного ;.'.,стеф!Эз!Уйрс!сни была преобразована в энергию электрическую с 1-".;....~ру,. й;".;:!~";уй!!Эйивртуью полупроводниковых фотоэлентрических преобра

".йАХДрйсНТНЛВЙ, КОТОРЫЕ ВСКОРЕ ПОЛУЧНЛЯ Иаэзаанс СаЛНЕЧИЫХ :,г,',:,о!~~йтовс Электронная аппаратура спутника Земли или

"'НртМИОй МстЕОСтаицнн, ЗабрОШЕННОй В ГОраХ, МГНОВЕН";ОЙНВает, когда на сое.!нненвую с ней электрическими

'одами'соляечную батарею — набор тонких !Толи!иной фмлуу,мйдлиметра!) полупроводниковых элементов — па-

,'яолиечвый свет. Эле!Орическтю монн!ость от !ОО до ~!~'::...!,::!~!:®~!!Кожно получить с ! м' современных солпечвьш бадг,,'.й~~йгруг,:,Йса ярком солнечном свету, прн этом ие происходит р!."',,,тЬО2йуэ!Йоуо загрязнения окружаю!цей среды вредными химитт .;,Чт„'. йуйуйй веществами, отработанной теплотой и т. и. Сол-

. 1йэрну батареи, несомненно, являются чистым источником ,' ':;,-!~фйвтрдцт Они все цшре будут применяться в космосе и на Ч тусь~Фас' Мо мвре того как все промышленные страны мира ",','эвлф4рт:Тйцроникаться тбежденнен в недопустимости дальней

,~ассШрвн!г!Фад~язнения окружаюшен среды прн использование . ' 1,.-~~1ЙЬннонных способов получения электроэнергии , „'~~~%~51!ЬтРШсой! пУть пРойлеп наУкой о солнечном фотоэлект" .Нн-,'за этот короткий период времени Солнечпыс ба-

;дуг!Казали свою яетачепит1ость, высокую надежность '; ': -,„,: „..., Саоэвдзность при работе па борту космических вилара

,,«в,„Ф6ННО ПОСЛЕ ТОГО КаК УлаДОСЬ ПалсжвО ЗащитятЬ

, „,„$6!1Йойстаия КОСЧНЧЕСКОй радиация. НаЧаЛИСЬ уСПЕШ- вьсусг' ' "''.ф3~тбРЙия солпе1ных батареи на Земле, изучение па

Р;;,!НУРесурса батарей прн эксплуатации в неблаго-

:;16 , „," Климатических условиях, поиски оптимальных ВС.,";о м,бзлисммк РЕШЕНИЙ, ВЫбОР ЛУЧШИт ГСРМЕГПЗИРУЮШИХ ~ой!Кнх иатериалав, изолирующих от внешнеи сре-

хрупкне полтпрово шнковые кристаллы, пленки ,"„,На которых получают сейчас соляечные элементы

ого применения. И здесь учснымн многих стран

'Живдежнвактщне результаты. В СССР уже око, лвт' более ста фотоэлектрнческих электростанций

3

0003

Распознанный текст из изображения:

бесперебойво снабжают электроэнергией речные бакеньь Сигнальные агин, системы аварийной связж лампы маяков и многие другие объекты, расположенные в районах. труднодоступных для коставкн топлива и энергоснабжения.

Значительные резтльтаты достигнуты сей гас иг только при практическом использовании солнечной энергии, на и в разработке теоретических основ прямгп а преобразования салнешой энергии. Недавно удалось показать, что фотоэлектрический нгетол преобразования теоретически позволяет вспользовать энергию Солнца с к, и д, достнгагогцич 93»(«! А веггь первоначально считали чта максимальный верхний предел к. п д солнечных элеи сн~огг составит ве более 28«(», что значительно яиже к, п .г высокотемпературных тепловых машин. За успетамн теории, ща уже пе раз было доказана историей науки, долтклы последовать практические постижения. Первые подтверждения этого недавно появняись — были эксперамснтально получены полуправодвиконыс каскадные солпешые злечснты с к. п. д. более 28«гз.

Наука о преобразовании солнечной энергии, особенно с помощью полупроводяиноных фотоэлементов, развивается стояь стремительяо, что об»зары лптератнры нстаревают, едва появившись из печати. «юнаграфнй же и книг в этой области очень мало. Настоящая кинга является редким исключением, видимо, потомн, шо в неи автор пагвел изот своей многолетней деятельности в области проектирования сплнечных батарей (в основном гля кшчичсскнх аппаратов). В книге собран полезньш научный маг«риал, обабШаитщия опьш иссле.гователей, которые сумели создать большие солнечные батареи, выдерживаняпне суровые условия длитеяьпой эксплуатации в космосе. Результаты работ советскях ученых, преодолевших те же тртдности, представлены реяактороч перевода в списках дополгпыельиой литературы к каждой главе. С этим списком полезно ознакомиться каждому спецналисту, поскольку советские исследователи сто.ткнулись с рядом сложнейших проблем (не имевших аналога в мировой практике) при разработке солнечных батарей для программ «Луноход», «Венера», «Салют» и успешно решилгг их.

При переводе книги Г. Раушенбаха пе были переведены чисто теоретические главы, ие содержащие арпгинальнога материала. Лля перевода на русский язык выбраны разЛелы книги, которые знакомят читателя с вопросамя, довольно слабо освещенными как в отечественной, так и в зарубежной периолвческой научгюй печати, В гл. ), например, пояробно рассмотрен вопрос, как предотвратить вы-

ход солне*пай батареи из строя '(н моменты частичного затенения нлн внезапного отка«а гтепочки элементов) с помощью блокирующих и шунтируюших:аюпов. В гл. 2 последовательно разобраны этапы расчета необходимой моп(- ности и размеров проектируемой солнечной батареи с учетом профиля иагрузкя, а также рассмотрены вопросы, связанные с ра.гиацноггног) зашитой оатарей в кос«гаси и снижением уровня собственных эяектрвческпх и чагннтных полей батарей. Очень важная н практическом отношенви проолема терчомехвническях напряжений в межэлементпых электрических соединениях н методы пх умеяыпсвня подробно освещены в гл. 3. В гл 4 и 5 рассмотрены вопросы, связвиныс с изготовлением батарей и пч экспяуатапией в наземных н космических условиях В зюгх же гланал подробна освещены сложные вопросы имитации солнечного излучения. эталонных спектральных и интегральных оптических и элсктрофизических и,гьгерений, рекомендации По выбору наиболее светостойкпх прозрачных неорганических и полимерных материалов для зашиты солнечных батарей от ваздевствня окруткаюшев среды.

Книга Г. Раушенбаха будет, несомненно, полезна специалистам-разработчикам, проектирующим соянечныс батареи, студентам, аспирантам, а также на)чным работникам. дяя которых «Справочник по проектированию солнечных батарей» чозкет служить учебным пособием, вводящим ьголодых исслсдоватеяей в яану~о увлекательную область ананнй

Перевод выполнен А. А. Карповым, И. С Оршанскпм и В. В Цетлиным.

Чяел-корр«гланд«из АН СССР,Чггдорелко Н. С.

0004

Распознанный текст из изображения:

ПРЕДИСЛОВИЕ ЛВТОРЛ

Солнечные элементы и батареи — фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии в электрическую — в настоящее время нашли широкое применение За цза лесятнлетия мощность наземных солнечных батарей увеличилась ат ! Вт до сотен киловатт, а космических — ло !О кВт н более. В настоящее время в разных странах мира появляются проекты солнечных батарей мощностью в сот.ни н тысячи киловатт для использования их на Земле и в космосе. К. п. д. солнечных элементов увеличился почти на Ебз/з, превысив, таким образом, к. и. л, лампы накалива.ния. Стоимость солнечных батарей быстро снижается, в реаультате чего электроэнергия, полученная фотоэлектрическим спосабои, становится более доступяой н эконома- Чески выгодной по сраинению с электроэнергией, Получепцой от других источников, в районах, улаленпых от сеген централизованного электроспабжснвя.

За тот же двадцатилетний вериод рааработка и проектирование солнечных элементов из исследований, основанных во многом на интуиции, превратились в сложный, снстематизнрааапный и автоматвзированный процесс. Творческий этап исследований не поцдастся точночт определепяю и опиеанию, в него грузно внести улучшения, однако остальные стаднн пропесса сознания солнсчаых батарей познаются проверке, регламенту и дои!к!ентальпому оформлению

В коппс 70 х голов чнр захлестнула волна невиланной ранее аюивности в области фотоэлектрического преобразовавня энер~ни В преллвернн повсеместн ого использования именно этого способа преобразования солнечнон энергии яеобходимо осознать, что все легкие открытия уже сделаны. В этом счыслс ханыге булет трузнее. Лвтор надеется, что эта книга станет полезной для тех, кто намерен посвятить себя язученпю возчож юстп сохранения и гкоиомнога потребления энергии.

Ганс Рвушечоак

ВВЕДЕНИЕ

В дагпюм Справочнике автор старался достаточно полно

представить современные сведения о технологии создании фотоэлектрических преобразователей энергии злв использования на Земле н в космосе. Рассмотрены различные прелставленяя о механизме процессов, происхозягцих в фотоэлектрических преобразователях, потробно описаны разные техноло~ин получения солнечных элементов н батарсй

Это слелано лля того, чтобы познакомить с новое обла!,„ ' стью пз! ки пре гставптелей пе текин геских профссснй, поз мочь студентам и молодым специалистам н ов,чаяении

профессвей, повысить эффективность работы спецпзлистоя, Стимулировать творческий тртд проектнрпвщиков сп ста!'''..'жем, упорязочнть понятия и разноречнаые данные, питере!; ': сующие чногих в настоящее время, собрать информацию,

которую трунпо найти в открытой печати, выделить проек;.,':,тироианпе солнечных батарей и связанные с иим области

'; Зкаукн в отлельное направление

Этот Справочник содержит как иллюстративно-ознакомительный материал. так и деталыю-техническое расслштРеаие вопросов. Большая часть текста лолжна бьгть понят:,:.,: На стулентач старших курсов и аыпускннкач техникумов

Возможно. олнако, что кекоторые разделы покажутся трупными лаже специалистам с высшим образованием

Убатемапшескис описания даны в упрощенной форме '".,- Дифференциальные н интегральные уравнения прехстав. плены в книге в небольшом объеме, чтобы облегчить состав: "„сленис программ на ЭВйЕ Большинство же рассмотренных

'Здесь математических задач можно решить с помощью ,'современных микрокалькуляторов

В Справочнике полробно изложены некоторые наиболее ': важные события н истории науки о фотаэлектрнчестве и ':. даны ссылки на осиянные работы, в которых расчеты прелетавлеяы более летально Вопросы, рассмотренные в до чтупных читагелю работах (такие, как разработка обшей ..::Фхезгы солнечных батарей, проблемы теплоперелачи и

аЗЭДектричсских соелинении, детальное проектирование ваЗемных батарей), в ланном Справочнике пе освещены. В '.- ',.цццашзом в книге рассмотрены вопросы, связанные с црофктированпсм солнечных батарей

0005

Распознанный текст из изображения:

ГЛАВА

СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Н БАТАРЕИ

1 Е ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Полулразобяики предсшвляют собой класс крнсталшыссьвх матеряалсм, не отвасяшится ни к праводнакам, ни к изоляторам. При комнатной температуре ит удююное сопратввленне лсжгп в диапазоне ар»- блнвительно от 10-' до 10' Ом см, что болыне уделыю о сапративледення металлов (менее 1О ' Ом.см! и иеньше ужэьао о соиратавзевия нзо.шторав (авмцю 10' Ом см!. Практически у!цельное сапротивтеине повунроводников, применяемых для изготовления солнечнык элементов, лежит в диапазоне от 10-' до (бт Ом см

Полупроводники бывают р. н л тяпа. Длн примера рассмотрим кремний — наиболее распространенный в наставшее время полунроводнакавыв иатернал солнечных элементов Кре ний, который получают вз садсржатпих его соедигшипй, подзергакм тщашльиай очистке (удаляют враитически все примеси) да высо,ой степенв !исто ы. Очишенный 5! затем плавят п падучают мааакристзл.г кремния выша записи из расплава. Этот процесс ааз ва тся «лищ валяем скус юи их кристах.юз мег Вам Пахра.же«ого Прн кр с агшнзацин расплавленного преминя атомы выстранааютси в упорядоченную отру туру — кристалличесг уж решетку,

При кзтотопленаа кремния р нли я-типа, используемого,т.«я сазлаМия солнечных эаеьтснта (а танке ранзвсторов и тру«их полупроаохвиковыт приборов), в расалав кремния забавляют онр .ызеннас гола естао той взи иной примес . Э ат пронссс вазывается тецтроэакгт и. Кремний л-твпв палучаюц д баз.тяя в рвсн.га «ромина зле« тц Ъ группы Периодтшесьой системы з. еч в ав Д. П М вделеева — фосфор, который имеет нять э. ектроиов на авеню й элсшранаой обо очке, а злечевт (Ъ гр цпм — толька четыр электрона А оч ф юфара. с. у«айно попавшая в кргмаай н процессе вырагливаная кристалла, занимает место а.ома кремния в кристаллической решет'с и передает еи допслнвсюльный элешран. Поэтому элеиенты Ъ гр«пп называются Вояорным чриаеся.ии

Дзн получения речг ш р попа в расла з р нкя з бав. ют примесь р мгпв з. ем итоэ (П группы. наврвчср бора Ато т бора имеет трн ээек роза аа эпеши й эзс«гранита обо.к е аз .шн э с«трон ыеиыпе, чс зт г речнин, «о орый он зачсшаст П ложи е. ьиыи заряд, абра.

8

зштавшийся из за отсутствия электрона, аолучил название дырки. Пйвгому примеси р-гнив назмваются акцезгар мми примесями.

Электроны в дырки иог«ч свобошю перегшнгэться ао объему полуправолнпкв Электрон мажет занимат места дыр«си. Этот процесн 'Называется река бииоциед. Однако ив месте прежиет пребываннм электрона возникает новая дырка Пад действиеч эмктрнчсското июля

а л а Нлектроам движутся в одном направлении, а дырка — в прап«эона ложно» '

1.2, ПЕРЕХОДЫ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ц", Полудра а пиковые прпбары изготавливаются нз всходим«базо-

дык плвсшп р ьз л-гана, яа которые наносятся легнруюжне своа, со. 1; одер витте ада! и.п«нес«олью ври«осей ття образования р-п.перехо! дов Р-л-пере охоч называют поверхносш раздела между слояМя, Г' "-, 'Имеющинв чравади «ость пративопамжа го зевка Д. полушния пред. Ыав»егтзя о ьааструюпш са речение о солнечного элемента со слоем мрэяэд т Ваградл гиг лю«л

Води ,:,„ Фис. 1 ! Генернровапш электрического тока солне!вин элементом (эле-

мент дэв в ра резе1 ' " .;„:,Виана, создзваым в поверхностном слое базовое пластины р.типа, рае. .':!.Мцдтриэт паэупроводниховый «рвсталл, садержашяй р-л-переход, схема-

':йичвики паказзпаый на рис. 1,1. Области р и л кремниевого салаешюго

' Мквыента состав чз «печная с собствеанай проводимостью. Проводи-

,,':[!(фбгь р-типа создается в процессе вырашавания кристалла иремвва ,«а.«йфбадлениеьт атнсснтсльиа небольшого чалнмства элемента П( группы -:,тд,,расплав. и-Область образуется н цроцжче формирования перехода

«Дй[(фузионггыэг сдособом. Прю диффузии пластинки материала р-тана :;.„Ввдя изготовления солнечных э.смен ав! памешаюг при повышенной ,сц',;'.Т(„'! "'" ' Оы. [1* — б [ — Прим реб, нер

0

0006

Распознанный текст из изображения:

Т

' Рис. ].2 Диагратгиы р-и-перелопа

гдлзсюь мращдл

температуре а среду, сплержапВю элемент У группы. Принеси я- ипа, лиффуидиругощие с поверхности н глубь материала базазай плотины, заыещают «реынай н крнсталлнческай решетке я зз сшт большей, чеи у принеси и г

р р няа, коннеитрашш изменяют тнн ировоющости Изченсние проводимости материала с р-типа из л-гис пр оас. о.ц в обласпг перехода толщиной менее ] икм. р-а-Переход «эля са нзеалн.аро аа. пыы элентрическии понятном, не отражающич вс особстгнщтн реальнсгп физгщсското перехода от изт риала р тица яатерназ] л-типа Лишь какая-то часть рщльнагс нерелола пою нщ ся георстичес ии ззконоыерностяы, эывсдениыы Лля илеальяого р а-порехоаа.

Изготоааетгие солиечаого элемента заэсршае ся озз н

а аеи мета.шяческях коятактон на полуправа,]пиковых слоях Нсо н щ

е енный солпечиый зленвы провозит з.гсктриыский ток, посттпзг щч

чй о ннсппгсго ястпчаика, тольхо а Одном направлении Сл з эа' л, . ь

С.е о голыш, .побыы пол]- жрокохниковыи р з-ыерсходои нежно определить па.гярность астсчника питлния. Это сэагютно р-л-переходов используется, гыпркиер, в выпряжитглыгых кисках.

].й. РАБОТА СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА

Пусть солнечный элемент, описанный эыш, ссаещ

е аетсз солнечкыч сиетан. стон

Ф ы с различной энергией бузу пошащаться а полунроноляиковоц чатернале аа различной глубин г , ра . Н

е гсц, я ],П На рисункс показана также аныпхия на рузьа ]иапртгчер, гсыротнвзеаис], Прн. со днненная к кОнтактам элемента На данном ргюуягн реальные прснойпии сильно изменены для бштьпгеуг иаг. л р Г с

.я яостн В с хнейчастирнсункн фотоны к зы . эз ~ «с

А В з били эзентчоны н соотв тстэуюшнх атомов цаауырсаотиика Фотон А ичеет бозын\э> энергию ]и иьшую хапну полны], геи фотон

ф -, . В На месте выбиты эзектроно. Обри оеа.сясь лэе электрические аакансяи — лыркн В эгач .],с о р

сг час говор т, ч о фатояы юбразоваии электронно-лырочные лары Топ р э

Топ ь эз ктроны х кирки иакут лвигип,ся по ыатеряазу пол]нропозп г,г х з э' з

кил пох йсп иг эзектричеСяих позей, о разозаэши

а й, б э щся з цатернале поз эл»япюц р.пнерехоаа Электроны притяпгэаются о сблзс ью, а з 'р. — р 1.

ы ьгг — сбзасыао Слелопнтельио, структура солнечного эзечсог, р. р

га кг асг Озь почни, как бы

. аст рс. эьешяюю нагрузку и ыерекачипаюпгей электроны а п-сбз т р

пб ащо к онтаг,ту с Р-областью На оз рхьос и ратх ю опта р-облает гго.гупроволнгтка злы тчсяы ззниыают иесто .]арок, с ргкомбпнируют цри эшц окн стаиози ся р.

с э. гричесчн игйграз ыын аа тех аор, пока »оный фотон снова не раззе.

ели- их яа эгс рснно.зыроч. ную пагг

]А. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ

. а т жется из урззнс.

, оста о но г оцоззок и прн.

поинт к ыоаелич, Которые крезстапля гщ

ют нн р с э щипано г то:гька

лая исследователя, ра ота

о з, б юшего непосредственно и области солнечных

гюан

ф

гтг

гу

блемеатоп олпако тти щх чья ра

нслотьзспзице„

ййчных элеменюэ, интерес прелстав

, '," ' пнет принцип работы солиечяого эле

з

.'мента По с. у няж при,телы толь

ЬЕ:ЯО наиболее сугцественн е элементы У

'РР

- йыяока чатечатичес ой иозели сел

„, нечисто элечситп я соответстиуюшаи 'Р

,щрмгггготсгггя из области аолупрано*

К

зл

йНк он

Р/П

рассмотрим р.л-переход, опясан

йый а й ].2 ]рггс ] 2,а] Про темпе- Е

Трлтурах выше б К тснпературные Ы ° РР

колебания зточяой решетки привозят н

й..ппяплгиню голэилных ]т, е сэо]2]дных] электроне и зырок

ф Иатериащ ьак р-тапа, тзк и и-типа. Эти свабсючые зле:г

...йьЕшгг звнжнтся таспгчсскн Благодаря легнрованию принеси

' ]БЕ]утрапггз саобсщгыт зырсь Р э чагсриале Р- ипа намного бо

'Бс]]йцентрзцггтг Р, и атериале а. нпа, а коицен раппа свобод»

Нйгбоа л„э иагсркале л-пата намного аышс их коипентрацнн

Баас Р псла ]ртгс. ],2\ поэтому лыркк з материале р.типа

'ТРйпы и материале о-щпа аазыэаютс ° с огн и яос гелани,

лущ':Вптерлале о-типа и эзек роны и материале р.югпа — и ос К.«тю",'~. Ру яягг. Принцип:шйсгзия анодов и солнечных заенентсп

ИРРН

д2

Р)

'Р, ЛО

лк

'" л]

СГ Чззляя

гг ггщя

троны ы ни «онщше их ыл ааеклэ в пан щека лырки нслиылпз с Рлчтю

0007

Распознанный текст из изображения:

реходами зависит ат пеасиовных носите.!ей, поэтому ых относят к приборам, рабата!ошим на ныюнавных нося е аж заряда.

Поскольку по або стороны перехода имеется л биток наситезев (т. е. дырок в щектронов! (рвс, 12,о1, в переходе сущссщует градиент «анпелтрациы дмрак бл(бх, который стрема ся вызда ь диффузию лырок нз р-об асти з л-область, Точно так ке вследствие валя ня рлдиента концснтраця эле«тронов бл(цх щщтроыы стренятся диффулдн. ровать в л-области в р-аблас ь. Диффузионные така (точнее, плотности диффузаовных таков) электровоз у„н дыроь У опрытеляются следунгщнм образаы

— О дР(бл и У = — лЭ,О (Дг,

где з — заряд элсптрщга, а Ог и Π— коэффипиенты дяффузии (зависят ат свойств материала) дырок р н элен ранов л соответственно. (Змак минус обозначает, чта юк на рис 1 2 направлен сарана налево )

Действительная канцевтраппя дыро« в магерлалс л-тлпа, тэк же как и концеитрацв электронов в мзтсрвазе р.типа, умсныпается с)далеинем от перепада (рис ! 2,л) вслелствие процесса рекамбиаацни Периол яремени с момента инжекпии носит лз ту область материа.та, где ов является вегюнозвы . да момента сга рекомбинации с основ. нмн лосятелем называется эргмзлел жила т леослазэого и л елл, а расс оянпс, проходимое им за этот период, — длффуз олнад длиной. Время жизни т сапзано с диффузионной дл ной б уравневлем

), = )ГЭ;м; б. =-')УЭ„Э.

Основггыч» процессачн, про!гсхадяпг!гьг~ в солнечно« элементе, являются иплгекдвя неос о иых нгсигтезей с использованием энерпги падающих ва поверхност элемента фотонов салнечаога спета. образаваняе элеитроыно-дырочных пар исобираниенеосвазныхнаслтелей Чис. ло фотонов, падающих на сливину площади в единипу времени (т. е. плотггость потока излучения) расс ~а ризаегся ах уровень пнжскцпи.

В результате прщеканпя диффузионных щ оз через область пере. хопа в р-области аалвляюжя б.щгопрзитные усзоэвэ дзя рекомбинации своболных э. ектранов, которые поступают з боэыпоч чис. е нэ л.области Соатветственно дырки, поступающие из р-обо ас п, рекомбп. пирую с электранамн в л-области Вследствыг этого рекомбинацнаггиога процесса область перехода становятся обедненной сзобаднымн элеитранами я дырками Поэтому область перехода иаэ ээю, также об.гостью абэглэ зо заряда или обедненной областью (ркс. ! 2.г) Электрические тзрщы неподвлжныт ионов в области об«с»нога заряда саздагю эгектростатичтс«вй потенциал, ко орый пр аятствует протеканию диффюнояаых токов Этот э.гектростагичсеа~й а левпиал Уз, называю мый латеыцла.ылыл барьерал, вызывает дэейф дырок нз материала и-тяпа в материал р-типа я дрейф электровоз в противоположном на.

12

;д';*'„."~!йгйжлеии!т (рнс. 1.2,е). Эта следует также и лз того, что нежларый

;.;.;,, (Офьйю вещества, ваходящнйс в равноэесин с окружающей средой,

'.;",~!;*дфя~кеп бить электрически нейтр«тьг!мы. Выражение дия дрейфоваго

«;,чллуяй)ь. (протекающего в направ.теюа!. противоположном лиффузионноцу

~!;!!"!'.~~фц)ф) для электронов (л) в дырок (р) соОтветственна имеет впд:

р Э, И уз=рад Уи

О(',"'~фа фю !гг — лодеижлость электронов в дырок соответственно. Подвнж-

' . "Прт)гяэуь являегси постоянной везщнной эля материала и связана с по

!",';-:;"!'!й)юяниммн диффузии уравнением Эйнщтсйна

В Уы =О (р =ОУ(з,

,(Гйа й — постоянная Больциана; Т вЂ” абсалютнав температура и е — -за

.,*:",'.Д)эцсд электрона

Дива Ощес«о: развя тео д~фф)зев н дрейфа дырок в электронов

('ф;*!!жбан напсат вр а Г ы на .любом расс панин х от рассматрввие-

зй Э фг'Овз р-л-перехода должно соответствовать Орвнпвпу сохранения заряда

" ))и):"'*(рнц ! 2,ж) этот лрпнплы вмражаетс уравнением сохранения заряда,

1"'*;*.фли уравнением непрерывности длл дыро« в л.об.асти (ладобнос урви

'„фл)з~',ВРЦИЕ Мажаа ЗанпеатЬ Ы ДЛЯ ЗЛС«где!Гав Л а.абпаетн)

др„р — р„, д у„д (д„у,)

,.з..',,;й(й-этого уравнения следует, чта увели гспвс кг!нщн рации иеословных

";~ь(ьуцыдталей — дырок и материале л-тнпз, происходящее вследствие ара-

~~...Явив!гни всех процессов яа некотором расстоянии л за момент времени

'рП)д фщвая часть уравнения) равняется сучмарнон кавпевтрацвл июкек

' „."мз)ь)зояаггныь юзнг (вследствие лрнзожсния абра но о нзаряже~гия сме

;":()(рпц» или освещепня элемента) дыро«п концентрации дырок р з, иа

'жюфдвщнхся э сос санни теплового равновесия, плюс дыро мыс состав

,Ол;)(йкгацве зпффуз:юиныт н дрейфовых тоьов

..цуД«г Для регпеноя уравнении ввэр рывносгн (неосвещенного элемента)

;' дйты)Владыко листь два граннчиых уг.опия. Одно ив нях зачжозается

: „'ж;Ком, что концсгпрацня инлгсщировэяыыт лырок снижается с ула. е

'.'Энем от перехода, т с р (х) О арл х- В качестве др)гща гра

',"'„'.;ййеща о )славия можно взять злзя ы ость концентрации дыро« р„(б)

:дгьы)йймереходе (т лри л=б! от концсюракяи дырок !леоснозвыь но-

;,,".;«)!)2ГЛЕГ!) Р„ь НаХОДЯЦЩЬСЯ З Сеета ЩГЧ тснлазаса Разпааеепа Л Важа

Р.(б)=Р„, «Р Ггр(ЭУ)

Эпз уравнение н аиалагкщщ сьщ уравнегп е для электровоз паля

::(((()убц щвовьымч уравнены мн теория, От сызаклпсй эфф ты юпфяи

," 2(йй)тнц тока полупроводниковыми р-л переходаип. 1!Оюзьзуя укаэанные

:р",~~~Йод Граничные условия прп решение уравнения непр рь:ввести и )ги

й((рфЬя! чта суммарный та через элемеет доюкюг прл любам к иметь

12

0008

Распознанный текст из изображения:

постоянное зшпснне, диоднае уравнение (для посшянного така) представим в виде

У Х,(ехр (гртйг) — 1],

где платноеть гака васмиения и>ределяеия уразеееием

У вЂ” ео рюУС еР.

Можно показать, что заеисимси>ь плотности газа насышеинп ат темпе-

ратуры имеет вид:

У (Т)=ед,(Р УЛ>>бр->-Р»>и С )

Здесь Пд и П вЂ” кондснграцпп запоров п акцентарав соответственно, а уд и Ле — велпчниы. посто нные з.и закво«о по. Упрааодвикового ма>ернала

Решение уравнения еы р«рыеп стк д. ас ш аго р-л-пере«ога приводит ь. получению дополнительного члена в диознаи уравасннв, который «ив«макет аанкеетраекю неосиовиы« пасите.гй, нвжектпрованИых светом (т е. зырок е агсриале л гала и э.>ск>ранов е материале р-тапа) Эгн геверироваееые спето» пеосзоавме еопптпв составляют фатиоь У ° (плшность фотатока Уг,), который ««ожог еро екать ва внешней элекгрнчесхай пеня. В этап слу аг уравее>не ддя палиссо тока (для едвлпчы алан!адв) ычест внд.

!=У,— УУ .р грртйт>- ]

Феыюе>

,тй

е>

,т х,;.т Уг=х, (екр — — т]

На основания этого геарсписсього уравнения можно пасгоипь зкви. валсвтную плсалпэироааяку>о э. е« рн'\есин пео (рнс. ! 3). Источник тока создает гог фотонов Ус. заевсяший ат уровня пнжсьции (т е ат плотности патока излучс>ия), в сваю о ред подь -амперная характеристика элемента (зависимость г.ютностн тока ат взпряжеюгн) определяет я величиной У н платнастью токе У,. пратекаюшего через н.иа.газированный р-яоыреход при опрезелениай абсолютной темпераг«ре Т н напра>кении иа выходе 1'

Рис 1 3 Илеа. изнрааавная чо- В д ., р„(О) ( .л

дет солне>пата элемента

Веди >«и> р О зниенне

р,(х) прп «=О] в ураенении непрерывности предстапдяет собой какнентрацаю дырок з материале п-гела. обусловзс«нуг .пго приложением внешне>а правого еачряжев а - ешеипя, либо ияжакдяей дырок — веасяоеиых осигелсй, в и-область солнечна>а элемекта пре попадавнг а нсе фагопаа сег-а Как галька к переходу прпкладыеается премае иапряые яе с ишсния али ва ис,о падает свет, что привалит к ученьшеигю по вппаяьнаго барира Р-опере«ода в прямом направденан, вв)трекисе зт ктри>еское ноле (см р с. ! 2,г) вызывает дрейф дырок из р абдаспд в я-область. После агота дрейфовый дырочный так стапашпся е материале п.типе таком !4

: . ),;]Ппжекгврозанных дырок Лвзгегячпо дрейфоэый этектроннмй так в ма' ")!".й:Хпрнале и-тяпа становится в материало у-пша тогам инжсктирааанвык *':'!;Уйдектронов Прв .гюбам значении к сумма элекгровнаго а дырочнаго «оков рзаняс>ся суммарной вдогносга така У (сы. рис. ! 2,з)

Нырь>ь ласти н)з перехода (У,р на рнс. !.2з), частиво риамбн(":.;;:(У,пируют с внжсктированяымн шскгронаиа (Х„р), снижая тем самым ',:;:;>'*'ауммаргую алан«ость гюг У В пронзвалсгве сотнечлых гшемеитов немалыс )скип прп.>асзюгся лди уменьшения подобной рскаыбвнацив н ыа»с>иадьпого увсдшснвя выходного >ока здеыппа У. Большие эва >,,;,:,: пения дефф«знонпой д.ииы б и продолж>псгьное зре и жизни неаснов >;;.":,.1, .иых васю юий т способствуют умспыпеюпо имер . еызмэаеыых рекам. («:;: эувнаппей. Кроме того, облу сикс заряжсинымн частицами приводит к повелению дефекта кристалла, >то )Иеаьиаег эффективную диффу паонную длину и время жизни неасновимх носителей Вслипиа эффек «>"-,*'... гавкай ,чеффузвониоа д.гиии также >мпеигка, когда тол!нана базовой 1, обласгя здс тюпа (прюпнчрсьи та.ецина ессш эдсчснга) пс превмюает среди>о п аипии диффузионной д,в и Э и абъясияетси умсныце иие слнчнны гока ороткого замыкания ч элементов малой то.пцаиы, а так:ке то, что то«лиана совремсикы, кремниевых солнечных злеМенгоз обьиаа цепь>пс >г.п> раааа ХЪО мкм 1.3. МОДВЛЬ СОЛНВЧНОГО ЭЛВМВНТА ПРИ ПРОТВКАНИН

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Н. аснованпа осн нного уравнении сазнсчииа элемента, приведен- .«1:;„г Носа зы>не, ве, зя ыосгроигь ваз т.амперную «аракгерпстику сопиев ного ием ига с та пюстью, достаточной длк ннжекериых расчехоп Иилслованип в>шапка рази«чинь ус.юваи на выходные характеристики солне>на>о элемента прлвелп к вхлючснню в уравнение солнечного элемента грех дапоинтсльнмл параметров: Л, Пч и П (рас. !.4) тг(1- У,П,О) (

('1) )«„П где Л вЂ” о ффипаенг, пол«сивый прп сраааенни теоретической и экс Лервмен а.>ьиой ьрнгых альт зыпсрюи «ар шсрастикн, вриннмает зна Пгго с к

Х «Вежа р-слой яз У У„

Хр

и-слой п] б,) 1'ггк ""Иг 4>мс. 1.4 Эквивгленпгаа схема (а) и вальт-ампеРнаа хаРаьтеРистнка (о) солнечного элемента

15

0009

Распознанный текст из изображения:

° 1сния от 1 до б: Л, — поюедопшьаьпос сонротязггение солнечногоэлемен~а; Я вЂ” шуяюзое сопрошшение солнечного элсыеата; 1, — нагрузки гглгг выходной ток соласгншо элемента, )ч, — фоготок, протекающий шрез переход; 1, — обратный оь насыщения

Расснотреннан сголю солне ного э. смен а шярщго испо тшустся прл анлшпзе солнешых элементе н ба зрел. лна го тарактерастнке, полюеянме на основании этой модеди, имеют незначнте. ьные, но порой нежелательные отклонении от караитернстики реального солнечного алемен 'а. Олна нз причин этне отклонении — трудное ь оч ого нтиеренэ» последонашльного соаротнв.г нпя эленегша (см. й 126) Поэтому бмли разрабо аны батте летлльныс козеля соли чныч элгчептов, рассмотренные пиже. В настоящее арами пе сушсствтет ип олной модели. точно оянсыэающей вс тлыстеуюпгнс сотне ни* э.« пм во псех дншгазонах нзм пения температуры, нн с снвнтс я о нсщсния и степени рлднаянонпого новреждснгш

Сумма У-,1 й а уразнеинн (1 1) ино да запек ется разяостью У вЂ” 1 Л . Этот елен прело аэляет собой лнодное напряжение У . падающее на саном со. иг нон элементе Ве.люппа з ого напряженая больше выходного напряжения з.емепта У, ьоше сгшнечный элемент отдаст энерг ю зи шпей нагрузке. Если яапрз лепке тока э мол ля солнечного элемента припять акое. ьак на ря 1 Ч. тогда У ( У вЂ ' -[ 1 й ). Если же направление гока абра нот го «, ч е эыраз еаш измен юя, т е У =()' — )лй ).

$:, Ый--' э а)

ф:. „

1'г ГЕ а] %-:- .......:...........:....',...:.:........

Рг ) ) Мале.» со. е лого эгсгсе а

1,6. МОДЕЛЬ СОЛИЕЭНОГО ЭЛЕМЕИТА С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМН

В боа шинегвс солнечныл э.юченгоа р-п переход, послетоэательео сопропгвленне я другие параметры эясченга распрепе.сны на относнтюьпо болыпой нлошадн. ч о прпэоапг к юяэ - а по в пр гборе град сигов напряжеаня а псременныч Митин л гопгостн тою. Была рат. рабетана мысль перво о пр:б.ч глаз, в ко оэой солнечный элемент разбивался па ляе части с сосрелотщеннычэ пярачетранн (рис. 1 б) [1] Выло обнарулено. что и раые эшшпть с ба оп эчгпз. так е каь п сопременньэт элементы с базой д.тша, . кп тэе е чо рэчлпкающиеся основные характерп .ик» р-л.нер юла. по объясни ., я влиянием диффузии н рс«онбпнапкя неосноэиыт, шнтешз

С помощью теорпя пгреходяыт нропсссоэ н лрупгк эстолов бы.ю разработано много более сгю:кных моле:гей сошге 1эык з.гемеитовсраспрюеынными парачетрамн, аспользуомых, глазным образам. нрн рас. четах сплошных н гребешатыт контактен к соли ч ым элементам [3] на оппггальную геоыстрию

Ни одна пз молелей с распределениыьш зарачетрамп не пригодна лтя практическою анализа работы со. печно о элемента нли батареи, так как почти эсе параметры солнечного элемента изменяются с нане

'неписм тсчпора уры. антснснвноспг освещенн и стелсен радпаниоиного

Уйоврежшпня н очень тру тно измерить параметры 1, *, Л и Л ао всех Чжйддечйредставляющггх интерес .пшпззонах ',.21~",.'",-г 1.2, АИАЛИТНЭЕСЕИЕ МОДЕЛИ ДЛН ОВРАВОТЕИ НА ЭНМ йш!!~у, д,ш. питое не эыражечю а я эольг-ачшрэыл тарактерпсппс соя:,.",Ххлтшютно о г кенте ыэелеаы, гла «г обршо г, аа основании молел»

,:...;[Пщггэпго о э юпп оп са аой а 2 15 Траян нас пгченясгся такам :.'„:„,;";„[пбрззом, по эВН получает возчоял сть определять для каждого "'"=;.*к)арпкрсгного с. т' ач коэффиьпепт А . юл зуя эш рлментальные зна

Иоде г 1 Псрегп ш м колоть тче ~ного ше г нта, описанную '"Р,''~йлэншгтгсч (11), с ел юпшя образом

— Игр[я (У вЂ” К ).)] — 1) — 112 . (12) т",г"-'рда йз егдйу, 1,, — обратный ток насыщения аля илезльной деодной "' у",,'пйрзктерггспгки

;",'-;",„''!!ЭтРЕШгг г УРа пенне (1 2) откос тельап

0010

Распознанный текст из изображения:

Из уравнения (1.4) находам

гю ! г (ехр() — ер(г)1

Ь,-! 4- .. ( р("г.) — 1!.

. ПЛО)

1)

)з=1,,— )ь,й', [ «р(~,.'! " ") — 1~ °

(! 4)

(1.12)

функции

(1. 5)

Теперь определим слсдуюгияе параметры:

В=У)уж,, !.=1.()жм 1,;-(.э)(жм гэ=)э(1. и

г =Я 1. РР „г =Р„),;,)Р,. а=й !'

и подставни зх в уравнение (13), гзе !'„„1„, в Я определены

э $1.5. В результате инеем с. гдуюшую свстечу )равны нй

— — — ~о „(ехр Ь(е -1- г,)) — 1).

Поскоюку 1 — О врп э=! и е=б прн 1 =1, го уравнены примут вид:

1=Г (бей),— Г, ЕХр (П)). 1.=~4,— Г, — Г,,ЕХр (Шз).

Следовательно, веобхоавмо выбрать только три пезавзсииых парамет. ра. Для удобства в «ачпств незавпснмых параметров были выбраны г, г в о, а га, и ы, опрелслялнсь из уравненав

Таким образом, л.т, опрелеления трех параметров г, г з а нада знать только трн точ«а норыалнзаванвой вольт-амперной характериетнкн. Ззая тв трв н реестра и взыернв 1,, и Р', можно ывести полную ыатематическ)ю модель, оснонанную нз уравнении (1.2). Все этп пять параметро являются функьняен температуры а должны оиределяться на основание экспсраментзльных денных.

Модель 2 Пренебрежет ь сном 1','Рм в уразы изч (1 П и уточним уравнение (!.2), нроаоз запеву переменных. Пусть К,!г, =Айр)е Ке1„, =1,, к 14 =1,, тоша

Выражеане лля вытозноп мощности са,шечвшо з. смен та с у ~е ом

ркс !.4 а уравп нпя (! 4) ззннюем э вазе

В о ке, гд моши *сть эземегта э«снмазьна, 1'= !г о 1„= 1,

и ЛР,Л'=О Кро е тато,

К,1з,и,(ехр( "";,, „' ")) „, (! ! Я„б)!'), (! 5)

збййгф об аз я в

'' ауреобразуя урзвненае (111 ллн точки с максимальной могниостыо, .'-';."(((йдставляя резулыат в уравнение (1.6) и деля его на 1

на «, пгьтучаемг О =.. К, + 1 — К, ехр ( — ~.-т,— — )-

гр,„,-!.у Р ч 1;41 гз ';~!Теперь решаем (14) относительно й| для рсзшка холостого хода прм

у ! ))-' К,-~)п( — -1-! (к, Л

(1.9) Полстанляя (!3) в уравнение (1.9) и учитывая, что ехр (А)лб) В-е, находки

О = к — 1 — к, („—. -> 1)

у "Ф-"::

1 '. (' — ',

1~ — тю — Г, а Р!'

'" "(й, +') ~А-Р.К,)зз)л( — 4. юге,'Кйачтг того, подставлаа (1.9) в (!.4), ! азовам

1 4-К,— 1 (1,)

)п

Р„.= !'„„ "'-':-':-'"-" "' ="( — ""- — '-"'-' ) !" ('-- )

"ф~!~Подьвазляя П !П в (! 1О) получасе чырвжепве хля К» з

0011

Распознанный текст из изображения:

Уравнение (Ый) нельзя решить в общем визе опкювтезьна Кь охнако с аомощью обьшпыт мегаков ыажио вазучить рях частных решений Уравнение ().ы) имеет мсскоаько корней, наэтамт необходимо выбрать правильное значеаие Кь которое обычно соотвстатвует наименьшему абаалопгаму значению К, В уравнемиях (1.91 я (! П) 9.

и К, предстввкены как йгуикннгг К Искомая мозель акоп'гагегюиа по.

ручается при подстановке разлшных значений Хь Кт н К из уравнений (121, (!.П). (113) соответственно в (! 4). которое является ура ие мнем аоаьг-ампервой . арак сриств..и савве~ного мечен а Дая позпогп описания мохазв паха знать четыре параметра сознечнага з. монга ум, )юы, У, и 1',, Методы учета изменения эт х в аичин при ваЯвапвях гепнера уры, интенсивности освещ нэя в возы об. у ения прввевеэы в 9 1 30

,К1охезь, щпмыааемая уравнешы« (1 4! спранез. иаз тазько .гтя првмой ветви возы.амнсрвае характеристики соазечко~о элемента Прн мризажсниз к г.скенту обратяога иа р ж«ння смещеная нронсхахет казанный пробой Эта ча г характеристики .о. нечисто эзечев з не кантравирует я пра произ озствс с л, иых эзсткито, паэгочт обычна сПаес ую значзтеаьный р брас значений напряжений прабои сознсг.

иыг. эяечсвтав. Уравнение (1 14) яв ляется обшей чозсзью хзя исей

— В,

возы-аз ериой тврактсрнспгкн. Дкв обычногс взсмев у,г 30

6 М и

7 — (а,]! — й, [с р( . ) — !1+К акр( )~,

(1.14) Явление кавинво о пробоя особенна важяо учитывать прн проекпараввнвв вы оковааьтзых солнечных батарей П грешиасть ззнаай казахи прн рабате заеменгз на крякай аег вакьг амперной характеристика в хпапвзове тсчперагур окружающей сртхы ат !О ха 90'С н прп ха~а иззу-ения в кианазанс от О во 1Оа ! МэВ ззектран,тсмт саставзяст

Моде.ть 3 Вольт зчпервая характеристика савнечиаго эземента оаясываетси скекуюиш г уравнениеМ'

П вЂ” С ( р[!7(С"'.ж)] — !П 15)

С,= (! — 17„, (тз)] (ею [ У, (Сз! „,)Д, (П!М

П; „) !] !Ы(1 — )ш„), з)]- .

При пхатности потока саинеьаогг чззутюния нре капаю~ней значение вв к саине!иых постоянных, ураякеюс П ~б! зае боз вуза пагрспг. пасть. Э спернче пзаьна установлена, что налаучшег првбаиженне при выса а!т тчтеисизкостчт осзешсчяя можно и зудись используя следующее трави ньс

7 =К вЂ” [схр (К,Г"--Ка)]

(!.18)

Выразив консханп через три характернстическне тачки соввечТктга элемента, пот учим

7.=(„,П-Сз[ехр (С,! -) Ц)

(1.19)

]Тистоянвыс вс,ш 1аны опрсхс.шются уравкениямн

л=[Ы(Сг)С ЦК!п(1' )ук,)], (1,20)

С,=С,((У,,! (!.21)

С,=!и ( [7. .( ! -, С,) - 7...]г (С,(. .) ), (1.22)

С, Ы[(!+С))СД (1.23)

сстаянную С, ныыя вмразять чарез характеристические тачки, ио тохоы по,!бора была определена, что наименьшая погрешность э расатриваемсм диапазоне интенсивности освещении и температуры полу- ется прв Сз=б 01175 Прн новстановке этого аначеивя в выражейвя я асг зьвых по хозиных ыозучаем

ш= [!п(С„'44б)]К)п(У„,(1',,)],

Се=4,4бПРм ) ",

С=!п[(1,0!17Ыа 7 )70011757 ]

С,=1.45

(1.24) (1,25)

(125)

(1.27)

1.8. ИЕАИАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ЭВМ

Дзв расчетов, производимых аа ЭВМ, ве требуется иметь анакнескос выраашзпе Хая ва. т.ачпсрнай характеристики соаиечнага мента В памя ь ЭВМ можно вэе и множество хггсгрегг~ых томск ьт.ампсраай хараюеристпкп, аписываюгних извеку~о вовы-ампериую е ю эти множ ст а точек малко эьсграпо.пгравзть в.я тех рабоусзо ай эземенга Хая которых отсутствуют эксперимевтааьпые ин «.

19 ВЫБОР АДЕКВАТНОИ МОДЕЛИ

!юбая модель созаечного эаемента, используемая ири мзшввном ~~~*,'.вназазе совкечаок батареи, да ~ аа ывсчагь сзсхующвм требова !ням:

1! с достатс нл! шчнссгью опзнывзть зазы.вмнернуго харак1сри;]Ихэ.у зземеита в рассматрнваемаы Хкапаэоие еи ыртуры и освешснВшсщаг з в зааксиыаспг от эзияшш окружающей срезы

ф 31 позволять с коста сапой точностью преобразовывать вазат"!мп риые характерасщки з.юмевтов, чта необходимо взя ырогнозврг"(рввня работы батареи в особых уыовиях,

19шятис рассяагр ааеный д. ааааои и чисзеннае выражение дщга

-,'Каютой точности дкя кажной конкретной программы имеют свае зна,т]]енгге. В общеи скучав поз до пщ тк й ач о ью анаанза подршуме.

' епя тот вариант котла возчаквая па решность. напущенная при

21

0012

Распознанный текст из изображения:

аешлвзе, не выходит за пределы хонсгруктивного допуска. При нсслелованин выхолной мощности точность анализа должн» быть навбозьшсй в то ше максимальной выхолиой мощностя и мажет быть снижена В КОЩ(Е ВОЛЬТ-аМПЕРНОй КаРаКтЕРттетвКИ, т. Е, В ~ОЧКаХ Уе. И Озааки нрк праектлрованни размеров электронной регулирующей аппаратуры ыожег потребоваться большая точность при оврелетевии ) и У „, чем при Опрелеленвн Р,, Если олив молел солнечною эле. мента не пожег (с лосгагочной точностью) описшь полностью вольт. аыперную характеристику элемента, то можно полуюыь нужный результат с помощью лополннтеа вых вычислений с небольшвм лзмене. пнем исхолнмх ланных.

Наивысшая т чнгкть чщвшшощ ана. нза полз гастев обы ~на при анализе тех ещовнй работы. лзя ко ор х псхозиы ланвыс программы нотучеиы эксперпмектал но Прп непользования таких данных ожилаемвя погрешность анализа может быть менее 0.1 эб Прн экстраполяции . граяичнмк точек рассмлгриваечого лиапезона л. которых отсутствуют зкспернментатьные панаме, погрсшаосг увелвччвается ло !-1 Ъ. Ц в шпелевых слука х — ло щ)0",;. В язу го о ч о реальные погрешности сиаьно зависят о ипа ЭВ11. пршрач ы различныт с учашюстей, необходимо онреаюшгь наиболее вероятную точност проволичого анализа.

л,

Рассмотренная выше»сорстическвя молсоь пваупроводникпвьщ переколов, гжнтьгвзюгиав переменитю составляющэю тока, бы.э применена спт вны» перехолам (6). лвффузппгпгым ри.переходам,крем Ущчф" нмепы ~ фотолиолач (6) На щвовап и этого было установлено, чш (ф;.,~": при ыалот пере иеиноч сн на.ге ( сравнении вег нюней постоянного ,эк":-"' напряж нмя сисшенпя нерщоза) зг. яюпга переменной шктавляющей

и., наложеннОй на пес оянную сщтээляющую з выходного наври- .*ЯДТ(,, жсп эа нсы ается с.т лующпч облщом '-6' оН(! — Г)ОАР(ж ) «РП 1)

У 1'„ )66:" гл .Я вЂ” степень молулецнм уровня освещ нпосш, м — угловая часщта чолутяции уровня Освещенности (м=2яП, г — отрвжатслыгая способпгк передней поверхности элементов, Π— ностоягнш составляю. ща уровня освевгенности, ф кои)(смкс). А — площадь Освещенной попер пщ и, Р(п, ю) -. не эависищая от вречени фушшня, У вЂ” внутренняя нроволнчость шрехода, У, — проэолемосг нагрузки.

Д. я рассиатрващмого частотного лпапазоиа У вЂ” суммарная про одвтгасть пара.шел,но соелннешых Я н С , так ио

Я (йр,тл),. А) ехр ( — ер МУ)

1.16. МОДЕЛЬ ЭЛЕМЕНТА, УЧИТЫВАЮШАЯ

ПЕРЕМЕННУЮ СОСТАВЛЯЮЯ(УЮ ТОКА

В оби!е» слу чае реше пе уравнении непрерывности, которщ выра. жена в визе лвозвога уравиенвн лля пос Ояипо О шьа (сч 6 ! 6), является комплексным и созсржпт пес г жую в псретмвную состаалягощвс (4) Выражение лля ыеремю ной сщглвляюще(г имеет впд:

)=(б — )5 )о схр ()см),

тле (бэ-, ')5 )=Аг — комплексная провозщюсть обусловл чпавзнффузвей,гырок в и-щай Действвтсл ная час ь С прел тавля, собой активную проводимость, а мнечаг часть )5з — реактяан)ю провалнмос ь: т — лчптитуш стог)каплзльно! сос лв.яющсб еихолнога напра. женяя элемента, наклалываензя иа постоянную со виляющую выходного наыряжсная. етр (иоб = (соьыг †). о *П, о = йи)! ) — частота нареченной с ставлаюшей и пр агния

Чис. оное гнз кшк А ва визщт шстотах соогветствют яараллетьпо вьлючснночг ашнвному сопро а... аю и и оста С еелгчсвнем часшгы растут аэ ааааа а реактивная провошчосы,, )всличаваясь приб. изет:юно на нолоевпу поря.! а при вограстанчн щстогы на порилап

Этот факт был полтвсржлсн зксперамеа ально, логя юкловые знщеввя оказались рзэ.н ними. Было обнаружена что при высоких частотах воявзяегсп вс прелусчотренная георюкгескн ннлуктввная сосгсжтяющаи

С =й'(55 )-6 тле ), — плогнщть обреж!о о ока насыщения, 5 — скорость наверхнастной рщомбназцки, йг= (2,46О„)м,)"з (м, — пороговая частота пгрщг,а!

Эксп ри, еа альвыс всслелочюпгя по~ валли. что в фотодиоаат, рабатгюшн ч рож: ие фотоэлгктречссьа О преобрзэо ания э!сергии (в реже к гщерзтора! в уравнения лля Я н С лолжпы быть включены емк с ь перетолз С. Иэ мереч ыя пре отсутстпии

л„ ог шпеьчя е обр нога на-

Я„

пр егшя смещения) в шун. б„ $

блллеуяый зюмеэк ) илгрузк т в ло. жно Гсш лоГавле.

у д счел ате ьаае сонротиэ- Рик 1.6. Молеаь солне!ного элемента,

стааляющую коз, экая лены ае сто»

.гчс'»о о тснента нрн мщой вслечиие переменного сигнала, вклюЧэч Пая Е Ебя ЕСЕ тжаэ; НИЫЕ ЧЛ Н

Ум«ост С ~з же ящщшют д:ффг)зиоии,и емкостью С, Значеии С, С, л Я шпися Ог уровня освещенности, те пературы злемг:ыа, его рабочег папрпгкения. свойств ищерпала солаечяаго эле. э!сита и уело вй Обрвботюг. Првблнзигел пые значения пара строе

23

0013

Распознанный текст из изображения:

с,

ф Пп 7 2щк Щз

Ргю 1.7 Зависимость нолпого со. противления солне!лого элемен а ат наст!мы прн слелующих условиях повешение — одна солне нав настоянная (в услови х ЛМО), е пюрагура элемента 26'С, раз. мер элс»сага 20«20Х26 мы, гл . ьное соиративзеанс базы — ог 7 зо 10 Ом сн, материал ротаст. юшсго по рысил — ЗВЗ,

7О г

7О г м' тп'

соэ 'Р=«72

Сумме емкостей

Сл — , 'С,=э1п Ф(267(т).

Я (пу(б!(.

Твблппа 1.1. Пврвметры стандартиык нремииевых еолиеяных

элввюыюп рвпыерпм 2ХЗ см прм инзкоевстотвим переменном

иавряжевмв (влоююсть алтона взлучемюг соответствует одной

салввчной аосташпюй, температура влемеьтв 26"С)

559 0,2 — 2 0,1 — 0,5 5 — 777 ~ 2 0,06 ЖО ) 1 — 10 ( 0,1 — 0,5 ь — 50 ! 0 2 ) 0,06

битных кремнвевы» л р.солнееаы» элемеи»ав размером 2Х 2 см и толшннав 0,25 им с сапротнв- 70" 7,ГО левием базы 19 0«7 см произаод-

сэва 1967 в 1969 гг, приведены в табл. 1.1. Зтн знзеепня соответсгвэю. езстота зо 6 еуп Прн более высоких еастота» всгюдставе шконке шв н основных освгелен аелненна С оадает с уаелнтеавем еэстоты и лря нс«огорой е с ап становится раваой О, так тт прн аысоьв» щстота осгается только С . Завяслмость С, от Р выглядит следующем образом

С,=(((У-)

где )! — постоянная ззя данного со!не!ного завью па. На рас 17 в 1.8 показаны экснорныегпал ео полу»сиама»астотвь завжвнасшполного сопрогивленнл н фазового уг.а солнсшого э»снеата По.гное сопротивление з а фазаны 7 угол Ф перс»е» ю.ся урал еьнвми

где и н 1 — напряжение в ток малого переменного сигнала, в дифферевпмальное сопротивлен7ю лнада постоянному току определяется сак

,юб

ура У,гй тбг

5 «фмс. 16 Заэн иное ь фа оешо у.ш ог еас,ты для полного сопротив ленни (св; с 1 7) пи бг

7П 77 П7 О!ОООО Уа8 О О,г П,г П,б П,В У , В

р гз В . 1.1О. рфйзяс ! 9 Усредненная вольт-амнернан хзрактериспша салнщнога «»е.;,"мента (а лу7ена пр! всследоввнви 11 образное обыкпых солне!выл

,гилвмевтое разиероя 20«2ОХ0,2 мм с р-базой, удельным сспропг«те,';блан 10 Ом сн нрн освещении солпехным со к»ром в условияк АМО

при 7=-25'Сг

,Пмс. 110 Лгэааазон ггзмщеив!7 зпффсревпна.ьлого сопротввзення по.»йхохиг ну току со.шетвого элемсн а, в . т ампериая харагперистнка

«оторого врнеехена ла рвс 1 19 Ж;по«лиля любой вмходнол мощности фотоднвва елн сознсеного элемента ,*!фри и стоянном уоовхс освещенности Р, связано с Р следующим фравн о ее (сн рнс 1 6).

2 Рв фу -(. рл

Запхсввссть Р от напряжения смсшенпя элемента .»ля нольт-;ймперпой хараюерксш н, прнасденной иа рнс. 1.9, ющзана нв фяс. 1 10 Вблизи тогкн ьооотко о замыкания Р становится отеиь

25

0014

Распознанный текст из изображения:

Рнс !.! ! Зан сгшость лолишо ы хгыаою сопрптналегша яа сопи . коа батареи Хгнтвгь В от час шы 7Т=ТО С, рабочая тоша % В, !05 Д.

. сшсш сс- огненным солнечггьгм

76

72

В

В

Л'76' 70' 70' 70

а)

по- 27

большим н полнею сопро пнлеане элемента о!рсдс.тнетсз аеличнноа Я Вблизн тини холостого хада и станоннтсн пебюыппм п на полн! сонротинлеаие*элемента оказывают большое а. наине Я

У сатшечнай батаршг ажшэпз В бм. о измерено полное сюршпэ. е. ик» асей батаретг. Батареи стегал. а тш лэух сосдчзепных нарах.ктьно панелей, ныеющих 65 жюлешзшельао а !!2 пара.. шно соешнснаых

зб„ эломмшоа П обы ныз зле г шоа !пор р тых ьгОо размером 20х'"„ Холщ мм ь с онрстозлен сч ог ! ло З Оч! было состаалено !2 последонательаых цепочек, которые сование. ась ырсз ыаралле.шаые блокирующие аноды, прьдозра,гзэшне зле шиты о прш канна лтбытгжаа. го токз, с ш»ной батар а Батарек зшытыаала ь на Земле д ус. оаннх естес венного солнечного юлучсннк с плотностью !04 гВг,с Р Згшче.

В,гс Р иан аыголны аар.мстрон Октар к рн т мшрагур 20'С быш слешге прн наличггтг персмеааон осгаэ.кюш й бы.о юмсргпо пр.

и . Г.=

55 В !точка зол т.а перно караьтгрпсгнзн. з которой 1'=О. 61„,! н арн значеиап чдаоенной ампюпулы переиеаной сост злкюш й с=5 В Ршулщз ы з - рим та прпзст ны аа рнс ! 11

!.!1. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДННЬННЕ

СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ейошность солнечной батареи складывается из выходных моппюстей отдельных солнечных элементов. Викт!дно!2! ток солнечных элементоп в батарее определяется числом элементов, соеднненныч параллельно, а выходное напряжение — числом элементов, соединенных последовательно На рве. !.!2 приведены примеры после !опательного и параллельного соединения элеьгентоа. Введем следующие обозначения. Ло, — число последовательно соединенных элементов; Л„р — !пело параллельно сов!Онепных элеыевтов; А'с — общее чясло солнечных элет!евган в батарее; Г,— выходное напрнженве солнечного элемента; !'а — выходное напряженое солнечной батареи; 1, — иаксвмальный выходной ток солнечного элемента, 1л — максимальный выходной тон солнечной батарея; Р, — махсииальпая вы- 26

',, иодная мощность солнечного э.теиента; Рг,— иакснмаль-

1, иая выходная мощность солнечной батареи

Запишем следующие соотношения

~а — У-Рю Та=Вшу.; Ра=рурб Р,

) ': Рггс ! 12 Пара.шшьнос н исследо ательное саелинение сшнгчнык зл-

е оэ

Лгащр ! Ичез г ш. гггчныг з.емснты. маьсача.юный ныходнай , тоь ьз,.гшо,ы которых рш н 0,5 Д арн нзорнжшан 0,4 В Предло

лолы «,т пз з лз з ~еч атон нос росна ба арен. при ем !00 втемантон сосдпншы паралле.гьно н 500 элемюпоэ — нгкледоэатшьна Батарсн . ыгг случ,ге бтдсг н ге ъ . луюшне з толныр израмотры 1,= », =ОБ !ОΠ— ЛО Д пра 1з — 04'300=!20 В. т с Р,—.-50 !20=6000 Вт= " =6 Вт Длз прозгрги нычнс. м ошность друогм спо:абоч Мощ

ность одно о злсоспга Р,=оз 04=-62 В, а асш! батареи Ре=02х Х!ОО ЗО0=601Ю Вт, чго г по..т" ч.щь .* пг стыд!жом сл шс

Заноз м ланныа тр мер з аш бра юсгшй форме

1!за-,п Р'.7з Р,

Р гн н с Рз=.х„р =.ЗОО 04=!20 В. ! и, гл =!ОО 05 50А.

!20 60=. ЬООО Вг

Р о Р 2 Пало созда ' солнегпую батарею мощностью Р—

П

!ОО Вт прп аылотао г нлпрзжен*гн, рааном г20 В Пиеюгднсса еол "верны элементы расс и аны на максшыалыгую пыштную мощность БО,1 Вт прн напр шин 04 В Рассчитаем са.ншную башрею, прел „Ложна ч о потере, с зза лме с об слпнением злементаз бюарс Ртсщ тпюот

0015

Распознанный текст из изображения:

Известно, зта звмлыа солзззвыб зземзвг .ырзбзтывззт мамзост З,=аг Вт. Паэ жт Р,-РЫЧ,=О,14„=1ОО, Из=. ШОО,1= !Сей эззмзвтов. Теперь апззлзлзм зм з и с»влазь эльза газли в ыз зззмззтз 1 0,4кы = 120, А'ы = 120/0,4 †. ЗОО з ы. з тзв Нзш з ззсза = 1ООО/ЗОО = З,ЗЗ зл зю з. Н збззлз ы ~рчз зь зззз пз л Гз пмеызназсз рззпы па:

пэз Из=а

Ац=м т. =3 300=000.

мам зс ь бзтзрзз !з= /,Ч, = О,! 000= ЧО П

прз А1,—.4

1.= мы»ты.= 4 ЗОО=. ! ОП.

»зззшсз бззгзп Рз — Р Аь= 01 1200= 120 Б

!.!2. РАсчет асвещениои БАтАРеи

Для удобства анализа рабаты салнечяой батареи ее следует представцть (на основе моделей, рассмотренных ранее) в виде последовательно п параллельно соеаинеппьж матриц солнечных элементов. Принимаются обычно во внимание дополнительные составлязашие последовательного сопротивления, обусловлеяиые наличием межэлементиых соединений н проводников, а также дополяятельные составляющие, вызывающие падение напряжения, напонмер, нз-за потерь в блокирующих диодах. В зависимости от целя анализа можно использовать различные модели Для опенки потерь, связанных с неравномерностью работы солнепзых элементов, нли для расчета выьоакых параметров частично освещенных солнечных батарей требуютсп более детальные модели, чеы для расчета выходных параметров равномерно освещенной солнечной батареи, в которой отсутствуют температурные градиенты.

В дальнейшем будем прелставлять вальт-змперную характеристику солнечного элемента н вязе функции / (У]. Характерястпка / (У) может быть представлена любой из математических моделей, описанных в гл 1, илн полтчена экспериментально при некоторых стандартных условиях. Солнечвый элемент рассматривается как некий черный ящик», имеющий нход п выход, причем на вход поступает световая энергия, а ныхопными параметрами являются ток, напряжение н ыолнае сопротивление. Эквивалентная схема этого черного нп1ика в данной молелн нас не интересует. Выходная характеристика ! (!') солнечного элемента определяется иэ измеренных значений /з в функции выходного напряжения У при данной плотности потока 28

Сапиечнага ИэпуЧеиня 44, теМператуРе я лозе об» ч

'зз.ряженными частицами. Последовательцое сопротивление ...ймы входя в этн характеристики в неявной форме, вызы ь!::::виет смещенве напряжения прн изменении 44 В дальней;„:1:;:,шем будем считать теззперзтуру элемента и лозу его обзь '„ние , лн вы

.:, д)пения заряхгеняыми частнцаззи постоянными. В

и. ыражед. выходного тока черного япппга прп некого ых "- станка тныт

д р ых условиях, т е шзц уровне освещенности (/,

рых ";: Запишем в следующем виде

/з(!') =!,.— /з.!'з. пРи У)О!

/з (У) =/ л — У' У (!4) при У<О, (129) ;.; где б (У) — х

( ') — зрактеристика нелинейного элемента, вклю° пенного параллетыза выходу солнечного элемента, кото.

- рый влияет на характеристики солне щош элеманта талька . прн отрщ1зтельных значениях У. Этот элемент форынрует "з, обратную ветвь характернгтикн солнечного злемезыа, ко:.,; гарью необходимо учитывать прн абъедннеянн солнечных , зтемшмов з батарее, где оаи могут попадать под внеш. нее обратное напряженке смещения.

Э»

гспериментально установлено, что пря небольши.

неняях плотности патока солнечного взлсчення от номинального значения !/, для которого проводился расчет ;",, солнечного элементз, форма крввой характернстнки ! (У) .„' па зги не изменяется и праксходит только параллельное ,': смещение характеристики по осям тока я напряжения.

учетом сказанного уравяенне (!.28) можно записать

,: лля яюбой интенсивности освещения (т е для 21'))

/,(У) =-й!,.— /,,(!'зз — Л!') =

=й/,,— Уб(У), 1<О. (1.29а)

ЛУ= (1 — й)!.л/2 . (! 29б)

Н а рнс. 1 13 кривая 2 — характеристика / (У) солнечного элемента прн плотности потока солнечного излучения

,: зс, а кривая б †характеристи / (У) тога же солнечного -,; элемента при отсутствии освещения. в темноте, т, е п н

=О. Каждая точка крявой 2 сдвинута вдоль оси тока ва 11 величину (/ — й)/,,=/,. и влоль асн напряжения нд " ,ЛУ= (/ — й) /.,//з =!,ыт,. Отрицательный знак перед ЛУ 1. берется с учетом того, что с уменьшением освещения ток, ; вычитаемый из така короткого замыкания, прн паннам на': пряжении также уменьшается, т. е. кривая / (У) сдвигает:,,ся вправо по оси напряжения.

0016

Распознанный текст из изображения:

Рис. !.га. Влиянве освежения к затенекня

»а вольт-змаервне характеркстккк сзедкзе.

ака сазнечнмт эзекектав:

г,ггг-гбггггшгь г —; м

(1.30 а)

=р[й(.,— Уб(К)],

ЛР=(1 й))„Л..

где

(1.Збб)

Часть характервстпки )(р) цепочки соединенных последо. вательно з групп, лежапщя в первом квадранте, получается прп решецвн уравнения (1.30) относительно 1' и последующего суммирования при постоянных значениях Гл

У,(),) ='у~()1,],.

(1 31)

зо

!

г

Козффицнент освещенности й, учитывающий изменение плотности потека излучения, зависит от расстояния ло Солнца, от потерь в стеклянном покрытии и угла падения излучения. Для большинства кремниевых солнечных элемегыов, использующихся в плосющ космических и наземных батареях, уравнепве (1.29) справедливо в диапазоне от 0<й<2 ло 0,5<й<1,5. Для элементов, работающих с концентраторами, допустимый диапазон изменения Д должен быть еше меныпе.

Группы и цепочки элементов. Солне пгые элементы, соединеняые параллельно, образуют группы, а соедюгенпые последовательно группы, непосредственно э,тектрнчесьи связанные с шннамн батареи, составлягот цепочку Группа, состоящая из р одинаковых параллельно соелнненных элементов, описываемых уравнением (1 29), имеет следующяе характеристики:

(,(У) =д[й)..— )..(Р,.— ВР)] =

,-„Решим уравнение (1.3! ! относительно )

1,(!',) =р[И..— ),.(Р, 31)], (1.32а)

гуде

У,=ау к ЛР= (1 — Д))„,з!Е,. (1.32б) Ь,'.Пргг подключенви цепочки к гннне через изолирующие ,„диоды нет необходимости рассматривать обратные харак-",Нврнстиют )(р) цепочки, однако кх нужно знать для опре„"::,зееленггя обратного напряжения смещения солнечного зае,л(жуепта.

Солнечная батарея. батарея включает в себя все це',,',х!очки, соединенные с определенными швнамн. Уравггенне '-"„солне пюй батареи найдем, если просуммпруем токи всех ,(г!Еепочег. прн постоянных значениях напряжения с угетоы ьйвденигг напряженна на блокирующих диодах. Коли сол.

"„не гная батарея соедвнена с аккумуляторной батареей, с (регулятором згощности плн с песколььичи цепочками, вы-'~ггзвбазываюпгнмн энергию, и имеет выходное напряженве .4гг» го напряжение цепочки

1'.= (та+1'а н )„=)а (1.33)

:ЕДЕ !з — ПаДЕПИЕ НаПРЯжЕННЯ На бЛОКВРУЮЩИХ ДНОДаХ, Гз — гок цепочки; )„ — ток диода

Ток (г солнечной батареи, состоящей нз гл цепочек, ин-

1)тепсивность освещения каждой из которых различна, нож!)!о найгн из уравнения

;, У, (У;! — ~ [),(Р,),[, = Р~ [Е ), - У,()г, — 1:. — Д! ),] Ра

г=г

(1.3()

)2ЕЕ[з. Ндрлллельное соедннение чдстнчно здтененных

и

СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

,.!::: При часыщном затенении одиночного элемента нли Вх

уцпы снижение выходнон мои!насти проггсходит вслед- в

Ве уменьщспня поступающей в элемент световой энер

,РЕ))т н увеличения внутренних потерь энергпн в неосвещенчасти элемента [7]. Если к. п. д любого активного

'ЛЗ(йцт'ка солнечного элемента имеет одно н то же значвнне,

Д)з хок короткого замыкания будет пропорционален пло

])бак незатененного (освещенного) участка независимо от

(ввурмы и расположения тени (что справедливо, по край-

мере, для с>.Шеста)чощнх солнечных элементов н плот

тв падающего потока излучения, не превышающей двух

3!

0017

Распознанный текст из изображения:

солнечных постоявных). Если общую активную площадь злемента обозначить Аг, а ее освещенную часть — А„то выходной ток короткого замыкания частично затененного элемента будет г1„ „ где

г=А.(йо (1.35) Слсдоватальна, частичное затенение солнечного элемента так же влияет ва 1„ж как и снижение плотности потока излученвя, падающего ла незатененный элемент. Однако, как будет поназано ниже, другие параиетры вольт-амперНай характеристики солнечного элемента (в случае затенения) не подчиняются этому простому соотношеншо.

Для примера рассмотрим освещенную по нормали к поверхности треплу, состоящую из р=2 одинаковых элементов, сосднлениых параллельно. Группа частично затенена, г=0,5, причем один элемент полностью освещен. а другой полностью затенен. В соответствии с уравнением (1.29) запишем уравнение для освещенного элемента, й= = 1: 1,(!г) =1„,, — 1„,„( Р, „), и для неосвещенного элемента, )г=б: 1,(1') = — 1, (У„, — 1 !7 ). Характеристика частпчно затененной группы представляет собой сумму этих двух уравяенгй прн постояняои напряжении:

1,(Р) =1,()г)+1„(У) =1„,,— На рнс. 1.12 изображены характеристики отдельных зле меитон л их сумма.

Кроме точного решения данного примера (!.36) суше стиуют приблизительлыс решения, с помощью которых определенные задачи можно решать гораздо быстрее. Они приведены ниже.

Предположим вначале, что опвсаниая вьцле групг~а и двух злемеятов сосгаит только из оснащенных элементов В этом случае уравнение группы идентично уравнению одн ночного элемента, а потеряма в неосвещенном элементе можяо пренебречь.

1,(Р) =1,(!/) =1,— 1,„(Р„,). (1.37 Из рис. 1.13 (кривая 2) следует, чта при этой алпроксн мацнп выходная мощность получается намного больше ьюгцности исхолной частично загсиелнай группы.

Предположим теперь, что исходная группа из двух элементов представлена в виде двух элементов, на ьаж дый нз которых падает поток солнечного излучения оди иаковой плотности, равный половине исходного потока Уравнение группы равно сумме уравнений двух элементов Зз

еи:

~,Кч-,(~..— —,' . и..

ду — (! гй! 1„,9„; !7.=-0.

— зол

(! .41)

'дем. (1.29)] при постоянных значениях напряжения, и .„9(ррн 1г= 0,5

1,(Р)=1„л — 21,„(!',„— 051„)7,). (1.38) ,.'(кривая, полу шлная с помощью этого уравнения (см ';рис. !.! 3), лежит ниже истинной кривой

Обобщии уравнение (1.36). Если группа содержит р 'элементов, соединенных параллельно, и г р нз них освеущены, т. е. Р(1 — «) затемнены, то уравнение группы име:Ет вид:

1,(!') =1„,+1„„„. у.'. -'„шде

1„,=гр)г(„,— гр), (1,,— ЛЮ! :$'.'!

4)Теиновая составляющая тока, которая не зависит от коэф::- ',фицнента освещенности й, равна:

1„. = — (1 — г)р(„,()г,.— бу), 'ь.,",,где

ЬР,,=(,Я„. ~!'*,,:;:-'Псодоблыьг же образом можно обобщить уравнения (1.37) ~;-""'и (!.38). Тогда все модели, представленные на рис. 1.!2, Дз: будут описываться уравнениями (1 39) — (1 42).

91з уравнения (!.36) находим следующие соотношения ля тощой модели: 1, (!г) — гф1,, — 1„, (!г„.. — Д)г,)—

!!.39) д!г, =.( ! — й) 1„,)7„; д!', — (! — г) 1,,)7„; Емб Из уравнения (! 37) наход~ги след!чащу!о аппрокснмаци!о завышением; 1, (У) =гр (51,, — 1,,(1'„„— ДР))1~ ДУ=(1 — й) 1„,)(... !г=.О,

(1.40)

Из уравнения (! 38) получим аппроксимацию с заннже-

0018

Распознанный текст из изображения:

Для всех трех случаев обратнан характсрястика будет иметь одинаковый внд

У,(!) =, [гй).л — Уб(У)5, У<0.

Для упрощения уравнений (! 39) — (1.4!) Ясе тР«г уравненвя для частично затспенны«групп запишем в простой форме.

У,(У)=У(0) — У(рь)=У(0] — УО(У). (1.42) Здесь У(0)=грйу л а У(У) выполняет ту же фуякпню в группе, что в У,,(рл,) в отлельном элементе в уравнения (!.28), за исключением того, что У(У) одинаково в уравнениях (!.39) — (1.41).

Достопсраость рассмотренных выше точньж ««аделей подтверждена зкспсрнмеатом.

«.«4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

ЧАСТИЧНО ЗАТЕНЕННЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

На рнс. !.14 показана батарея, состоящая нз лвух последовате.гьпо соедпнеяных солнечных элементов с разлнчнымн выходными харашсрисгнками Так как элементы соединены последовательно, то У,=У« н выходное напряжение батареи равняется сумме напряжений каждого э.«смен«а при одинаковых значения«тока. Очевидно, чта наличие злеэгента, имеющего иепыпуга выходную мощносты т. е частично затененного элемента, ограничпваег выходную мощность полностью освещенного элемента. Эти ограничения заввсят, па-видимому, от абрам«ай характеристики элсмшжа с меньпгей выходной мощностью. Для апалн«а

УЕ1 1 61 У ьг

Уг

У(О=[У«(!«)+Уг(гг~5«='"" Ряс ! !4 Сулиярял воль -лчягрягя ллрлл гргсгяхл псглелелггглья

гоеюшеяпих элеягигоя, яигююяг ргзгп гяы глрл терягпмя

Д««гуж[«3йтвдавательного соедипеняя элементов необходимо рас

!Аь)йлг)рртугагть обратныс характеристики вплоть до напряжения . «г4)яивб5ВЯ, хаРактеРнзУсмые членом О(У) в УРавнении (!.29) "«",,ф)14)бщая вольт-амперная характерлстика всей цепочки 'Л)г[)[(Н)[в«фа«генных солнечных элементов [см. уравнение (1.32)) '-'.,И[!!Чтй вдентичяа средней характеристике отдельных зле.;,',,"Ауейтрв н от,пшается о«. пес только расположением осей я;))уу«)В[данах, наличном некоторого дополнительного внут- ' Т4ЛВ)инго последопательного сопротивления зз счет межэле ,'ггйяннт1«ых соединений и незначительными изменениями ,.' ИюрХЗЧЬТ-ливерной характерна«июг солне шых элемсятов, вы."„!щдриных тсхяолашшесьимн осабенностнми формирования -;!1)[гй«!Одни элементов. для упропгенпя эти явления учитыва -лф««(«29[вылив«в прн составлении основной модели солнечного

%~к~ырегита, и в данка«1 параграфе нс рассматриваются Бло "",Ййрушп«ие лнолы будут рассчотрены ниже ,; .- ВГ дальиейшшг будем считагь, что солвечпыс элементы -',;Уг[Йеют бесконечно болыпое напряженне пробоя н нулевой '!1)НРвтвый ток Это предположение очень важно, поскольку '«35)г)хупазволяег пренебрегать обратными токами солнечного ';,Н[лб«)апта (это можно сделать, так как опи малы по срав ",Йй)(ггю с выходные током солне«ного элеменга) даже пря г,-:)Т)угьчожснни к элементу напряжения, соизмеримого с на

г[Л[(гйжснне«1 на вы«одных шинах батареи. й!адель часюшно 'улпфхбнеиной группы описываегся уравнением (1.42), и ха-

гфй)(теристнюг у.(р,) пеночки. састояпгей нз з групп, была «""4[4«5учена с«мчнроааннем «араьгсрпсгик отдельных групп ":'Ирд' одинаковых значения«

,.Чбйа,определив«гых нз (! 3!) ",,"'Мг;:;(ф)г32) для незатененных ) уТРЯРНП. В РЕЗУЛЬтатЕ Пад- .Л ;,-'[Й1ТВНовкн пал) чаем

У.(У.) =;(О)— — У(У.— 'АУ). (! ЕВ 1 г

0019

Распознанный текст из изображения:

Для частично затененной цепочки, состоя>цей нз з =-48 последователыю соединенных групп, каждая из которых содержит р=8 параллельно соединенных элементов, освещенных потоком >3, рассмотрим три варианта реп>ения уравнения (1.43). Из бесконечного числа форм тени можно выделить три иредставля>оп>их особый интерес случая (рис. 1.15).

1. В каждой группе знтеаены равные части активной площади элементов.

2. С>дна группа пол>юстью затепенз, а остальные полпостыа освещены.

3. Несколько групп имеют различную степень затенения. Наиболее затененная группа имеет степень затенения г [см. (1.35)).

Ниже даны решения (1.43) для рассмотренных случаев.

1. Здесь можно прямо использовать (143), лоска.>ьку « одинаково как длн заплота уравнения,так н лля уравпенис> а=48 групп.

2 Вследствие предполо>кения о протекании пренебре жима маяога обратного тока через неосвещенные элементы выходной ток цепочки близок к нулю.

3. Наиболее сильна затененные элементы ограничивают зааченяя се выходных параметров Слеланательно, выходная характеристика иепочк> равяяется сумме характера стик (з — 1) =47 полностью освещенных групп н алнай частично затененной группы, описываемой (142). Графя ческое определение этой суммы показано на рис. 1 15, где характеристики группы аписывакпся уравнением (1 41) (штриховые линия — выходные характеристики групп прп различных значениях г) Сплошные крквые — результаты эксперимента

Результаты эксперимента приведены на рис 1.15 д.>я обычной цепочки, состоящей из элементов образца 1963— 1964 гг, размером 1х2 см с очень >>алым>г напряжениями пробоя (>м от 2 до 4 В Очень похожие резуяьтаты были опуалиьоааны в 1965 г. для хрупы, более савремснн>лх элсмептоя с напряжением пробоя от 20 ло 30 В Для инх модель (1.43), в которой пренеарсга>ат обратная характеристикой, является вполне пригодяон, н опа лает менее заянгкенпую оценку выходной юнинастп г>а сравпению с тай, которую можно получить соглас>ю рнс 1 15

!.>З. ЦЕПОЧКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

е шунтинугощими диодами

Из рпс !.14 и 1 15 становится очевидным, что пр> за.

тснеяин элемента, входящего в цена пач ватнвьа>оигее

!. О!) ! 10! — !(Г) пРи У 'О,

! !О) — «)!. (Е) прн 1«(О. ~

„-'"'!'!~фаннекне (1 44) записано в прелположеннн, что ток шун

;4«))руюшего знала в прямом направлении протекает только ;:.'>«В)>м отрицателы>ых значениях 1/. Напряжение цело*>ки, как ;."„:;фмйа показана ранее. получается ири решение уравнения ,4,"43.3)) относительно Р

1.««) - Х[У(!) [«

(1.44)

П 45)

Ет>:;.рта УРаввсппе можно записать в дРУгой фоРме, поэзо>Я>о

'6>, !«(Р,) =;((а У, Р,, Л, ° .; (1.46)

:,;;".')яйля часю>чпо затененной пеночки с шунтнру>ощпмп дио ,".~ьжйц>г рассмотрим те же трв варианта затеневвя, что и лля '„';";)[ймвочки без шуптируюших днаюв

.а„-;'".'ф '. Пос>гальку в данном случае обратная характернсти ''«~айрис имеет значения, то из уравнений (1.43) н 11.46) по!>Лгу[Увлек> одпнаковын РезУ, ьтат

".'йьм;,.2. Характеристика цепочки равняется сумма хв)акте

етгтк (т — 1) =47 полностью освещенных групп к а>гной

свешенной группы, описываемой уравнеянем (! 30)

м

«4[)))ймиче>гие выходного така можно Уменьшить, т. е. аы ;,,';„:,фл)г())ч>йой ток цепочки в данном случае увелнчптся, есля ис- ,;Ф.„~[[«О[Льзонать элементы с малым напряжением пробоя. Это ! '-;.~~4[[рчйвело к прнменспщо пгунтвруюшнх дпадав, котарме ', (2,"~~~Ейдннючаются параллельна затененным элементам и груп>:;~;ч[)ВИЗ с помощью талих диодов, ШУнтнРУюшах затененные , ту[1»[зьгру[ппы, искусственно палуча>от а>епь низкие напра>кения , ";,"'~ф[добоп, Лколы подключают так, чтобы они пропускали

ЕЧЗ[)(И' в пРЯмом иапРавлсннв пРи пРвложении к гРУппе ;~~>г)(()[йвт>тот«> напряжения смешеяня. Группа попадает пол

'ф~!фрнтнос напряжение смешения н том случае, кот.>а ток, ;;«гщф«бвадпт>ый остальной частью цепочки, н которой нахо .9>-";„'ффтся группа. создает на ней падение напряжения боль 1,"')!Н))вьв„чеп напряжение, вырабатываемое данной группой 1:!.;,:~,",,:!:->На основании имеющихся моделей, рассмотренных вы;«94)!(й, выведем уравнения точной цсиочкп с шунтирующими 'Ф~,'![)аголаьп> Сле:гаем ряд допущений, чтобы мо кно была ис ;:,;;„(4)Н«льзавать рассьштреииую ранее модель В уравненяи -РТ[(42) б(1) заменим характсрнстпж>й шунтврующего я>,глнода 1,(р), при этом уравнение группы яз р элементов и .„,",,4Чв«шунт»р)оашнх авалов б>лет лметь следэющнй вид

0020

Распознанный текст из изображения:

(см. Рпс, 1.16, г=О). Следует отметить, что в этом с,гучае теряется толыго мощность, рассеиваемая шунтнрующим диодом, п происходит падение иапрпнгення на пем. (На рпс. 1.17 показан результат суммирования длп восьми дискретных шагов по г, а также прннедены эксперимептвль ные кривые).

3 Влияние тени произвольной формы па хгграктерггстггку цепочки, состоящей нз два!цаги групп, содержащих по семь параллелыто соединенных этемснтоп, показано на рис, 1.17.

Эксперимента.п,ные кривые подтверждают гошоверность гтппсапвой модслгг Несколько завышенные по сравнению с теоретическими экспериментальные значении тока объясияготся неполным затенением элементов н процессе проведения эксперимента. Теаретическав кривая, приве,!синая на рис 1.17, пострггена на основании данных, получсн-

г. дат т,ю 855 В 5 Гатдгсгт г„а а Г Г В Мкч.а

Р 117 гсч зкс ! <55 с штп апэюмпчв дкеданк (гплогшыл .»нчя — эксне

Рп *.екб эпрвхо ач — гпгв ) Ряг. ! !т иал„ею саине сэвактеркг кв асг мэ ытененкоп (и к

, 'ф((н

„;. 5Р*,чзрв Гш.жт.акПСРаа ХаРа, тгрв. 555 , Л,"РьЧГйй(ВМЬГЕ ЛЛЯ КОтОРОй НСПОЛЬ':~лд~ф!)Ввлггсь уравнения (1.44)-- ' 1 !' 1 "" ',)51;,;! Из рпс. 1 16 п 1.17 видна ;;.;„::Яйрактер»ая форма вольт ! !

сээтэгймттерной: арактеристш н '" ~,' 1;! 1, Г + ;,";„~ црпочгги, которая получает я ;;.д-!Мирт! затенении элементов

а г э 5 в г,в в,-;:'друпщ если один подмадуш, ч Рэг',.;.:~йлностью затенен, то хаРактсРистнка в обптем слУ гае сыс .;,агиток вдоль папрвжсннн нлено ва ЛР— 17 — Рм где 1' — на .',."(541(ряжсгггге группы прн гп лвом ее освещении, а 1гх — паде .-'!.:;8)ге напряжения пв шу ~тггртющсм дноле, соединенном па :,:!()ВЛлельно с Лапкой затспеппо(г гругшой. Если считать б),фйг=сопэг, то мо кно нарисовать семейство кривых, сдан вдв(уутых влево на Л!' от соответствугощпх ~ рпвых. Крггаая 4;",;е)', наибольшими значениями напрнжегшя соответствует, -ь~тествеггно, полномУ отсутствию затенен«Я [см. УРавненне .,"г(1'.'48)], а прн увеличении числа полностью затененных :-„:ФРуггг! (см выше случай 2) кривая будет все более сме '~Сй(аться влево, кан показано на рис. 1.18

''Подобныьг же образом затенение последовательно со-

(фт!вдиненньгх элементов (см выше случай 1) снижает выход. , )э:;.„'.Ррй ток цепочки ца Л)= — (1 — г)((0) по сравненгпо с выход-

;",',,.!Ийтм ыжам полност ю осеспгепной цепочки, как показано , '~э!'.".::Дйггггямгг тока па рнс. 1.18 Таким образо~, длв любой кон-г!,':брачной форэгы тени тгозкпо предложенным методом полуфф)йггь соответств)кэшую вольт амперпшо характеристику '.~~$фггс ! 18). Высокая точность аппроксимации достигается !д)мри использовании экспериментальных значений Лр длп .,Ув,.'~Ее болынего Увеличении точности аппРокгггьгацпгг чо кно 'дучнкрутлнть изгибы кривой, аппроксимпргн таьггтг обрезах 'вф(й)))!эрму возит-амперпой харвктеристггьп группы н теракте ,-ггйв)!исти у шунтнругошего авода.

Следует отметить, юо форма вольт ачперной характеВвстнкв цепочки, как показана на рпс 1 !о †18, нзмена-

зч

0021

Распознанный текст из изображения:

ется с нзмененяем как плотности патака солнечного излучения, так н угла падеяин света, т. е нсе характервстнгги описываются в этом случае уравнением вида /,(155) = =/(Р5+ЛР.), гле Л)5,=/(0) р)7, при нулевой освещенности.

гла. НоэФФнциенгы затенения

Так пазываемыя коэффициент затенения р опрепеляется как отношение выходяых параметров частична затенвнцой солнечной батареи произвольной формы н размеров к гипотетн*5ескнм выходным параметрам таков же незатененной батареи [7[.

Бычо обнаружен!5, что введение н использование коэффициента затененни упрощают анализ солнечных батарей со сравнительно большит! числом цепоче«, соединенных сложных! образом, которые часто затеия5отся пятнампсбыстро изменяющейся форьюй Использованпе в этом случае ранее рассмотренных методов приведет к необходимости оперировать таким числом данных, которос невозможно будет получать п обработать Коэффициент затенения можно использовать также и при анализе солнечных батарей с шунтнрующнмн диодамн, одяако в настоящей работе рассыотрено его применение при анализе батарей без шунтирующнх диодов В лонструкпян солнечной батареи, однако, нади*же блокяру5ошвх диодов в любом случае дол»,яо быть предусмотрено.

Рассмотрим солнечную батарею спутника, вращающегося на орбите Введем систему «оордннат ху», центр которой расположен в центре масс спутника, имеющего произвольную форму, Пусть ось» направлена по аси вращения спугнака, а центр Солнца всегда распо5южев в плоскости у». Разделим солнечнтю батарею на завы А, каждая из которых будет характеризоваться своей температурой н зональным углом а. Кажлукз зону в сваю очередь разделим на плоские панели (грани) 70 расположенные скмметрнчно, н угол между ними обозяачпм й Первые панели разлн 5ных зан образу!от с базисной панелью угад Е. Солнечный вектор образует утоп О с осью вращения спутника, а норд!аль к каждой панели образует угол 7 с солнечным вектором Исходя из данных определений для каждой панели любой из зов (см рнс. ! 28, 1.30) запишем

сазу==-сов Оса а -аш0 5(пасов [ф,'

— ' (55--1 ) Ел-д[. (1.47)

Следует отметить, что лля естестве!пи> затененных папелеи соз Е в уравнении (1 47) отрицателен Па!юли, нмеюшне та- 40

ьц:отрнцательные выходные параметры, должны быть линг

"!Нтклю гены, если они соединяются с основной частью бани через блокирующие диоды, либо их следует рассывфвать как нагрузку (см. й 1.13)

ь.';:„;Выходная характеристика частично затененной батареи

.!гйясыаается уравнением (1.34). Перепишем это соотноше

.~фу. для наиболее затененных групп каждой цепочки, преРегая обратными токами в соляечных элементах

г/(0) сад"!=О прн О юг(0 о;

(1,48)

Г/!О) С !5 !=/(О) СОЗ Т ПРН О 55ИГШ !. )

Используя (! 34), получаем

/,(Кд)5, —.р~! р, !/(О) сазу, — /(уд),[г, (1.49)

ф)[ось 1'а может найти из уравнения (1 34), а рг может

'лу([ать равно 0 илв 1 в зависимости от значения г (1.48)

;,'.(е>0,5 илн г<0,5). Значение 0,5 соответствует статнстичет~йгй)юй нулевой погрешности прн большом пгсле цепочек н

,[Ф»))ронзвольных формах теней Выходная характеристика

'е~~ф)се!затенен!!ой областа / 5(уа)54 также определяется уравйф~рием (1.49) при р,=!. Коэффициент р, равный отноше

фяй)[ю выходной мощности частично затененной батареи

'~:,ф':Наш»ости незатененной батареи, определяет, какую часть

~~~фйкс5555алы5аго тока батареи можно получить при данном : 'ффатеневнн

~' 5/(о)сод т, — /О 4),! "Фгвй)!скольку для данной зоны батарее полный ыаксимальпо

9455Жзможный ток (так жс как н его часть) однозначно апре

' яется таками короткого замыкания элементов, уравне-

,1574, ' (150) можно переписать в следуапцем виде

гфе!

/,(а)

Г !'О! (1.51)

555 ',,

.=!

4!

0022

Распознанный текст из изображения:

т. е коэффициент затенения р есть отношение действительного выходного тока короткого заыыкания к его теоретическому значению, полученном» для полного чксда цепочек прн отсутсгвнн затенения.

Члены, содержащие 7(0), сокращаются, и отношение Р сводится к опюшенню геометрических плошадей.

Значенне козффяцнента затенения г" можно усреднкть длв любых заачеанй углов ф я 9. Предположим, что среднее значение коэффнцнента затенения Я определяется для л значенкй ф прн невзменном О. Тогда на оспованяи интегралыюго определения среднего значевня имеем

~~ ~~ Ю> саз г,,

р, (о),= '='„,'='„

У ~' сот 10

(!.52

В особых случаях, напрамер пря Аф=). Чли прн очень больших значениях л, уранненне (1.52) можно запнсать в с.>едующем виде.

Г, (О),= — ~', 2> р,, соз Т„'и ~' соз Т,.

1=> =!

Нные показало, как коэффаднепт затеяевкя используется прк анализе солнечной батареи. Прежде всего вз уравневвя (!.51) нлв (1.52) определяют коэффнцяепты затенения. Затем с помощью ьозффнш>еятов затеяеняя вы. числяют отношенае мгновенных вли срсдннх значений выходных параметров к выходным параметрам гипотетнческов незатененной солнечной батареи в определенной зоне, пспальзуя уравнение (1.32) прн г=);

7,(Ук)! а — — - рр (О)! а~> [7 (О) соз Т, — 7(1'з>,[,.; (!.54)

«=>

7,(1'ь)1=-Рг" (0)1~ [/(О) сазу, — 7(У«) [ 1)ю5)

=>

(!.53)

1.17. мОдели неасвещеннои солнечнОЙ БАтАРеи

а па.

пред

ч'>

Вг>льт-ат>парные характернстпкн неосвещенных (полностью затеяепных) солнечных батарей достаточно тоша

ываются с помап1ыо моделей солне шых элементов, ставленных в 6 1.12, где ),, считают равным О. Налн-

.йа)те,темйературных граднснгон и разброса вальт-амлерных >Тщ[рвктернстнк солне шык злсмстов не влияет на точность

,жекерных расчетов, проводнмых с помощью данных моей Знание особенностей поведения неосвепгспных сол *т:, .)Ч(Явных зле!>оптов пеабта1нма така!с пря проверке пара

Сщйхуров солне>ных батарей (без непользования имятаторов 1ь пуф((фрица) путем >ымерсння гсмновай нольт-ачперной харак'::... «тер>гстнкн бы арап.

!ДЗ МОДЕЛИ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

С БЛОКНРУЮЩИМИ ДИОДАМИ

ч)-«Влпкнруюшне плоды можно рассматрпвать ьак после-

д[ыяатсльно подключенные элементы, описываез>ые в общем Ф: !щдс следу>ошям уравнением

'--' 1 Вл~ — '"''=""'1- Ф ' ) ,.'Ч(м~фхце ул — ток анода; !л„ вЂ” ток лзсьпцепна днода; 1', па-з>1>Т[ЛРЯженне на лноле, Яз„ вЂ” внУтРеннее последовательное ' Ч';=„',~апрг>тпвлелп шюла .',.г':,"«Одна!«о часто прп впал>ыс солнечяых ба>арея с ласта ;Ррр!Тачкой для прачт>иескнх целей точностью уравнепве бло ,,>>,.-,кярующего хлада 1>а>кла заппсать в влас прнбляжснного с>>(уравнения (! 57)

У, = ! „, ~- 7,)«> ю (1.57)

',,тб!ДЛЕ 1«л„ — НацРНН«ЕНПЕ ПРОбОЯ знала, ПРНЧЕМ ДЛЯ КРЕМНИЕ .>".ф!В!ых дяодов Уз „=-0,6 В Д'*-(к!', !.!Э. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ

ПОД ОБРАТНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ СМЕЩЕНИЯ (Ту~!',::::.",Здесь рассмотрены проблемы, возннкаюшпе прн аналн';,.(йе злсктрнчсс ой леля солнечной батарен с учетом явления ";~';"Местного перегрева, а также лнаш>тяческке методы ях ре

:-;."''Зпання В об>деч слу>ае батарею салье п;ыт злементавмож»(ййа разблть на несколько модулей (также называемых пе «>1-":,.'(т(>чкама) соеляненных с основными шннамв солнечной ба ,,~1дрен л через блокнр»юшке аноды Выходное напряженне .-~.,~йлнечпой бз!арея поддер>ю!вается относнтсльно настоян

!~~,',.;~)[ям с памоа1ью некоторого регулятора вве заннснмостл лй>;""ф',:"!выходка>х параметров самой батареи Обозначепня пря ,'хззчрдены на рнс !.!9. каждую группу, в которой возма>кно ° Х мвявлсннс дефекгяого солнечного элемента (налрнмер, -за обрыва контакта нлн затенения), можно язоллрава ь

ёстальной пела >ки, как показана на рнс. !.20

0023

Распознанный текст из изображения:

1дтф

! с

!

1.

г

Е)

Р .!!9 н !м

Рнс. 110 С ру 9урааа схсна ланой сас снн ансрг снабжонаа с соа

;«!ноа ба раса н анастас асран ною и нера ора 9, гатроан р аа

Рас 1 20 51одт, ь, солсрлаюггГ! ыпрс . ансат, оадннснанх нара.!. .ютьно, н ан ьдс !сн. а, соединенных аос. шонаг .ы. о. олин а ь о. рнх аонр !клон (на рисунка он зачсрнса) (а), и ноасть изолированно. го ог остал ной части соансчаой батарсн модуса, разделанного на

исправную (1) и дсфсатну9о (9! часта (б)

ампсрные характеристики трех элементов электрнческоп цепи (см. рнс. 1.20). На рнс. 1.21, например, пряведевы комбинированные вольт-амперныс ьзрактсрнстнкп лля двух вариантов конструкции, в частности лля двух и четырех элементов, включенных параллельно со 154 последовательно соеднпевнымн элементамп. В каждом случае обратные токи утеп н различны. В первом случае с учетом результатов, полученных на экспериментальных образцал элементов, ток утечки должен быть очень мал 44

Обратные напряжегпш иа солпегныс элементах, соедь пенных параллельно с дефектным элементом, можно найти, решив соответствуюшне уравнения электрических цепей. Ниже приведены уравневия для токов в узлах и напряжений в контуре при данном направлении тока !ь Уз ° й: уже — )н,.=б. (1.57а)

(1.57б)

Контур 15 1'т,ф+ 1'„— Рб=б. (1.57в) Этп нелинейные урюпгепня, справедливые ддя первого н второго квадрантов системы координат, в которой обычно изображается вольт-амперная характеристика. должны репшться совместно численными нлп графическими В

1! методамн. Ниже рассмотрен графический метод.

Прежде всего с у !с- .'(-'17 том эксперямептальных кас данных строятся водьг-

ба!при любом напряженна), н во втором — ток утечки доста,,„'"цчио большой. Метод построения вольжамперпых харак(уаристнк пеней, состоящих из частично затененных (или лфрзатененаых) солнечных элементов, рассмотрен в й 1.12—

;,!'.14

Графическое решение уравнений 1.57 с вспользовапнем 1;рйзультатав, прявелсппых на рнс. 121, следуюшее: из Вь4))Рнввеннй (1 57а) п (1 57б) видно, что ток во всЕх элемепЭхах цепи олннаков: )ыс,=)нс =!о Задача еостонт в том,

г !(„,

09

.", г 0.2

— 70-Ю И 90 Ю вЂ” 20 — 10 0 Ю 20 Ю 90 Ю ВВ 70ЦВ

,!1! Рзс 1 01 Полы.аниарнпс характсристнкн соансшой батареи обманов

аансгрукаан нрн 7=77'К

. ,-;: й;-'":..",~~~™;:.:;,„.'" '«'„„,.„;";;;;,....".-"";;;„";:."„", "„".';,;-,;" '"'

Вт .чтобы найти значение тока, котоРое УдовлетвоРЯет УРавнесипю (! 57б), т. о. определить ток, при котором Ртсй= — Рн,о=179 (заметим, что 17„4. — отрнпательпая величина и

Цтцт)анака!! выбраны с учетом этого обстоятельства). Графиче- 9:"скос реп!ение можно упростить, построив зависимость ;"')Уи„(17о„— 19) вместо 1„,„(1'н„) и изменив знак пеРед Расе ,: (рис. 1.22). Пересечением кривых сразу определяются ра '-:,'брчие точки О! — (0!. На рис. !.22 показаны только четыре д~абочпс точки На практике все обстовт сложнее В кок-

45

0024

Распознанный текст из изображения:

Рис, 1.22. Графи»в.кее сире»елисее рзбс » точек длк солнечных бат»ре» ира 1 =27'1

ОУ О,О

струьцпи с двумя параллельно со Об едипенпыми элементами (р = 2) ис

правный н нелл гелен ный элемент О,С в отдельной дефектной группе могут находиться под обратным на О,У пряжсниеи смешения в любой точке интервала, ограниченного точ О,2 нами ф, н СГл, если. конечно, его об

ратныс характеристики лежат в О,т этом диапазоне В конструкции с

четырьмя параллельно сосдиневны- О м тгг еж ге ми элементами (Р=4) дефектная

группа меже иахошгться под обпя р- е), а- й- о-

ПОДАЕТСЯ ОБРАТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ

Суммарный поток энергия, который вызывает нагрев солнечного элемента, находящегося под обратным напряженнем смещения, состоит из энергии солнечного излучения, падающего на данный элемент, н электрической энергии, опредсляемой напряжепяем обратна:о смещения, подаваемым на солнечный элемент, а также обратным током Это заключенгге можно сделать, составив энергетический баланс нлн рассмотрев электрическую цепь солнечного элемента.

Энергетический баланс. Установившаяся температура Г (абсолютная) солнечного элемснтз, находящегося в космо- лб

реп ныч напряженнем смещен

в интервале, огрангщепном точками 4)з н г,Г» Однако эне

у

гия, рассеиваемая тремя нспраенымп в незатененными эл

ментами н определяемая тачками С)„и Ггг (рис 1 22

делится межпу этими элементами поровну только при п

ли*щи у ннх одинаковых обратных характеристяк. Если о

ратные характеристики разлишы, то олины элементам м

Р жег паггющаться больше энергии, чем друщгм

1.20. пОГлОщение знеРГии злежентАми, нл кОтОРые

ел(определяется уравнением баланса потоков энергии (или '.йинса мощностей) (рнс. 1.23)

Р„= — Р,— Р,. (1.58) .асноваянн закона Стефана — Больцмаиа запишем

Р„= ОБЕ (1.59) 'Лось е — пзлучательиая способность.

Мощность Р, солнечного излученвя и выкодная элекнческая мощнгють элемента Р, — независимые перемен-

е. Могцность Ре, отводимая ат солнечного элемента в вин теплоты, является зависимой переменной. Мощность Р,

'висят от нагрузки, однако ири пассивной нагрузке она Е;

аннчеиа значением ц„„»,Р» (т) »„, — максимальный У)нс. 1 23 зиергетнчес ий б»ланс сслисчисгс О..

.з.

Р ТЛ; п д солнечного элемента в реальных условиях рабаты) )мели в нагрузке имеется ястачник энергии, то Р, может ;,риннмать большие отрицательные значения, что говорит , "рассеянии элементом теплоты. "фг- ° Если элемент работает в нормальном режиме', то ватт- 1(йетр на рнс. 1.24 покажет выходную мощность элемента. ': отца элемент попалает пол обратное напряжение смещефвс. 124 И»исус. тине тгапгщгсти, ст. "'йии»стой «тру л» р

Г 3

»У Рг ьйцш, та 1' [рис. 1 24), а следовательно, н Р, становятся от,")уипате.гы ыип, т е элемент потребляет энергию. С учетам '-:фйавнспщн (! з8) запишем

Р,=Р,— ( — Р,)=Р,.+Р., (1.60)

зтага уравнения следует. что рассматриваемый солнеч

Ый элемеят поглощает как знергвю солнечного излучения

,„., так п электрическую энергию Р.„=П, которую можно й)нмерить иаттметром нлн с помощью вольтметра я ампер-

, нтра. Произведение )г) при установявшемся постоянном ,, ке всегда показывает точное значение рассеиваемой мощ. '' тн.

В ренитге атззчи злектрзческай мощности нагрузке — Пр»лс»ер

0025

Распознанный текст из изображения:

Электрнчвская цепь. При положительных выходных напряжениях солнечного элемента (рис. 1.25) зависимости тока элемента и его выходной мощностн от напряжеяия имеют вид кривыь, представленных па рнс. 1.26 и лежащих справа от оси координат. Из рнс. 1.26,а следует, что цри максимальной мощности, вырабатываемой солнечным элементам, мощность Ро, расходуемая па его нагрев, минаматыта. Г "'Гл

Нггруг

сллнг ют глгмгн луг льжН вламмгмр Рве. 1 25 Модель со. встваго элемента. сослввсевого с нюрузкой !см

в тевстс огрвввчсе я ллл нес!

Прн отрицательных напряжениях на элементах, т. е. при иванчин обратных напряжений смещения, выходная мощность элемента также отрицательна (рнс. 1 25). Это означает, что энергия рассеивается солнечным элементом (см. также рис. 1.24). Из рис 1.26 видав, по Рв увеличивается с ростом обратного напряжения смещеняя.

Из рис 1 25 следует, что при изменении зяака напра. щения )г избыток тока (т. с ток, равный разности У вЂ /„) будет протекать через Р нз-за наличия блокирующих диодов. Рассеиваемая элемегжом энергия по-прежнему неза- рр — — %-рл

Р з

1 Рвс 1яб Зввксвмость ввсргнв рвсстмввемой олнсглмт влеьтстпоч в вкле тепле, от обрвптого ввпрямслв смсщенвя:

-в * м (!

(щтмо определяется Рс, Р, и Р,= Р,— Р,. Э случае полного 'тенения Р,=б п Рр — — Ре Следовательно, црн полном за"нении от кривой Рв(Г) (рнс. 1.26) остается только часть,

ащая слева от осн ординат.

тят, АНАЛИЗ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ

СОЛНЕЧНОН БАТАРЕИ

*' Основной электрической харяктернстиьой солнечной баВреи является максимальная выходная мощность (этв

Ьщность аттгпчается от действительной выходной мощпои, зависящей от нагрузки) прн данных конкретных усло'ят работы и в.гиянии окружщощей среды. Теоретический

''нечет рабочпт характеристик солнечной батареи пазыва"т иногда анализам работы батарея плн расчетом выходЙых параметров

2! Теоретический расчет электрических рзбочях тарактериецтнк состоит из

опасакпя характера рабаты солнечного элемегпа с точ;Н11 зрения э.тектрическнх параметров,

ь определенна деградационпых факторов, связанных

;Ф конструкцией солнепгого злемента, и батареи;

выражения всех факторов окрулсающей среды через

рабочие температуры солнечных элеыентов,

вычасленяя мю.сималююй выходной мощносжт батареи

теолнечныт элементов.

1. Ратумеетсн, далеко нс вес походные данные и конст,'р) ктивные параметры, приводимые в этом параграфе, приймепимы лля тпобых конструкций батарей и областей их

еНрнменення Для пег,вторых тнпов конструкций я областей

(Лрнмспепня может потребоваться нспользованне дополни:Тельпых исходных данных нлн рассмотрение других конст!груктнвныт параметров

Общий апалнтнческяй похлоп, рассьтотренный в атом

:;.!параграфе, предполагает наличие дега.тьной конструкции

",,!солнсчтгого элемента, который предназначен лля работы

'!в наземных головнях нли в космо.е Попые подробно кон-

ь. ';:струнровзнне н разраоотьа солнечной батареи рассмотре,ны в гл 2 гТегалытый теоретический расчет рабочих ха

,'"раьтернстнь солнечной батареи «остопт ит гбора колодных

,)данных, прове.',ения вспомогательного анализа и проведе',,:,ния а.га.пыа выходных параметров солне пюй батареи.

1!а рис ! 27 показан общий аналтжнческнй попход

".',н расчету п к путям обмена информацией па различных

:)стадиях анализа Мцттгие из параметроз, которые характе'ризуют космическую голнсчную батарею, справедливы н

тсе — 3052 еп

0026

Распознанный текст из изображения:

Ряс. !.27. Рас ~ет рабе ма характсрастек сатттечзь~х батарей аха рабств

е космосе (нежно нспеаьаеаать дха аааемкмт се тнечнмт ба арей)

. хдя наземных батарей. Расчет выходных параметров сол"тчной батареи с помощыо ЭВМ осяоваи иа широко приСй)ее!немом методе перемещений вольт-амперной характери(йучхткн н прелелах скстемы координат у — !', учитывающем физличные влияюш оьружаюптей среды и параиетров нафрузки па характеристики батареи. Теоретический расчет

абочих характеристик солнечных батарей н прогнозяро.,'йание процесса и.т леградацни под действием космической

вцпацнн проводились с яспользовапием метода эквнваЛпнтиых поврежлающих потоков электронов с энергией хга МзВ, направленных по нормали к поверхности зле:аеитйов Этот поток заменяет в лабораториыл условиях воздей«ствие интегрального потока всех частиц н лоз, хараьтерерых лля параметров орбиты даю!ого космического аппара- «Ф» (см й 2 32). Лг!я опенки степени потемнения защитных ;:.рокрытпй применялись данные натурных испытаний зле,-*,сиептов во время космических полетов. Однако это не ис.':,ключает вотчожпостк использования тюбых лругнх мето,",цов лля определения как величины хеградации самого сол,:.',!гечпщо элемента, так и степени потемнения сокрытия солт речного элемента и клеяпгего слоя

Процесс выбора нсхолных данных для проектирования ,;,'Описан в гл б, а пропесс проектирования солнечных бата!рей†в гл 2 Аналит ныхолньтх параметров батареи и .!.,вспомогзтел!,иый анализ опясаны в данной главе, а их 1;-применение рассмотрено в гл. 2.

Виже лана определение ттсхолхп!ых данных для проектн:трования (рис ! 27) в ьо,!ош е «Исхолные даиныеа

Характеристики понрытий солнечных элементов. Коэф:,,фициент оптического поглощеяпя у ппывает все факторы, !веет!янттцгте на количество !тзх!учен!!я, тцостгт!ающего актив. ;пой поверхности солнечного элемента.

бтхь '1'* Г) =с (тйтФ ф )с е(бххФ фх)х

Х)(е,(!1, фхч, Цте)уа(!), (! 6!) 7)глс раа — коэффициент потех!пения клеяшего слоя, опрехцетяемый ттношением тока короткогг замыкания элемента -,Иос.те поте епеаия «лени!его слоя к току короткого замыка. 'иия элемент» перец его потемнением, Га„— коэффициент

отеннсния не~крыт!!я, определяемый отноп!синем токов ко(роче ого замыкания !шоле и Ло потемнения покрытия; Аа,— бгхтностттег!ьизя величина тока короткого замыкания, опреДелясмая как сгнои!ение тока короткого замыкания сал. 'ечпого элемента, измеревного прн каином угле отклоне,,ия сощща й. к току хорст«ого замыкания, вычисленному

б!

0027

Распознанный текст из изображения:

ля тр ьв

й

г.; =1, (П) )1„(Н),

где П и Н соотнетстн>ют току короткого замыкания элемента, покрытого и пе покрытого защвтным слоеы. Обычно для солнешых лементов, покрьпых 510„, Г„<1, а для солнечных элементов, покрытых ТаьОз, Р„,~!.

4. Последовательное сопротнвленис солнечного алел!ента.

через созй (т. е. )(„л — козффицкент коррекции, учитыва. юший зависимость Тк. от косинуса угла падеяия света); Š— коэффициевт потемнения, учитывающий поглощение изл>ченвя слоеМ пыли, а также увеличение этого поглоще пня с течеввем времена; ан определяется отношением токи короткого замыкания солнечного элемента после потемпе. кия под влняииеи пыли к току элемента с чистов поверхностью; г(0, Ф,з, Ф„, г) — обозначение функциональной заввсвмости коэффициента е от О, г!гтз, Ф„, г. здесь Фг,>в доза улырафнолетового облучения, Ф„ — доза корпуску.чярного облучения; 1 — время эксплуатации илн нахождения на орбите.

Интегральные оптические в теплофнзичесние коэффициенты в коэффициенты поглощения солнепюа радиации м, и степени черноты е — также являются фупкциямн Фгэ и Ф:. Длн наземных солпечпыт батарей нводнтсн дополнительно коэффициент конвектнвпой теплоотдачи батареи.

Характеристики солнечного элемента. Электрические характеристики конкретных солнечных элементов нли модулей, которые предполагается вспользовагь в конструкции, можно взят~ у разработчиков элементов. Ниже перечнстены хараьтеристилп солне пюго элеыентл, пеобходвыые для проведения анализа выходных характеристик солнеч. ного элемента

1. Вольт-амперпыс характеристики сосшешого злеыеита для стаяла)гтных условий (т. е. прп температуре элемента 25'С, плотности потока падающего излучения, равяого 1 солнечной постоянной, н прн спектральном составе нзл>чения, соогве1сгв>юшем АМ1 нлп ЛМО), а для космических батарев — до в после обл» ~ешгя электронами о энергией 1 МэВ

2. Температ>рпые коэффициенты тока (рг), напряжения (рт) п мощности (йг) солнечно~о зле лента или згодудо и после (для ко мичесюж батарей) облученвя злеконамп с энергией 1 МэВ

3. Коэффициент, уч~гтывающп!1 наличие покрытия солчного элемента Этот ьоэффяцяспт опргделггется следуим образом:

'"!!1; Условия работы. Перечисленные на рис. 1.27 условии . лботы солнечных ба~арей определяют следующие фак.

ймры;

1) доза радиационного облучения солнечного элемента

'йуолько для космн гсскпх батарей);

2) тровень освещенности солнечного элемента;

3) раоочая температура солне пюго элемента;

4) уровень мехаягшескал напрнягенпй в солвечной ба.

царее, возникакпцнх вследствие циклического изменения >7(еьгпературы Дата запуска космического аппарата выби,фается с учетом прогнозируемых протонных солнечиьгх ,-'Вспышек.

Конструктивные факторы учитывают ухудшение выход.",'Мых гшрактерпспи солнечного элемента илн модуля, Свя'„',,занное с на. ичнем неизбежных яли сознательно выбранных '„:(исходя нз других требованвй) параметров процессов Ссбаркн и монтажа солнечных элементон нлн модулей. Кон;:.'стр>ьтпвные факторы могут быть выражены в виде без!)размерных коэффициентов прн выходной мощности, напря,.>кепнп нлн токе, а также н ввде днффереппяальных последоватслыпях сопротивлений или разности потенциалов. На , практике обы пи~ испол зуют коэффициенты, а также вво' дят определенный процент падения напряжения, возникаю;: шпй прн сборке н монтаже батарей.

Кгшструктнвпые факторы могут изменяться в течение ' срока сл>жбы вли вречешг нахождения на орбите. >г бло:. кирующих диодов, например, после ноздействвя на нях

корпус«улярпого излучения уменьшается падение иапряжеоня в прямом направлении ы увеличиваются обратные токи >течки

Др>тим прнысрои ~ожет служить потеря проводимости а направтеинн протекания тока слоем првпоя, на.. иссеппыч на иежэлементные соединения, из-за деформации прп циклическом изменсяпн температуры. Все ьанстр>ьтпнпыс п хеградзцноопые конструктивные факторы можно гнссти к слелун~птпгг параметрам. лоясгрухгивньгд фащор (>чптываюшвй ухудшение выходных характеристик солнечного клемента. связанное с нзмеиешшчи свойств ивяных н сварных соединений и т д ). ноэффнщпенг деграг)и~)ии выходных характеристик солнечно.о элемента, связанный с никли еским вэмевеинем температуры; падение нгглряэкеяпя шг б.юкирующих диодах: падение напряжения в межэлемеитных соединениях н злегпропровадке, связан.

ное с наличием у пах акп>нного сопротивления п с его изменением.

0029

Распознанный текст из изображения:

Ух, =)„,,Г„х

' гь

! 'й, '

')Ф

Г«лмы Гы «Г Ри«. 1.За. Геаистрвя соьнсчнаа Зл тхрсю звзошьсзнай з вззс :.ю.

скчх зхкезсй

образует с проекцией единичного вектора первой панели первой зоны угол у Когда проекции едннвчны'; ы л йгыию векторов пареллельны, Х=б.

Батарею можно поворах, з, ] х -' х, чивать в системе координат, х. я« ' я« ! .йа вводя угол поворота ф для !т! л' удобства обычно считают )=О.

Прн лопастной конфпгу

рацеи батарея оси, проходяк,

н1нс через каждую .запасть и направленные от оси врэщеняя, могут образовывать угол Ф с плоскостью, перпендикулярной оси врап1евня, т.е. бьмь приподнятыми пад нея. Если ось лшьастн перпендикулярна осн иран!ения, то Ф=О.

Каждая лопасть таьжс повернута относительно положения, параллельного плоскости, перпенликулярной осв вращения, на угол а Этьж уг« л отсчитывается в направление против часовой стрелки, если смотреть па ось поворота н направлении оси вращения

У батарей, рззмещениых иа объемном теле, и у батарей, выполненных в виде плоских панелей, все нармальныс единвчные векторы одной зоны образуют с осью вращения угол о

Угол паденяя Г ддя каждой навели иди лопасти солнечной батареи прн зада«щам угле 0 между осью вращения батареи (вектором враьпення) и линней Солнце — батарея (солнечныч вект«ьрам) важно определить пз уравнений (1.62) изи (! 626! соответственно, Определения этих углов приведены выше и показаны на рнс 1 20 †! 30

Лопастная конфигурация солнечной батареи. Панель этой солнечной батареи с номерам 1 описывается следующим уравнением: соз Г =э!и а зьп 0 юп (ь) 1 (Л,— 1) Х+Х] -. 'соза шпФз!ой саз ]0+(А),— 1)к+х] '

ф соя а саз Ф соз 0 (1.62а)

Батареи а виде плоских панелей, размещенные иа объемном теле. Для 1-й павела такой солнечной батареи справедливо уравнение сазГ,=-сов бонза ' ыпйипасоэ (ф+(АГ« — 1)).-';Х]. (!.62б) лв

1.24. РАСЧЕТ ЗВВЕКТНВНОГО ЗНАЧЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ ПОТОКА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

3:-' Эффективное значение плотности потока солнечного нз!лучення являетси лействнте.тьным эффективным уровнем Охсве1ценььостн активной поверхности солнечного элемента:

Б'=-(5«Р'«Е сох Г, (1.63) ]хде 5 — плотность потока солнечяого излучения, выражен]дьяк в единицах солнечных постоянных; Р— расстояние от „:".'батареи да Солнца„выраженное в астрономических единиУЦах (а е 1, Гт — коэффициент, Учнтывшощнй оптическУю .«,прозрачность покрытия солнечного элемента; à — угол па:)"дения излучения, град

1.2З. РАСЧЕТ ВОЛЬТ-АМПЕРИОИ ХАРАКТЕРНСТИКИ

СОЛИЕЧНОГО ЗЛЕМЕНТА И БАТАРЕИ

Вальт-амперная характеристика солнечного элемаита са ;.ямеклянным покрытием. Для непокрытых солнечных зле:,;ментов эти хзраьюернстнкн сдвигаются параллельно оси Гтоьа до тех пор, пака ток короткого замыканяя элемента ; со стеклянным покрытием нс станет равным

-01де !„,„— ток короткого замыкания непокрытого солнеч"ного эдсяепта с радиационным поврвждепнеи, а р,ч — каь .,эффнцненг, у штыввющнй изменевие Г„прн нанесении по,крытия Этот коэффициент обычно отличается ат единицы : (на несю лыьо сотых). Остальные же три параметра сол.

:: ночного э.ьсчепта послЕ нанесения стеклянного покрытия ;: хюжью пред тавить в Виде

лх й в«.а Г« . — )хх„

)х. =1х

'. ГДС )„хх — ГЬП ПРЧ МаКСНМаЛЫ«ай МОЩНОСти СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕ- : мента; Г„х, -- напРЯх<енна нйн максичалыюв мощноств : солнечно«о элемента; рхх — напряжение холостого хода.

Выходные пар««ветры !«заемных плоских чодулей солпеч.гвы, батарей (запшщекиык общем сгеклом) аналогичны (параметрзч от.ш«шпых савнечных элементов со стеклянвы. мн покрыпьяььп. П» райлиюге заключается только в том,

0030

Распознанный текст из изображения:

что каждый модуль состоит из нескольких солнечных элемевтов.

Влияние изменения плотности потока солнечного излучения на вольт-ампериые характеристики солнечного элемента. Эти характеристики солнечного элеыента с заданной степенью радиационного повреждения сдвигаются при пз. мсненнн плотности потока солне шого излучения вдоль осей тока и напряженая ца ЛТ~ и ЛУЫ

ЛЛ=-(5 — 5)1а„.; ЛУ= — Л(,)(ю

где ),„,— исходный ток короткого замыкания солнечного элемента со стеклянным покрытием, т. е. до язменення плотноств потока нзлученвя; )ㄠ— последовательное сопротивление элемеата; 5' — эффективное значение плотности ното~ а солнечного излучения; 5 -- плотность потока солнечного излучения, цри которой проводилцсь испытания солнечных элементов (до изменения плотности потока из лучепня).

При уменьшения плотности потока излучения (5'< (5')Л), имеют отрицательный знак, а ЛУ~ — положительный Это приводит к умепьшеигпо тока )„ „ а также к небояьшому сдан~у хараьтернстнкн по осп напряжения в сторону ббльших значений, несмотря на та что действительное напряжение холостого хода будет уменьшаться по следующему закону

!'э — й (й (5'(5),

где й завис~гт от типа солнечного элемента С азченевнем плотности потока солнечного излучении параметры солнечного элемента (имеющие дополнительный пвдекс 5) изменяются следующим образом

а=у М!

!' а=У**. -ЛУ1+ЛУа.

Влияние рабочей температуры на вольт-амперные характеристики салнечмого элемента. Теперь необходимо, чтобы зта характсрнствка соответствг>ваза лействительной рабочей температуре соянечного элеыента Тр.-э. Вольт-ачперпая характерястика сдвигается по осям тока и напрякспия на Л)т н Л!'г.'

Л( =йгд. (Тшс — Та), ЛУт=йг (Тр а — Тс!,

ка

граде йг — температурный козффицвент тока, выраженный ,,й обратных градусах Цельсия; йт — температурный каэф,;:,фицяснт напряженна, выраженный в тех же единицах; '!;у,. — ток короткого замыкания солнечного элемента до ...наменення температуры; 1,— эталонная температура, прн ', которой обычно нроводят измерения асходных параметров :,'солнечного элемента; й, обычно имеет положительныезна-',чення, рг †отрицательн

С )велш|сннеьг температуры (Тмп>ус) происходит уве: личение (.. и уменьшение У,. Остальные четыра параметра солнечного элемепга изменяются следующим обра). зом

Вольт.амперные характеристики солнечного элемента ;:-' после испытаний. На этом этапе характеристика солнечно;:. го элемента изменяется в соответстпин с конструктивным ;: фактором 1„„ и деградационным фактором Гю связанным -': с циклическим изменением температуры. Наличие Р„, и Рт ='. :обычно свидешльстпует об увеличении последовательного "' сопротивления солнечного элемента нли модуля, что ведет

к снижению чаксачальной выходной моп!ности солнечного элемента пря нсязмснны . значениях /,. п )г,. Поэтому желательно сместить точку 1„,„ н У„ г вочьт-амперной характеристики на

Л(з= — (1 гз)1 з Л) з=.— (г гз) пз

оставив (,, и У,, прежними. Четыре параметра солнечного

;!' элемента изменятся в этом случае следующим образом: !',п .а=)' .т-! Л)з, )'**а=!'* т

Вольт-ампериая характеристика солнечной батареи рассчитывае~ся па основании характеристик отдельных совнсчаых элементов в следующей последовательности.

! Выходной ток отдельного элемента умножают вачисло параллельно соединенных элементов ЛГ г данной паве~и и пг юптстц

(( 2. Выходное напряжение включенных параллельно Лйр

солнечных элементов умяожают на число гу„„. последователыю соединенных элементов.

3 Из получеяпого выходного напряа,синя напели вычитают падение напряжения на диодах У, н соединительных

проводах У'„.

0031

Распознанный текст из изображения:

4. Суммируют значении выходных токов всех панелей и лопастей для одинаковых значений нанряжеяий.

В результате пыполненпого в соответствии с перечисленными этапами расчета находят вольт-ах!первые характеристики солнечной батареи пря рабочей температуре н с учетом различных деградационных факторов Математигескпй аппарат для подобного расчета приведен в 4 1 !3, 1.14. Из расчета найдены следуюшие выражения для четырех ьыхолных параметров солнечггсго элемента

1„б=)„зй;брг 1...б=1...х).рг

Р„б=р„май!бе — (Рд+!' ).

Если солнечная батарея частично аатенена, то необходимо рассчитать уьееньшсние выходной моШностн незатененной солнечной батареи методом, описанным в 4 1.14— 1.16.

г та. тени

Здесь н ниже описаны методы, с помошью которых можно определить геометрию теней, падающвх иа солнечную батарею Влияние этих теней на э.тектрнческие характеристики солне*пюй батареи рассмотрены в 4 1 !3 — 1 !6

Под тенью в дальнейшем будем подрав)мевать полное затемнение частя солне*шой батареи, произошедшее вследствие гюявлсния меаеду Солнцем п батареей непрозрачного предмета. На солнечную батарею, например, при определенных углах падения излучения леожет падать тень от антенны яли одной пз штапг, растяжек плн других пыступаюших частей космического аппарата. Прн малых углах возвышения Солила панель солнечной батарея иажет отбрасывать тень на лругую панель.

В ланпое выше определение тени не входит случай естественного ззтенеяяя чзсюг солнечной батареи, расположенной на объемном теле (случай собственного затеяения), так как в 4 1 23 было рассчятано, что выходная мошность этих частей солнечной батарея равна нулю. Второй раз учитывая неосвешенаые частя солнечной батарея прв определсняп коэффнциепта затенения, меж~о получить певерпыв результат

Козффгггггеегет затенения оказывает влияние на электрические параметры солне шой батареи, его определеяне дано в й 1 16. Размеры теней, падаюппгх на солнечную батарею, онрелеляются теневой картиной Влияние теневой зо

-':, картины па выходные параметры солнечной батареи сильно ;"'ааввеит от размера н расположения тени на каждой цепоч:..ке солнечных элементов. В связи с этим теневая картина , должна определяться с учетом схемы расположения цепочек соляечных элементов на батарее.

При определении теневых картин следует вспользовать ; ыстоднку, разработанную в курсе начертательной геометрии Можно таьгке привлечь методы, основанные на при-

— — ллбекрклл

Лраймем

Р,б ! И 1егметрна геап

менсннн ЗВМ или пспользоаанн~ фотографий. Ниже привете гы примеры, иллюстрируюшие простейшие понятия, применяемые при нзеченнн теней.

На ряс. 1 31 показана геометрия тени, отбрасываемой

цнлинлрнгесквм предметом на плоскость, параллельную ему. кгжорая перпендикулярна плосиостн рисунка и распологксна в окрестности Земли так, что ось предмет — Солнпе перпендикулярна данной плоскости. Из рисунка видно„ что

пг=йагс16 (О!21.,); п,=2агс!й [О(2(1+В)]

В„гЛг=е(гО; В)й=оВОг

1ггУ.г=(1,-РВг)11г=(Ор В)1Ог

(1.— В)г7.=(О 4)ггО,

:де и — острый угол между касательными к проекции Солнца п проекшш цилиндра;  — максимальное расстояние от цвлиндра, ва котором можно полу шгь полную тень; О— диаметр Солнца, равный 1,4 10е км; г) — ширина илн диаметр затенякгщего предмета; 1. — расстояние от вредмета гю Солнца, равное ! астрономической единице.

Поскольку НсйО, то 1=-1, и 1.— В= — 1. Поэтому а,=о,=

=2агс13 (В!21.1=9,25 1О ' рад,

 — В~ — — е(1]213 (о)2) ]=103,1е!

Ь1

0032

Распознанный текст из изображения:

Тогда вЫражеппе для ширины полаой тени примет следугощий вид:

Л ( — т) ! та, И вЂ”.- и =- — =

л. !об.! гов,!' а для ширины полутени

л(вж ! !пб,и Р=

и !08,! ' !Он,!' Здесь ь — расстояние от предмета ло нжюкости

Зависимость ширины полной тени п полутени от отпосителыгого расстояния между затенягощим прелметом и тень!о показана яа риг ! 32 о

р тзп гра аг Яг'И ттнс Г 32 З,гннсггмос носи *. гон миряны яоююя с н нодутшн

о относя едьнога рясстоян я до тлтсняганюго пред юга

Распределение интенсивности освещения. Значение интенсивности освещения в области полутени изыеяяется от сдапииы па ее внешней границе до нуля на границе с пол. ной тенью п в самой области полнои генц при г«В, а прн ь>В интенсивность освещения изменяется от единицы до какого-то неопределенного значения. Распрелеленне плотности потока солне шого излучения, а также ее среднее значение являются функцпямц положения плоскости тени относительно В и зависят от формы и размеров предмета, отбрасьгвзюгцего теяь

Относительная затененность точки, лежащей внутри тенм, может быть определена при наблюдении Солнца из данной точка Часть солнечного диска радиусам Я, имеющая плоптадь Л. затеннстся предметом Другими гловаын, Л вЂ” зто площадь проекшиг затеняющего предмета на круг радиусом Я, где Я вЂ” ради)с окружиостп, вписанной в угол о па расстоянии х Относнтещ,ная татененпость К= =Л((пвт) Относите.тг,ггая плотность потока излучения, падающего на освешеппуго гасть поверхности, 1=! — К. Про. интегрировав вьгражснне ддя К по всей площади тени и 32

разделив полученный резулыат на площадь тени, найдем среднее значение затенения К. Средняя относительная плотность потока излучения незатененной области у= =1--Х.

Цилиндр, расположенный параллельно плоскости теин. На рис. 1..'!3 показан случай, когда тень отбрасывается цн. линдрическнм предметом на параллельную ему плоскость (перпендикулярную плоскостя рисунка), каторан в свою

иы т гьггтг х д тянет тя

в

я

Рнс Г 33, Пгстробняя гео и рн те г, покаяьюаю ю нянины со гноме ння между ряс тояннсм я жяметрам И нпн 2Я н юнрвноа нреамета Л

и предметам я/Л

очередь нерпендвкулярна оси предмет — Солнце Угол обзора й предмета шнрнаой с( нз точки, расположенной па расстоянии з от предмета. гг диаметр Солнца, равный 2Я, снязаны соотношенияип й=йагс!й (т(гйз) и а=2агс10 (Я(л). Соответственно г(12Я=10 (й,'2)г(й (а(2) и с((2Я=В(з. При расстояния до Солнца, равном ! астрономической единице, получаем уравнение

г(г2Я = 1031 з)с(,

которое представлено графически иа рис. 1.34.

Наблюдатель, готорый смотрит на предмет шириной с( и передвигается по плоскости тени вдоль оси х из точки х=.-б к точке х=р(2, будет велеть картины, изображенные на рис 1.35 и 1 35 соответственно для .«В и з>В.

В случае, показанном ва рис. ! 35, точка наблюдения будет находиться в области полной тени в интервале от

бз

т г'г

+- — 4,— — +'„-

я;

' и д з г т г г шя д д т ш г шяси

Рнс Г 34 зависимость относгпеяьнон ио-

дуляряны предмета и/2Я от отностпе

нога расстояния между пяоскосп ю тевя

0033

Распознанный текст из изображения:

х=б до х=м(2. Б точке х=гг)2 т)л=г(й — ! (ш — расстояние между центром круга радиусом )7 и центром затеняющего предмета шнрвной В). При двпженнн в интервале от х=м!2 до х=ру2 точка наблюдения будет находиться в областа полутени В точке х=р(2 пг/17=гЯдс! Из рнс. !.33 следует, что и=д — 2)7 н рю  —,2Р, На рис. 1.36 ~очка на-

рг'г

Рас. !.55. Вад мл са. мче ю пласкасгн ынн г<В лря .гэлмеама аг асм

саадмняющай па|яры Садика м аредм га, и краю аалутсни

Г б ! г —,, гт-.

э'=та !

ч б,б

в

б б,у Г,б Гб гб гу юуг

Рис ! ЗУ Залмснлгасгь юмасагг.ыюй гглатнасгм па ака нллучсная,асва

магга!а~а палсрхяаст, а агагамтельнага ааламеняя точки наблюденкя

л абласш теин юдй где гарляеграм является леющяаа л(В

у,б

чбс

Рис !лб. Вид на Садню нл пласьастм ана гдВ арн двняеали а аси

саелнняющей щм ры Салиха м пуадмагл, к * рлю палугшм

блюдения находится в области полной тени во всем интервале от х=б до х=р)2.

Зависимость относительной плотности потока излучения, освещагошего поверхность, от относительного положения точки наблюдения в области тени га()7 представлена на рис. 1.37, где параметр л1*0 изменяется ат О,б до 10. Проинтегрировав площадь под кривой, изображенной на рис. 1 37,

у=. ! ~ 70(шгрц

О

получим зависимость среднего относительного потока падающего язлучеиия от параметра л!В (рнс. !.38). Умножив 1 — У на относительную ширину тени р,'В=!+л(В, получим постоянную величину (1 — 7)руд=). Отсюда следует, что общее уменьшение освещенности при лгобом типе ьф

б 7 г у в б б у б у:/В Рщ !,!5 Зллнгммас ь срща й пас~вас а пагаьл ага!талал а абллсгн гана, агбрасыааамай дланлмм пр д а ач, алрлл. а.алым м.юск ста таям,

тепп эквивалентно уменьшению освещенности пря появлении по.!ной тени той же и!ирины, то н затеняющий предлгет (это возможно прп параллельных дучал света), к при отсутствии полутени.

Анализ теней применительно к свлнечным батареям. При пасы!,ьп на пеночку нара.глсльпо соединенных солнечных элес!с!!г в тени, размеры которой не превышают сум. чарной ширины параллельно соединенных элементов (рис.

1.39), тмепьшаются выходные параметры солнечной батареи. Р(х могкио определить, рассиотрев эквивалентную полную тень. шпрпиа которой равна проекции предмета па плоскость батареи.

б — зсбт г5

0034

Распознанный текст из изображения:

н >>о р„! .м

Рчс, 139 Пахенно гнв на молуль со>нгчныь ».омон оз. сает>зеноых

Рог. 140 Зазночмогп, атнхюельзоа нхомахн сегмента ьр,га оВ о

отнес»апов высоты со мго о Х>д

Для расчета распределения интенсивнаств освещения в области полутени необходимо знать зависимость плошали сегмента кр>га от высоты сегмента (рис !.40).

ГЛАВА 2

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

З.!. ПРОФИЛЬ ИАГРУЗКИ

Системы солнечных батарей могут проектироваться для самых различных нагрузок В редких случаях имеется постоянная активная нагрузка. В пепи преобразователя тока и напряже>п>я энергия вырабатывается н виде п>п>ульсов практически постоянной амплитуды, величина котань>х п>жги нс завнсвт ат входного напряжения преобразователя. Электродвигателя обладаю! нпд>ътпвным сопротнвле иием. В периоды освещения батарей солнпем оборудование потребителя ие всегда работает в режиме постоянной на. грузкв, а мажет вкчючаться н выключаться. Потребность в энергии часто возникает и прн отсутствия солнечного излучения Переключения приводят к появлешпо переход пых напряжений н тг>к >в нного хара>.тара, чем те, которые вс>речаются в пенях с электромашин >ымп генсраторамя.

Электры геские машины и гальвани >есоше батареи способны поддерживать на своих шипах почти постоянное напряжение даже пря достаточно ба >ьшил кратковременных перегрузках. Солнечные элеь епты, однако, этим свойстве>! не облзда от. Резкое увешшенне отбнраемого внеш- зг

ией нагрузкой тана элементов (более чем на (ОоД прсвьг-

;",(.Шашшего максимальный тоь при данных усдовиях) молгет !".— ггрнвестп к временному паденлю выходного напряженна элементов В связи с этим необходимо, ьак правило, вклю чать аьк>муляториу>о батарею, работающую в перехолвых режимах, что, однако, неизбежно влечет за собой увелнче ",;,. Ине мзссы всей системы Батарея служит тигже источнв Кам энергии н темное время, а прп появлении салнсчног<> излучения заряжается Наиболее полно реальный график .' потребления энергии, с учетом которого проектируется

палнечная батарея, характеризуется кривой нагрузки дап:... пой системы Рассмотрим для примера простейшую назем иую нлп космическую систеыу. Выход солнечной батареи еоедянен с аккумулятором через диод. Он предназначен для предатнрашепия протекания тока от аккумулятора через солнечную батарею прп недостато>ном ее освешеннн Регулятор шунтовога типа поглощает всю избыточну>о .:„',,", энерги>о прн полностью заряжены>й оатарее н отключен>б

б АА

в) б >7 ж

Мбг ббб брем>, .; Ра ' ! Г!рофв. л р>жо ора ра>ла зых >игру>кох (о — о! н ор .

фнл, оум мрноа нагну>кз (>!

б >!

0035

Распознанный текст из изображения:

ной нагрузке. К системе подключено л погребите.тей, наждый цз которых может подключаться н отключаться незавнснчо.

Забою 1. Олредз.ить кривую пагруаьтз зля спстечы Привез аь чнпальиае авпряыевле аккуыузятора разны 23 В ь рлссыщрпи еле. э!тощие ттшы нагруаак Нагрузка ! — прсобразозятсль, постоивио патребляюатий ыашность 50 Вт Нягрузь 2 — эщюродяз тюь пасоса, рабюающвй 3 раза э лен з точсю а ! ч перел аас зач Солнца, штока полудня в иаслс закада Со.апа Элсчтродви~атсль в ускОвОм режпые, длящеыся 5 с, потребляет ток 20 А, а э ваынпалыга з режиыа — 4 Л Нагрузка 3 — ус анозка я. пропсдеипя паучка~о з оперные~!т . работающая э т ~етпгс Б чпл приблизите.ьна к л зыс 2 ~ днем н ночью н потреб. яюпзая ток 3 Л

Рзш ° с Тоь. потреб.щеыый нагрузкой !. определи тся с. стуюп1в з образов БО В Р1Б 8=.2 А Вр теплая заып чщт зт га тощ э течение суток представлена иа рве. 2 (,а Полобныь ыа образов построена п заэислиасть то а от зрсчснп дзн ос злюыз вагрузои. Фаза вклю чснии ва рузак 2 я 3 (ряс 2 1,5 и з! выбрана пропэза.ьно, однако аеабкодиыо ные ь з лу стющй. котла адиозрсчсн1о ю, зю эсс нлтруэш п от батареи (ночью! по реб.«тс и опий ток 2 — 20-';-3= =25 А Суммарная «ри ая югрупв (рнс 2 !.с! получена простыв суччиразаиитк .аз~пня т ьа иа ртзок адни я тот за мОмент зрезтвв Цз рпсувка залпа, ч о ва р ~ 2 н 3 щ са ают я независима, и зто привалят к и« оюрой н снччстри~ суит.арвой ьрчзай нагрузки.

Обп! я знср ня опрсдсляе ся .«»адью паз су сварной ьрввай нагррзкзт и эычясз тся с.тдзющнч абрюои

Для нагрззкн !

2 А.2! я=18

Дл нагрузка 2

З 20 Л =ЗОО Л

300 А с '3606=0,68 А ч

3! г4А=!2Лч

Дли нагрузки 3

юо! зл=збл"

Суммарная 1а гузка

48 ° 008 — !2 ' 3,6=64 А ч

Гретпщ зна ынве на ртзия

Ы Л 124 я=27 Л.

2.7 А 25 В=Б7 Вт.

Сзслтст отчетить, па для вагрузкп 1, па ртб ~за~ней яаныеньлвй пиказый ток, гребу тся наябальщсс ьоююсства з ей~на (в А.ч! Э. кр дэ»гатсль, нссчатрн яа большой пусковая так, патребляе паапа и- 68

"зьльвае шлю!ветла знерпщ. олпако изксныальвый ток аькупулятара,

а:тзкше выбор ироаадьн и типа п реключа сз й опрсде. антса зваче циси его яжкааоза тока

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ОСВЕЩЕИНОСТИ

Профиль освещенности определяет раднацгпо, посту,'", 'ицюшую па сочнечиую батарею, которая является функцн. Ой времени K течение одною витка па космической орбите

.либо в течение светлого нреченн дня от восхода до захода, а также зависит от угла мезкду направленном яа Солнце В' плоскостью расположения солнечной батареи. Для назем11ых батарей урлвнепня приведены ниже

Рассмотряы эталонную сястему, расположенную на по

верхностн Земля в точке нахождения наблюдателя нлн 'П,даптрс СОЛПЕЧНОй батарЕИ. ТОЧКа ИМЕЕТ КООрдИНати (Да, Нтййоты н С'д лолгаты. Местное гРажданское вРемЯ, нлн :паяеное время, определяется долготой стандартного мере,.' Лнана Б .ы. В табл. 2 ! приведены стандартные меридианы,

соответствующие рззлнчным поясныи вреиенаи СРД.

Таблвна 2.!. Некоторме часовне панса

и оз

г, !

Васточван часть США

Централы ый рююн СШЛ

Гарный рэяан СШЛ

Тикоокез скос пабереыьс США

Влета|ила Л.зясьа

Алас а а о. Глзайл

75 !06 !26 !35 1БО

6 7 8 9 10

Солнце достигает наивысшей тачка на небе — зеннте во вреык нстннного полдня. В этот момент наблюдатель, расположенный севернее Тропвка Рака, видит Солнце точно па юге. Истинное солне!нос время Нс связано с поясным временем Н„соотношением (2.1)

НО=На+Нтл(ВО-Р(йсз — Сиза)(!о, (21) 1 где Ньл является уравнением времени (а чннутах). кото Рпяуберется нз рнс. 2.2 (Нс н Н, даны в часах). Из рпс 2.2 Пйдпс чтО большее время года нстнннос солнечное время бо!опережает поясное время, либо отстает от пего Это бхозтнмо учвтывать, проектируя следяшяе системы для центраторов солнечного пзлу гения, где требуется аоес-

69

0036

Распознанный текст из изображения:

(2. 2)

(2.3а)

урезеееюе Времени

гзюв г г р е" з л в

В 70 1е 71

тв'

и

В' в и

'з)

и,

Ва

Рис. ЗД Ааглгмыа

печить высокую точность иаправлеикя иа Солнце. Солнце, если наблюдать ега движение с места расположения упомянутой выше эталонной системы, восходит иа востоке и заходит на западе (рвс. 2.3). Двкжекяе Солнца по небосводу описывается уравнениями

з>пФ.=сазЕ, газ бсаз)1+з1пб з)пб;

юп Фе= — соз б ып 6(соз Ф,

ф птя

соч Ф„= — (э1п 6 — юп Е ь!п Ф,.) )соз Еы соз Ф,, (2 36) где Ф вЂ” эзимутальный»гол поло кения Сал>ща, измеряе мый в горязоптальаой плоскости в паправлеаив с севера йя юг; Ф,. †уг возвышения Салица, измеряемый в верти калькой плоскости; 5 щцрота точки расположения В Згеию

.!еюе наблюдателя, !.„— долгота

Зима точки раси>ложсиия ваблю дателя; б — угол склонения Солнца (см. Рис. 2.2) Е И>

Часовой угол Солнца б определяется уравнением, в катаром Н находят из (2 1) июл аев юв юел

я Л=!5(12 — Не). (24) Ркс. 23. Валнмыа пуп Селааа

ирн ргмаало ыаа аааллдателя ' Приблизительпое время за- сеаграее траааиа Рака 'хОда и время восхода Солнца„выраженные в часах и соответствующие всю!аниму солнечному времеви, определяются уравнеивями (2.5а) и (2.56);

Н,, „=(11!5)агссоз(13 !. 186); (о 5>а)

Ни, „=12 (1115) агссоз ( — ти Еы !8 б). (2 5б) Соответствующие ям поясные время восхода и время захода определяют из следующих уравпевий Н. =Н, — Еге!60Ф(1. ле — А' )7!5; (26а)

Н, г=Н„,,— Ет „,1 60-1- (Еи„г — Е,- ы),'15 (2 бб) Продолжительность солиечвого освещения, выраженную в часах, пря условия ясной пагоды находим пг уравнеяия

Нс,=-(21!5)эгссоз( — 106 !Об). (27)

НД рис. 2.3 направления на восток и ва запад образуют

'С'Иаправлевием ва истиапый север н горизонтальной ила; ' ' .;:скости углы 90 и 270' соответственно. В летяяй период

солгщ1иая трле>шария с востока из запад видна пз точка Рс.( 'цаблюденка (Рис 23) под Углом, большим 180', алкало '),аг »еипосьие солнечные батаРеи с фвксиРовапиым положением 'Пв мОгут использовать всю зисрюцо солнечного излучения Црп пахождепип Солнца за пределамя л»>и а 180' Ка.тягчеа)во,знер>яи, которое может быть использоаако, зависит и:;;-'.' ' От Щвриаы места, где расположена солнечная батарея, ат Угбв наклона батареи отяасктельпа иаправлепия па ю> а также от склонеияя Солнца и от времени года

71

0037

Распознанный текст из изображения:

Анвлнтнческое выражение нолучзетея с учщом того, что угол Солнца н зеннте Ф„=90' — Фю а Ф, нлентвчен солнечному углу Е, Угол наклона батарея. обозначнм и. Азямутальный угол Фз=ф (рнс. 2 4) . Выражение (2.8) опрелеляет суммарный угол Г между направленном на Салнпе н нормалью к плоскосш! солнечной батарея:

ьГ=. эо. ' -,. Ебзппс 59, (2.8)

гле

сачй=з(пф. (см (22)!.

шп Е=-б! и (в ггсоь (соэ Е соз 5 соч Ь -)-шп (. шп а ! ! !

соз ф=.соч Фэ (ем. (2 Зб) ) .

2

Рнс 24 Овр дс снчс апт»эздьнаг згдз зэк юзэ пзвс.а ддз зссснзега

и асзпясэ р зэюгвс . зя (а), д. энчз пгр'*юд" (б! ч .г. лсгягга

первою ( ! Сгрю э э~ эаззэ я ча~рзз.эснэ пзлэз,з саэягчкпа

з. э ынзя

Постронв ззнпспмость !' от (!о для разлячных знзченнй а н б, можно огш!эшзнронзть сумчзрпуэо тавзен!гость плотностн потока с~ ляечно!о пэдуче!шя от зречспп Необходямо, рзэучестся, учнтыззть влняппс облачности

Волос просто, по яснее точно среднее колвчсство солнечнщ о пзлучепня, нядяюп(с!.э в течение дня нз солнечную батарею, выполнсяпшо и ниле нз!попкой плоска» пз«ещ! (нлн солнечной бзтарен !закай лябо другой. более сложной коцфягтрацпп), чоэнзо апрсдел!ггь по таблицам, в которых проведена колк эество солнечного нзлученпя, пздиощего ца Землю.

Зада. 2 Пиз, аа зльзма зси ииэ уг и нззланэ:ыасэая адягпин бя зр э, э сзадазииия а А.ибуксрзз, ш Пь М ч за (35' шнр гы !955 ии иы) н азред.лять з,еии ээ. ьз, зазчтззый прсРгэз я з Звзз в,юаэяпню ( Вт ч!чэ! э д нзая геагрзфнчз з эеюзс иэ ни рэт ры(, зз адвя а ° иэь ай взлез садне ваз ба. тэрсл а ппвчаэзяз аргвя, и зр: э з из зрв нарчззьнач издили са. згчпыэ лучей ээрашгр ы т з ноября н ф зрз.и В зтя эзэ месяпа

': .'-' ектапенне Солнца (сы. ряс. 2.2) находятся нрнбзвзптзльна (см, ряс 2 2)

9 ат 3 ла 225 Срелнян зшаэаша скзаненвп апрелелзетсз згерез срекнее

вряфметнчзскае !гасннусав эгвх углов

саз — 3' -(- са — 22' а 999+9,927

саз й,з —— = 0,959;

бз = — (65'

Онтнмазышз угад наклона

а =35" ' (б5"=5(Л',

.. првчеы угал ванланз определяется гак, хзк эта показана нз ряс 2.4.

Прадаикнгезьнасгь солнечна-а асэещеннз. выра кзнную в чзсзт,

прн услазнн снай погоды моиза эайэя зз (27).

и = (2((5) згссаз (( — г235) (гк — (55))=

=(йдб) эгссаэ — оуоо)( — 9295))=(2((5)739=(об ч прв б=шД.

В декабре прн 5=223' Н разно галиа 97 ч. В вине Н =(Зб ч.

Ва время салнечвага и ыудня максэмальный угад налъсма Салнза нзд

горизонтам эвмай яэ пэевышает 35' — 235'=(! 55 а та время кзк .эвам палннмает:я за 35Ч вЂ” , '235'-5355 Пдатнасгь патака сазнечзага

нзл! юшя, пздэюшс а нз батаргю, яаэ на рзссчэгагь теээрь через

с)ммзрный угол Г э сааэвегстзнл с (рззяызем (23!.

2.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

НЕОБХОДИМОИ ПЛОЩАДИ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Выхолнзя мощность любой наземной нлн касмнческой

солнечной бзтзрен Рб может быть определена с помощью уравневня

Рз=5 соч Г э)РАб. (2 9)

Здесь 5 прелстззляст собой плотность потока солнечного Излучения на Земле нлн в космосе, Вт!и'-', à — суммарный угол меж;(у направленнеч на Солнце н нормалью к плоскости батареи: ц — к г, д солне шаго элемента; Р— сум.,::-'. марный фактор, у*пшыззюшпй особепностп солне!ной батарея и возможную леградацню ее параметров; Аб — площадь солнечной овтарен, ч-'. Решая уразнепве (2.9! атно сительно Аг, получаем урзвнеяне

А з=Рз(5 соз ! 7)Р. (2.)0)

С помощью рзвенствз (2 )О) можно вычвслнть пяощаль -";,.: солнечной батареи, необхаднмую длн обеспечения заданной могцностн Рз. Зпаченне солне !ной постоянной привеЛено и й 5 3 и 5 6, прн более детальном проектнрованнн нспользэется профиль освещенностн, рассмотренный в $ 2.2. Опрецшченне угла Г дано в 5 2.2, а Р— в 9 2 б

73

0038

Распознанный текст из изображения:

Ьэдош 3. Оаредсшго, прябшзппюьнш разиерм соанегной батареи н а* умужшра ття сохо«"шой батарее, рассмотренной г задач* пред о.ыгая, что батар я осзеоышся га.. чш рассмотрено в задаче 2.

пряьпмая «1=10 И, Р=.об н а. ч д заряха а«нумэажтора равьы г ьо 9э сгютема должна выдержава ь волную гыгрузку подряд з ге е. нае 7 зоей яри абзагшой погож а омут тагн яс!но~го со нпв. Время полного заряда батарея — 3 двя

Рг шмш, Трбуемз мошаос ь со.пюшоа бшзрен опр тсзя тся ва грузкой и таком заряда батареи Используя зздачу !, нилл и среда яо пагруз«1 67 Вт в - яснее 24 ", пгпг зз 7 д еи 67 21 = 11 3 кВт ч для заряди! батареи ребус ся 11,3;0,60=18,8 «В э Д.ш ганна,.э заряда батарея эа 3 тня прн яадн в 97 ягяоа ото н й и голы в зюпшб оернод со.!ивяная ба арса .тоджна обгсясчнзэ «. зарялю ая«у ут тора, длн его яеобюлвма з. ектргшесгшя гошпссть 188,'(97Х Хз) — О,бб В, и ан«н р з«со срсдас«1 мошнктью 67 В сш нне 97 ч, з тю е пышн ве о цу» з ш с ьа 67124 — 97П(97Х Х0,601=165 Вт нг ю Выложа моши с ь солне яоя ба арса Рэ= =.650 «6 —,!ба=882 Вг= 0 882 чвт

Из пмеюшался в лгжературс значений ннсоляштй находим наименьшее значение месячной плотности потока содпечаога излучения, падающего на наклоннуго плоскость,— 181 ьВт,'м' нлн !81! (9,7 30)=062 «Вт,'м' в день. Это зпачевне палставпм вместо 5 соа Г в ураввеппя« (2.9) и (2.10) Определим теперь требуемую плошадь в гоответствии с (2 !О).

Аз=0,882)(0,8 0,10 0,51=29,5 ий

24. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ

СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ С УЧЕТОМ К. П. Д. ЭЛЕМЕНТОВ

Этот метод апалошгчен рассмотренному в й 23, только

здесь вместо плошади сол! ечной батареи Ао определяется

общее число солне пгыл элементов в батарее А'х и плошаль

со.же*и!ого э.щмснта .А.

Р,.=-5 соз Гтгугу,А,. (2.1!)

Репшя уравнение 11,1!) относгпельно Ах, получас«1

Хх . Р, (5 со, 1'гРА 1. (2 1'11

Ззйочо 4 О рсдсш,т апшо сосгночных эштангоз .т.ш сош«яой

ба зрея. рассгогрсгыой в задюе 3 Претпшо«из, чго диаметр яаж.

Р' «япе. Рассчятъм площадь сопнсююго э ясвт

Л,=гр:14=167)тп,14=25,6 счг= 5,6 10 ' м.

трсиуемоз шюлс элема тон чаходпы нэ (21Ш

Ля — — 0,882 !0,12 П,го 0,5 2,Ь 10 ')=-.11,П!О.

(2.!3)

йл. Иреднлрительное определение Рйзмеров

СОЛИЕЧНОИ БАТАРЕИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

мощности солиечныл элементов

Выходная ыошность солнечной батареи Рг определяет.,!«э ся из уравнения (213) через выходнуго мотпность, генет;-,:;( РИРУемУю отдельным солпсчпым злеиентом Рм где 5з—

,,-', Эталонная плотность потока излучения, для которой апре,*...т,.делилась выходваа мощность элемента Рз

Требуемое число элементов

Аг, = Р45, 'РР 5 сох Г. (2.!4)

Задача э Опредегппь чпсво сознечных эзетшнпм вдя солнечной ::;,'. Оатарш, рассиотренной в эалаче 3 Предпоюэкнм, это площадь каж

дога ззеыснта равна 25,6 смд а ужльная иыхожмя мощность 10 эгВт)схг' ара постояаной плотности ишака солнечного нззтчення ,-тв(: (1,0 квт,' Р)

Рсш г г' Внхо ггзя чошнос-ь созгге ншо з. с ты«та состгвзяст

10.25,6=256 мВг=0,256 !О ' Вт Пз уравнения 12.14! ггмеем

А . =- 0,882ДО Ьд 0,3.0,255 !О-') = П, 100

26. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Хотя оольшпнство мстошп, описанных в этой главе,

разработано для космических батарей, нх можно использовать и для проектирования нвзелшых батарей (за нсключепне4 некоторых вполне определенных случаев) Кос«!ические солнечные батареи были взяты за основу прн рас.

смотрении данного вопроса в связи с теи, что пля наземных солнечных батарей егпе не накоплен достаточный опыт вКсплуатапин п пс отгсспсчсп тот уровень пропесса проек).г,л ".ВПРоваппн, котоРые юстпгпэты ОРи созлании космических

.батарей !!ранта, пря разработке наземных устройств тре буется пе стать высокая то шасть, однако пас!юльку в лав Вбй время проектирование не очень горогостояшггх солнеч- 8:;:,;:, .Иых батарей нахолнтся па стадш! поиска, то полезно п р:." ., 'в этом случае понять все тонкости проектирования. Разумеется, летальный анализ дается далеко не для всек видов солнечных батарей Опытный п!юеьтвровшнк может многое упростить без чшербв для достоверности н точности кОнечных ! еэ)латах га.

Размеры солне шой батзреи определяют аналипшеским ррр,' расчетпыи путем, исходя из физических и электрических

1 д

0039

Распознанный текст из изображения:

свойств, например, выходной мощности, которыми должна облапать саяне шая батарея в ыаиболее критические мо. менты эксплуатации (обычно в периоды времени, близкие к окончанию срока службы).

Методика определения размеров. 1. Прежде всего следует выбрать одно нли несколько сочетаний конструктивнык элементов солнешой батареи, используемых пря проектировании: солнечных элементов, покрытий салнечнык элементов (см. гл. О), электрического оборудования (см. гл. 3), несущых поверхностей панели.

2. Определить лля каждой выбранной комбинации конструктивных элементов максимальную выходну|о аошность Р., отдельного солпеи|ого элемента (например. со стеклянным покрытием после нсыытвннй) к момепту истечения срока слугкбы батареи (пли в кщ оы-либо лругпй критический момент эксплуатации) яз «равнении

Р.=Роу'Еь.лрт„т Е ЕьЕв яр, е. (2.15)

тле Ре — исхолпвя вы«одпвя мощность нсзастекленаого неЛсградировавшего солне цюто элемента при норыальном падении солнечпого излучения (с плотностщо, равиойодиой солнечной константе) и эталонной температуре 125 плн 28'С); 5' — эффективная плопюсть солнечно!о излучения с учетом потемнения покрытия, расстояния ло Солнца п пеперпонликулярпостп падения соляечаого излу |ения, Еи. — фактор, учитываюп|нй ралиациоыную деградацию солнечного элеыента, который определяется пз уравнений (2.16) ' пли (2 17) ':

Е рю;=.1 — Руг ' 100.

(2 16)

(2.17!

Š— фактор, учитывзюп|пй уменьшение мощности

е

с увеличением рабочей температуры п определяемый пз

уровыеиия':

(2.18)

' РΠ— летрвдшия орбитального солнечного эдементе,

! Рю;, — иенсвмюьнвя впдоднвд иоепюсть еатщечнота э.висите Доаолнитедьнме индексм Ф и О о носится ва аку Ф = | МэВ в конде свате тужбм и н нудевому автову еоответетеенно

' Д»юднвтед име юпекем у„,е в О тиечеют ребачую теннерету. ру и ет ндертную темяервтуау соответственна. Если соответству|ощве зветеиня Г„ н чт,а е|ие ие аиределеим, важна арибднвитедюю ара. вать и„, =О З и |т,|=о Оо нри не«аждеввв бетерен в течение д.щ те.ьва|о вревенв не орбите ирв высоков тсииеретуре н высоком уровне рвдивцив иди чт,е=з,| ири нивкнд температуре и уровне редиввни.

78

(2.19)

",!7(11:."ри — фактор, учитывающий коммутационные потери (см. эк.:, ф'1.21). В большинстве слу гаев Р„принимает значения от

",' 0,95 до 1,00; Е, — фактор, учитывающий затенение (см е);". $1.16). При отсутствии затенещ|я Рю=!,00! Еад — фактор, .«|!.,",,|учвтывающнй потери в диодах п проводаХ, выражается „"о'еббычно в процентах для одного элемента и определяется цэ,";;-'.,'«урааяеггием, в котором рд — падение напряжения на дно-

*-, дс; р — падение напряжения в проводах, соединяющих

";,«)'-:,батарею п нагрузку; )У вЂ” напряжение на шинах батареи ~~~~;;!Ври нагрузке, характерной для данного космического ан. ";,е;;е иарата '

|'„,.!. |гд -|. Ге йг,;-;::: Е, в — геометри |ескпй фактор, называемый иногда отиоше!«угс,: йием проекций (сы. 6 2.7) Для плоских сояисчных бата!!ьйк,.рей Е, а=1, лля цилиндрических, вращающихся Ет,|,=1(и.

3 Определить характеристики солнечной батареи |':";!;:;:;:.'.в целом Число солнечных элементов

г)т=!га ! Р„ (2 20) (,Ь!! Ус Рде Рс, — требуемая выходная мощность; Є— выходная (.е:.!::. мощность олиого элемента, найденная из уравнения (2.15). Плошадь несущей поверхности панеяп

А,=А»т" гЕ„„, (2 21) где коэффициент заполнения Е,,ю булет определен ниже, а А,— общая площадь солне|по|о элеишща Масса панели

Я вЂ” гпА, (2. 22) |де т — масса единицы плон|азы, ю) и.. Коэффициент ззполиеыяя

!тю,=,'т"Аь|Аю (2.23) где Дг — общее число солнечных элементов в лаппой солнечной батарее; Аь — полная площаль солне*|пото элемента; А,— площадь несущей поверхности панели. В зависимости от характера дальнейших расчетов А„мо»|ет означать: 1) плошадь, занимаемую только мозулямн солнечных элементов с токопроводамз; 2) всю твк называемую ло |7«г.ет)ппую для пспольэовз|ця п,юшаш, которую занимают Соянечные элементы, включая пк электрические соединения

' Ес. и ишери в,|ваде» и е правовед лпе ве оде|мам, та с даетв |.'-;;,';б',топюи ете ю| ю и тости ад ю Овюпь и. и сааве «|д б.тепаи иаю-

ч „::;,"нисою до ! вВ арв иовом, оееюю я|«одво|о ва!«ввевота диме йтл '" Рд+ У,= |я В, е д»я батареи бод щ х мощяостей !'„' К =28 В.

0040

Распознанный текст из изображения:

и проводку; 3) общую плошадь ианелн, эа исктючение4 отверстие в ней н плошади, занимаемой шарнирами н другими подобными конструктивными элементаия; 4) всю общую площадь, включая размшцепне электропроводки и неиспользуемые части панелп.

Часта в литературо не указывается, какое нз перечисленных определений быто использована автором. Практн. чесшг величина коэффициента заполнения, полученная при ПадетанОВКЕ В фарнуду ЗнаЧЕгия Ап, Иайдсниата ПЕРВЫМ НЗ перечисленных выпге способов, лежит в пределах от О,йб да 0,92. Для плоских, стандпртн«1х кояструкпий солнечных элементов труппа получить значения коэффициента заполнения больше 0,95. У конических н трепецеидальных паНелей солнешых элементов значения коэффициента заполнения могут снижаться до 0,5 — 0,6.

В табл 2.2 припедено несколько зна 1евий коэффициентов заполнения.

тагппцп 22. Иаэйпрпцпппты завппипнпя вля сппнечиып

эвпмеятпп ра*мерпм 2242 см (столб ц слева) п 2~4 см

(стапбсп справа)

Х., 4) требуемой выходной мощностью и зависимостью выходной мощности солнечной батареи от времени полета,

5) агршпшениямн размеров, объема, массы, завнсяши- 1.'"-:,*;(сщи от ракеты.носителя, а также от конструкции косин*юского корабля в целом

Использаванне полученяой рас гетиым путем площади ~::;:~оспине шой батарея, как было показано выше, обеспечивает „,", ..) иеабхо,1имую аиалитнчес«ую точность для определения абщсп внешней формы батареи. При более детальном сравцптедьном взучеинп солнечных батарей разнообразных конструкций и форм необходима использовать вместо расчетнык хпрзктсристнк вольт-амперные характервстиюг рв. 1~!:-"'.;.,;-' альных солнечных з.тементов Одни из наиболее широко пй!з,.',с] примсняетты«методов заключается в представлении гипо[~тът„.:г; тетпческай солнечной батареи нэ )00 элементов, соединеп- 1."-„' 1',„тг'-,"у яы« параллельно, и (00 элементов, соединенных последовательно, н расчете величины выходной мощности ме-

— р

г„,п

ржго '2210 25СО

1гсп 11с" 1ЛГ

и. в а,ч 1,П

Платность заполнения. Платносг1, заполнения У' апре делает числа солне*шик зле«тентов данного размера, кото рью можно разместить иа панели данной плагцадн А" свя пана с козффтщсвтом заполнении [см. (222)] уравие инеи

Л'=А,с,п„(А,

(2 24)

2.7. ВЫБОР ФОРМЫ СОЛНЕЧНОИ БАТАРЕИ

Эволюпия фортгы солнечной батареи тесни связана с развитием всей поястру«пнн космяческаго аппарата и определяется в основном слсдуюп1ими факторами:

П полсзяой нагрузкой я аппаратурой связи,

2) диапазоном изменения угла па:гс1 на соляечнога излучения на ьосмическнй аппарат и пз солнечную батарею за рабочий перяад.

3) изменением расстояния между Са.типом п солне пой батареей за рабочий период;

78

т,г р,г утбг«"

зс бр эб в,з

!тпс 2З Ср пю ппсспч тсй юыплипй ваап с и сп.п" пп бюпрсп ю 1гс, и пт с .ппмпнп пс«трп ~ и псгю пр и ппп сптпжпп

(ты и тп рпт. пымп пппфпгурпппа со«пешв«бпт рпй)

0041

Распознанный текст из изображения:

П,П5

5,75

О,П5

ш )зк. кк.гр) 7,ГОО

4 О.бзт 6 О, 82"

гс ~ 0,996

О, 955

20 О, 984

ж ~ 0,988

А ., =- А„'А„; А., =. — тк' ш п Щк п),

П,о

5,7

а,п П,П П,П

12.25)

толом, опвсэнным в 5 1.21 и 1.25, для различных вариантов геометрия солнечной батареи и различных рабочих темиератур. Разница между выходными характернетиками мощности реальной солнечной батарее н спроектированной может быть существенной

Для получения необходимой зависимости выходной мощности от угла падения солнечных лучей О )рис. 2.5 и

У Поп О,ап

огп ж та Пп юуп пи по таоппиоужткагопяап,, и

Ркс 26 Чкэкгк ог ь опшшеник тффгкпткк Н пкашатш к общей пкапгк.гк газне кай бк креп ) т у.ы Н чгжзу наврав.7сккен о.неашга

нзкученв и о ыа зркшг нк ш упгккк бгз учета та шюшк.

75 Пп Пп тщ ттп,ггп;гп Ы 755 Му О,.р П Ркс. 27. Зквнсаншчь сткоатеякк кто7нкзей у ст ггкк О между направ.т ксч сакнетксгс изку7енкк н осью врк кю ткя сстнечянт батарей

,гсннчсскай фсрчн

86

")гт.й,б) к основной соянсчнай батарее могут быть добавлены ,';ОтвсбаЛЬщис батарся раЗЛИЧПЫХ ГСОМЕтрнЧССКНХ фарМ.

На рис 2.5 представлены завнснмостн выходной мощ-

ности от угла падения излучения для разлн гпых ьагтфгггуи' раций солнечных батарей. С помощью этого рисунка можйо ,"',:"'выбрать солнечную батарею нанбояее подходящей фор:"" мы изн составить комбинацию из солнечных батарей разУт личных форм для получении л7абой необходимой зависимо:: сти выколной мощности от угла падения солнечных лучей. к .По рис 2 б и 2 7 мщкно провести оптнчнзапяю соответственно углов накпона пласквк панелей-лопастей и углов между осью вращения спутника н плоскостью солначнок батареи, смонтированной на конусообразгюи части спутника ело кной геометрической формы. Степень аппроксимации при прелстэвлении пиливлричсской батареи в ваде разли итого числа плоскик граней представлена н табл. 2.3.

та банка 2д. уменьшение пксшанн цвлннарическсй батареи

(в относнтельнмк саваннах) врв аамеьс цнлннара многогранникам

гке Ак — кквлзь вагоУ сльннш,кс и, . ь ьРгт, РкакУган г.

2 8. ОпРеделение числА сОлнечных элементов

Число последовательно соединенных солнечных элементов. 377а щгельвос число солне щых элементов вала соединить последовательно лля поггучення требуечого рабочего напряжения и дополнптельн7го напряжения, компенсирующего падение напряженна в блокирующих диодах и проводах. Найден это число вз соотношения

гле )ш — напряжение на нагрузке космического аппарата илп 77апряженне на выхолнык пщнах солнечной батареи;

14 — падение напряжения на блокирующем диоде, вклю- 6 — 3662 бр

0042

Распознанный текст из изображения:

:.ченном в прямом направлении; У, — общее падение напряженин в проводах между солнечнымя элемвнтами н между нагрузкой космического аппарата нлн электрохямическнмн вккумуляторамн (на освещенной н па темновой сторонах панелей); У„.,— напряжение солнечного элемента и ко>ще срока службы (илн в какой-либо крнтп >еской ситуации во время полета) в точке ма| свмальпой мощности пря рабю>зк значениях температуры н плотности падаюп>е>о нзлу. пения

Напряжение па нагрузке У„ определяют отде.>ьио для кахгдого кшпгретного случая; оно зависит в основном от параметров электрохимпческих батарей Значения У„ лежат вблизи 0,7 В для кремпяевых диодов. Пзде>ше напряжения в проводах У„ целиком зависит от конструкции, однако в 6 2.10 дан способ выбора 1'. пз условпй минимальной массы батареи н проводки.

Для каждого типа солнечного этемепта я определенного защитного покрыпш, описанных з й 26 (или для тех типов, для которых уже разработаны коиструкпнн), выходное напряжение при чаксвмальноя выходной мощности к копну пер>юда зксплуатацпн одного солне пюго злемен. та, покрытого стеклом, находят нз уравнения

1> У Д ДУ, Д.>,,У„(ТимТ,), (2 26)

;где У, — выходное напряженно прн максимальной выход-

Ф

ной мощности покрытого стеклом солнечного элемента прн стандартяой температуре Тз после облучения электронамп .с энергией 1 й(эВ до уровня Фз, см-' (Фе — число частиц, попавших на элемент за время его работы), ЛУт — изме- пение вьжодпого напряжения прн максимальной выходной мощности вследствие изменения плотности потока азл)чення от 5 ло 5' (см й 1 24). Соответств)юшее изменение напри кения нпрс шляется пз характеристик солнечных элемен>ов, приведенных в й 1.25. Гг„„ — температурпыи коэффициент для вы>юднога напряжения прн ыакснмальпой выходной моп>ности; Т„,з — рабочая температура солне пюго эле»сптз (с». 9 2 14); Г„ — стапда, гяая температура испытаний солнечных этемептоз (25 нли 28'С).

Число параллельно соединенных элементов. Представим группу яз 1,, со,шсчпых темы>тов, соедняепных последовательно. в в>ше непа п.н элсчен>ов Вся солнечная ба>арса состоит из Х„„послед>>взгег>ьп>зх цепочек, соедн. пенных межа) собой параллельно и обеспечивающих пеоб

.'," ходимык ток нагрузки. Число э,темен>он >у,р находят нэ

йг

4 ' следу>ощего уравнения:

Л>ы= — 7 (Г„„, 12 274

где 7,„, †средн значение выходного тока прн макси>!>„'ь>алькой выходной мощности в конце срока службы й „и ",„ элементов, соединенных последователыю н покрытых стек,. лом. Этот параметр определяют при рабочей температуре .'>,':; Таза в условиях уиеньщенного освещения, соответствующего потемнению покрытия, падающего под углом солнечного

' излучения

У„„=~',7„,„, п (2 284

Здесь

. =',,„э5', (1+5', >Т„м - Т)(Р, „(Г)„12 294

7 э — выходной >ок при максимальной выходной мои!ности

солнечного элемента, покрытого стеклом (с походной прозрачностью), при стандартной температуре 1з после облуче>п>я электронами с энергией 1 ТбэВ до уровня Фе, ем †';

5, — эффективная интенсивность соляе>ного излучения длн >сто числа цепочек э.те»епгов с уче~ом снижения прозрачпг>стп покрытия вследстнне деградация, увеличения расстояния до Солнца н отсутствия пеперпевдн>улярностн падения излучения (см 6 1 24) (85 измерено в долях солнечной постоянной; для плоской оатарея солнечных элементов все 5, равны между собой, поэтому индекс !можно опустить; 3', те>и>ературиы» коэффициент для Г„„ы Гэ,з — рабочая температура солнечного элемента: Т>— температура стаядзртных испытаний солнечных элементов (25 алп 28"С); Г, †факт, учитывающий деградациопяые н коммутационные потери (см 4 1.21), для многих конструкций значение Г,, лежит в диапазоне от 0,95 дс 1,00, (Г,),— фактор, у>ятываюп>ий затемнение >-га числа параллельно соеднненныт папочек (сч. й ! 16). Для незатемнеиных цело >ек Р,=),00.

Параллельные цепи. Все послелозательяые цепочки элементов соединены параллельно между собой по крайней мере в начале я нонце цепочек Однако обычно в послелователыю-параллельной группе элементов два кни более элементов яз соседних последовательнь>х пепо>ек соедине. ны параллечьно.

Прн таком параллельном соединении повышается наде'кность солнечной батареи, создаются обходные паралз* зз

0043

Распознанный текст из изображения:

дельные цепи для прохождевия тока прн отказе типа обрыв, происходящего у одного илн нескольких солвешпзх элемептон вследствие механического повреждешш элемеитан, отслоения контактов нли неисправности а межзлементных соетинен~ях

В случае отказа типа обрыв одного цз элементов соседвие параллельно саелннеяные солнечные элементы будут частично илн полностью проводить ток, катармй проходил через отказавгпий элемент до его выхода пз строя.

Значенгге тока, который могут проводить ксправные солнешые элементы, завясвт от рабочего така элемеятов да выхода пз строя одного из них и суммарного тока короткото замыкания соединенных параллельно исправных элементов после отказа Если разность этгь» толов меньше тока, пропускаемого вышедшим из строя элементом до его отказа, то на исправные элементы будет подаваться обратвае иапрян ение смещения (см, ф 1.19). Обратное напряжение смеюеиня, в свою очередь, может приводить к выходу пз строя элемента в резгльтате нревыгпення уровня допустимого перегрева (см й 1 20).

Всгш на солнечных элементах конкретная конструкции возпнкпют обратные напряжения смещения, то в этом случае надо при проекюгроваяин использовать рекомендация, предложенные в ф 2.11

Зз. РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СОЛНЕЧНОН БАТАРЕИ

Процесс компоновки элементов па поверлности панели заданной плоша.тя, предназначенных для солнечной батаре~ космического аппарата, ааключается в таком размещении последовательных цепочек солнечных элементов, абъедггне~гггых с помошью пара.тлелыгых перемычек в группы н модули, прн лагг ром энергия, получас»лая с единицы плошади, максимальна, причем остается необходимое пространство для электрических проводов, соедипюогци» цепи «алисины» элелгентав с выходными клемчалгн элеьтрохииическнх батарей При необходимости оставлястсн также места для б.юкнруюишх шахов (макну солне гной батареей и этеьтргллампчесымгг аккумузгяторал~и) я бзвпаспых диодов. предатв1лапгающнх отрипатслы|ыи эффект затенения масси паследователыюй цепочки элементов.

Расстоянии между элементами батареи. Значение м~- ннмальиога промежутка между соссдвпин элементамн, измсреш ае прв комнатной темпсрашре, определяется главным образом размсрамп солне нюта элемента с покрытием, коэффициентом температурного расширения матерпаЛ4

:.") Ла панечи н мянимальнай возможной температурой (на , теневых участка» орбиты) Неточности прп сборке солнеч":Уной батарея, папрвмер, в расположении клеяшего слоя, ,-„соедвпягашега элементы с панелью, оказывают влияние, ,:; аналогичное тому, которое производит разброс размеров ,"1 температлрпых петель внутренних проводников батареи,

а также различие напряжений, генернрусмы» солисч',; нымн элементами соседних

В т

14. Пеночек.

Реальный минимальный .; зазор между элсментамн в

собранной группо, включеннымп параллельно, равен 0,1 ми, а между элементами :" зо)л мея,ду соседними элек: цепачкв, соединенными по-

следовагелыю,— 0,5 мм, затричсскими цепочками ле- (

жит в диапазоне ат 0,5 до

лгм итог затор глпредетн Рэл ЕЛ8 Сыно !о»но.гнаоииз соъ

чо влил . е. »тоэ на со. ночная ется зазором между' эле- оот гос л ео размера

мснгамн, если используется покрытие такого же размера, как н элемент нлн меньше, пли зазором между покрытиями, если используются покрытия большего размера, чем элемент !!спользуя рпс 23 и лравнснии (230а) и (230б). 'юнона рассчитать плошадг, неооходпмуго дтя раэмсшсиня группы цепочек:

(2.30 а ) (2.30б)

Л= — МС (гб — П П;

В=йг()НАС-1-Г 2Е

и где С вЂ шири солнечного элемента в направлении

парал 1сльного соединения; Н вЂ” расстоянве между солнечными элемеитамн в направлении параллельного соедвпепня. С --дыша солнечного элемента в направлении послед лвательиога соеднпения; С вЂ” расстояние между солнечньшп элементами в направлении последовательного сослгггиеиггя, Š— шарипа крайней контактной полосы; Е— расстояние меигду крайней контактной полосой и солнеч.

иыи эдеме ~голл..)1, А' — число элелгентов, соединенных параллельно н последовательно соответственна

Размеры С н )У должны определяться с учетам максимальных размеров салпечаых элементов. накрытых стек.юм (данс.пппельные свсдсная о расстояния, мс,кду элементамн привезены н ф Ч 121

0044

Распознанный текст из изображения:

з.га. ВлектРОНРОВОЛКА салиечнап ВАтлРеи

Злектряческяй так, вырабатываемый солнечными элементами, поступает по межэлементным соединениям, проводникам и кабелята илн плоским проводникам к выходному разъему солнечной батареи (см. гл, 3). Выходной разт,- ем имеет ответную часть на основных токовыводящнх шинах солнечной батареи. Разли пгые виты элементовэлектрическав цепи солнечных батарей, так же как в основные сведения по их конструированию приведены в гл 3 Злесь рассматривается талька вопрос о выборе размеров правадникав

Длв чпогих космических аппаратов ограничения по массе не позполягат ныбярать таьяс размеры проводников, врн которых потери в них близки к пулю Допгстнмьге патера определяются прв оптимизация массы, которая с увеличением потерь такяге увелпчввается Для солне гпых батарей мощностью порядка 1 кВт значение суммарных потерь лля основных токовыволов составляет обы шо )з)„ однако у различных конструкднк это значение колеблется от О,б ло 5%

Оптимизация соотношения масс проводников и батареи. Предположим, чта выходной разъем солнечной батарея расположен на расстояншг 1. от входных разъемов нагрузки. Значение сгчмарпога сопротивления пары проводников, саедннягопшх батарее и нагрузку,

Рг=2РЕ)А,

а ил масса (пе считая массы нзоляпин)

гл„= — 2ЕАг),

гле р †.)дельное сопротивление проводников, А — площадь поперечного сечеяия проволнвка; г) — плотность материала проводняков

Прелположпгг теперь, что мощность нагрузки Рв, а потери мои!насти в проводниках Рв Следовательно, мощность солнечнов батареи долм на быть Рва- Рв.

Прелполажич, что мощности Рв соответствует масса батареи тв а мощности Р» — масса батареи тл. Тогда обгдля масса батареи н проводников

!.Шм г гггв.

Однако

пгг,=швР„)РС

Рв=-1г Рг=1 р1)А; Р =! „1в

тг:;

,.: где !тв — напряжение на нагрузке; 1,— так нагрузки. Из ),.этих уравнений находом

.и„' (2.а!)

'1.,Дифференцируя ва А выведенное выражение для гИ и ;;:,(нрпр впивая полученную производную к пулю, находим '„'; А „ прп котором масса мияпмальпа

Аз,=ш„) р) У',г). (2.32) ~;: Из вьшнсленного такам образом значения А можно апре*:. делип Р„, прн которой масса М миннмальна.

Сравнение алюминиевых и медных проподникав. Со'-' нротггвлегггге одного проводника определяется уравнением

)г=) Е:А, а его масса —.М=АЕА=!гг(Ез)Р, где р — удельное сопротивление провалншга. Обозиачвм лгассу алюминиевого проводника Мв, а и;ксу медного проводника М„. От-':, ношение масс алюминиевого н медного проволпяконсодинаковым тдельпым сопротивлением р н длиной г(

и„) Мв=-г,д,)Р Лм.

Для )м,')гв=1,64, г).=2,70 и г(м=-8,89 г см-з имеем

М,)М =0,50.

Следовательно, прк равной длине и равном сопротивлении алюмвнпевый проводняк весит в 2 раза меньше,

х.гг. учет ВОзмОжнОсти местнОГО переГРеВА

Местный перегрев, который может вознвкать ва время рабаты солнегных элементов прк обратном напряжении смещения, может приводить к выходу солнечных элемев-

тов нз строя, а следовательно, н к связанным с этям дополнительным потерям мощности солнечной батареи (см. й 119).

Тг.тулльиость проблемы местного перегрева, если опа вгюбшс существует для рассматриваемой копструкпви салнегксй батареи, зависят от элелтря геолого я температурного рел,ямов эксплуатации солне вой батареи Обратные плпря.ьещгя, которые привсдят к нарушениям в работе с лпсчпой батареи, вшзнпьают прн сгшествеаной рвзннпе междг ялпвяв еяпеч на нагрузке и напряжением холостого хо,га ггепгг ггггг элементов. Потешшалыш опасяый нагаев солне и ого этемснтз, нвлодящегося под обрвтныч напряженнем смепшчпя. может проязойти толька вследствие недос" а сочно быстршо рассеяния теплоты в элементе нля элсмшгтал, а также сс.пг количество вьглсляечого элечев- вт

0045

Распознанный текст из изображения:

том теплоты велико по отношению к теплоте, отводимой от элемента.

Если в данной конкретпов ионструкцнн можно предполагать о возникновении такой проблемы, то необходимо провести анализ этой конструкции (см. й 1.19). Пользуясь материаламн й 1.20, теипературу солнешых элементов можно определить.

Если прн анализе подтвердится предположение о существовании местного перегрева, то для снижения обратггогп напряжения нлп увелгшенкя теплоотвода (нлн одновременно того н другого) необходимо произвести следующие изменения в конструкции батарее

1. Устранить корою.ое замыкание солнечной батареи иля ее части, т, е, сделать так, чтобы регуляторы шунтового типа вктючалн батарею на напряжение нагрузки, а не на нулевое напряжение короткого заггыканпя.

2. Уменьшить чнс.ю последовательно соединенных солНечных элементов плн включить дволы, ш>тгтпрующпе каждую параллельную группу элементов. Например, прн разделении солнечной батареи на две одппак~ вые батареи, соединенные последовательно п акгеюшпе общую шьп у, подключенную ь регулятору нНнтового тяпа, снижается шсло последовательно соедпнепяых э.т.ментов в 2 раза.

3. Использовать цспоп н последовательно соединенных элементов вместо цепочек последовательно соединенных групп параллельно включенных элеменгов

4. Увеличивать число парагшельно соединенных элементов до тех пор, пока исправные элечегпы не будут способны пропускать ток, несколько болыцнй, чеч тот, который пропускал неисправный элемент дп отказа типа обрыв (для этого обычно неогбхо>тимо около десяти параллелько соединенных элементов)

Б. Увеличить теплоотвод в поперечном направлении и рассеяние теплоты солнечными элементами н материалом панели (нля воздействовать хотя бы на один из этих процессов).

2.12. ОБЕСНЕЧЕИИЕ НАДЕ>КНОСТН СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Для обеспечения надежности солнечной батареи необходимо увеличить размер батареи п снабднть ее резервными элементами. Прн увеличении батареи на одну нли несколько цепочек элементов обеспечивается нормальная работа батареи прн потенциальяо возможных отказах элементов в процессе работы в соответствии со статистически установленным числом отказов солнечных элементов,меж- Вв

.',.вЛементных соединений, ивяных нли сварных соединений, :),контактов и т. п. При создания дополнительных путей для

прохождения тока через персчнслснные элементы может :;: значнтедьпо повыситься надежность солнечной батареи.

232 НРОГКТИРОВАНИГ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ

СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Выла асследоввпы высоковольтные солне шы ' батареи

:> с дньпэзогом выходного напряжения от 2 до 1б кВ, пред-

ставляюшпе интерес с топ я зрения умсныпеняя потерь на ;:.:. активно» сопротивлении батареи большой мощности

(свыш 1О »Вт), а также для пепосредствеппого пятапия -", игпи ыт двигателей Превмушешва использования высоко-

и нз ~)ъженпя ннннг|ают сказываться прп уэслнчснпи вм- Е ходного пэпрялгенвя солне шой батареи свыше 1ОО В и

соотвггствтк»пем узгеньшен1ш зна ~ення максимального рабоче»о тп.п батареи (прп постоя»ной выходной ч~лггпостн батареи) [2. 3).

Г:ре.ш осг;оепп 1стей, характерных дгш применения вы.

соьовгльтиых со шечг1ых батарей па Земле, а также во

3 время ьостгнчссьнх полсшн, след>ет прежде всего назвать

наля ше плазменных токов утеч~ и п разрушение изоля,": ционных ма~ерпасгпа. Через плазму возд>ха, окружающего

солне шую батарею, могут протекать большие токи утечки

(см й 3,44 п 349), которые значительно сннжагот выходную мощность солнечной батареи. Воздействие высокого

напряжения и короняын разряд могут приводить к ухудшению свойств батарей» разр>шепню изоляционных материалов

Практические рекомендации. Практические рскомснда-

цпи, следование которым претютавляется в настоящее время залогом успешной работы проектируемой высокавольт-

ной солнечной батареи, говорят о пеобходнмост 2 при создания батарей данного тяпа

!) пою»стью изолировать электрические цепи, включая солнечные элементы, ан>треншге соединения, контакты

ат плазмы окрулгающего воздуха; 2) свести к минимуму нли полностьк1 устранить мелкнс

отверстия и пустоты в нзоляпионных стоят;

3) использовать шунткруюшпе диоды лля повышешш

надежности солнечной батареи н для уменьшения влияния местного перегрева (яз.з* возможного попадания элемен-

тов под обратное напряжение смен>ения)

82

0046

Распознанный текст из изображения:

755

гш

2.14. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМИЕРАТУРМ КОСМИЧЕСКОЙ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Температура солнечных батарей в космосе определяется только теплопередачей ттзлучсттием. В соответствии с этим раваавссная рабочая температ>ра солнечной ба- тареи

А,Рж. 2 9. Завнснвостн температу'(ры солил«лой блтврсн от расстанная лл Со юа >плоска панель л «Ш«лн врлылалл лсрвлнлнхулаоны *,": Ийлрввлснлю солнечного взлу«с«;,внн, влл,лю>н гсьлл бз л ре « . ра.

«чю ««)

Температура батареи в каждый момент времени прн попадании ее в тень зависит от времени затемнения т„; ее можяо найти пэ уравнения

т,(У,)=.тм„~)+' "'"'"" '"' "" '"'"1 . (2.34)

В формулах (2 33) и (234) а, — иптегралытый коэффициент поглощения солнечного излучения поверхностью элемента; Г,„ коэффт«циент заполнения напели салпечнымн элементами. Ч„ы — реальный к. п. л солнечного элемента; Ао. — обитая тшощадь перелней поверхности солнечной батареи; А,. — общая плошадь темновой поверхности соя печной батареи; ел,„ — полусферический коэффициент поглощения солнечного излучения передней поверхности солмечной батарея, г„ л — полусферический коэффвоиент поглотцення солнечного излтчепия передней поверхности солнечной батареи; 3 — солнечная постоянная (см, й 3.3 и б б); при работе солнечной батарея с концентраторами 3 умножается на действнтелыюе значение коэффициента концентрации; а — постоянная Стефана — Больцмана; млл— массовая тсплоемкость солнечной батареи; à — угол паде. пвя солнечного излучения иа солнечяыс элементы (см. й 1.'23)

Общим впряведенных выше>равнениях явлнютсянзлугательная стюсобиость псредпей и тсмновои поверхностей солне шой батареи и плошадь ггзл>«а|ошах повершастей. Из этого с.тсд>ст. чта > ченьшепие рабочей температуры в результате >пело«ения кол«гчестла теплоты, отводимой излучением, прнводнт однонремснио к неже«гательному повышеяию течцературы неосвещенной батареи. Поэтому лучгпе всего сначала уменьшить поглощение солнечного тгзлучсчшн бам«реей (увелвчив при этом к. п. д, солил щых эо

' Элемешов) '. а затем уже ут увеличить нзлучатсльную "„способность.

Темпершура неосвещен-

!" ,ной солнечной батареи по"„: высится лрн росте теплоем', кости солнечной батареи в

55

результате увеличения аб- гг 5«дг эг тэ чг тл тг ', шсй массы батареи илн за- рлггюылыдггллм(л,лл ,О)'мены нмсюгцихся матерна;.,Лов другими, обладающими большея удельной тепле-

емкостью Для этога использовался бсриллгий посколь!Уку при комнатной температуре он обладает вдвое большей ', 'удельноу~ теплосмлостью, чем злат«пипой. Пртг низких тем, пе)татурах, однако, зто отоошепие >х«еггьтпается

Из рис. 2.9 ннлно, как сильно зависит Ул„от расстоя-

ния ло Солнца [см уравнение (2.32)[. Кривые на рис. 29 :,'. построены в предположения, что элементы не рабатагот !' (Чл.в =0), заввснлгасть плотности потока солнечного взлУ- ',: гения от расстояннп до Солнца определяется уравнением ;:, (1.63) и Г=О. Значения отношений а)л (рпс 2 9) справед. ;!.Ливы для случая, когда ьм,,=е„ „ н прп подстановке этн; л:.Отношений в ураввеяпе (2.33) для вьпшсленпя Т„ б ях вада тт разделить па 2.

Зависимость те«шературы ориентированной плоской >:.солне п«ои батареи, находящейся на земной арбате, от вы,'соты орбиты показана в табл 2 4 С удалением от Земли !«гемперз ура солнечной батареи падает в результате умень: шеннм ичтесснняости гтггфра~ расного излучения Земли н ;:излучения, слатанного с диффузным отражением солне мгой ,' радиации от Земли н атмосферы

' Необхолою о м оль, по лыло..алт ожоврсх лво зт лэа нл '; нлрлый взшлх сш ры нно вротллор» ых трсбоввлвл лох во лу : ус. опии, оо >ысн юююл ллг.нннеявл о. в лой рвлнанвл поверхностью . аю«смей булст прог,схоллть,т ю л тлт внтлрюлзх сл трз Сознал, ко.

юрыл н«нспотьзутотсл сол: «л мв з.ы«н а«л тл лрл брлзола«ня ': л лллл рознгрглю — Прл.«рлд лгл *

гц

0047

Распознанный текст из изображения:

Т а б л и и а 2.4. Базвеимлезь раншавеевей тазшературы влас клй

панели силвечвых вземевивв лт высоты «ругвшю ирбиты

г. с

г, с

а.

бег л5 5!

67 55

7 4!О

!4,620

ЮО 740 1,1!О 1,55О

гг, ШО 35 вщ

2.!5. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

НАЗЕМНЫХ СОЛИЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

2.16. СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ

КОЗФФИЦИЕИТА ПОГЛОЩЕНИЯ

Чтобы )меньшнть среднее зяачевне эффентивного интегрального коэффициента поглощения солнечного излучении ае батареи, нужно:

() использовать селектнвные оптажающпе фильтры для отраженая той части солнечного спектра. которую нельзя преобразовать в элезтрнчесьуто энергию (обычно полрытия поглощают в этих спектральных интервалах);

92

Для теплового расчета наземных солнечных батарей можно допустить, что количество теплоты, отвопвмой от батареи излучением, приблизительно равно ьаличеству теплоты, отволнмой за счет конвективпого теплообмспа. Из анализа уравнений териодннамнкн следует, что с точки зрения сугубо тепловых свойств модулей солнечных батарей материал прозрачного защвтвого окна должен иметь как ыожао более высокую удельную теплопровоиность и излучательную способность, а само окно следует делать возможна более тонким Кроме того, защитное стеклянное окно-покрытие должно соединяться с солнечнымн элементами очень тонким слоем связующего материала Для эффективного конвективного охлаждения полезно использовать металлические панели с ребрамн, поирытымн краской с высокой тшлучатезьной способностью. Толщина связующего слоя в слоя диэлектрика между злеиентом н панелью должна быть наименьшей Передняя сторона панели (на которую крепятся солнечные элементы) дотжпа пыеть низкий ннтеграгтьный коэффициент поглощения солнечного из.тучення.

2) свести к минимуму потемнения покрытия и клеящих : сги:гаван, что в свою очередь приведст к увеличению погпошення взлучения к концу срока службы батарее;

3) нанести иа все поверхности солнечнов батареи, не

занятые солнечными элементами, покрытия с высоким коэффициентом отражения солнечного излучения;

4) увелшнть к п. д. солнечного элемента в конце сро- У ка службы.

Прн уменьшении поглошающей площади Ал также снижается рабочая температура, пе оказывая существенного влияния на температуру неосвещенной батареи. Уменьшит!» площадь поглощающей воверхпости можно с помощьюлю:. бого пз метолов, указанных в ф 2.19.

Чувствительность температуры солнечной батареи к изменению любого из влияющих на нее параметров можно изучить путем дифференцировзяви уравнений (2.33) или [2 34) по нужному параметру. Если полученное уравнении разделить на исходное, то можно оценить относительиос изменение абсолютной температуры.

Зада«а. К к изыеннтса раба:!ая телтлература сезнечнен батареи

лрн умен еил!и исзффнлнентз леглешенаа сллнетаа!е нааюыили а, ет

1.00 Хе 0,96т

Решаю Ура ненне (233) перепишем н ела

т'=ю

лде З вЂ” а<мел»ннаа, ньлш ашша н ееба зсе ас!ааьаые переменные

(ст а н нт лште ины !и) Дт!Фференннрул т е уравнение, лла("таем

4 Тенг = З (Ка,)

Прелбр туе выражение, катсрле ие.!!!атея лрн зелена второго уран-

ненни на еераее

Ьггу.—.бл, М(л,— Т„„Ш, 1

Пласта и а иеп! шипел значении нелитин арлена Щ, тж,т=(,

ПТ=ЬТ и Иа,= тт — ! „. не. у л м сле нешени

.\ Т,' Т= (О 95 — 1, 00)т4 (О 95 — 0 1) = — О О! 47 Если лабота, мшратура разин 300 К (23'С), т ЬТ= ОО!47

Х300= — 4.4 К Еези ые рабы!ал температура равна 330 К (5('С), тз

ЬТ=. 00147 330= — 4.9 К Сз исаатюьие, лрл ушньшешл и, ет 1,ОО дл 0,95 емнерат ра батареи сннзитсн ирабзиатп а!, л на 5 К (5'С).

2.!7. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ

ИЗЛУЧАТЕЛЬНОИ СПОСОБНОСТИ

Эффективное зяачевие излучате.тьпой способности :. сознечаой батареи можно увеличить, понысни взлучатель.'.ную способность покрытий солнечных элементов (напри-

93

0048

Распознанный текст из изображения:

мер, стеклоплеика, стабилизированная двуокисью верня, имеет болыную нзлучательную сиособность, чем пластинка нз плавленою кварца, ио одновременно с этны и более высокий коэффициент поглощения), что достигается нанесением на всю переднюю поверхность солнечной батарее, пе занятую солнечными элементами, покрытия из материала с высоиай излучательпай способностью )а также с большим коэффициентам отражения э области солнечногоспекгра), такого, например, как терморегулируюшая белая краска, а па тыльную поверхность солнечной батареи— другого покрытия, тоже обладающею высокой излучательиой способностью )черная нлн белая краска).

Сниншння рабочей температуры солнеяного элемента можно также достачь, увеличив излучение А, (см. 9 2.!9).

Знднса Кзь чзмснзпся рвбочзя е нерзтурз орне~зтзровзнзюус ьос юисс ой созвюной бз зрея ири возрзствнин иззучз е.жной снособно. *стн е ворваней ооз р. жзсти от О О зо О Обо Пр сия ь е„,,=ось

и Юю,ьнфференняруе с сто во иеремснно~з е„,

4ГЫГ= — й'Л,,сз, ))е,,л,— з,,л „)з

Развесив в орое уравнение нз н реос и заме ив зифференжзззм нз

моне нне ирирзжсвня, получим

ьг

Позе звне чис.еяв и знзчения, волчин

зг

= — )О,ОЗ вЂ” 0,90)тс)0,90-)- 0 Об) — — — О,ообз,

у

2)рв рзбочей темнерзтуре 930 К ЗГ= — К2'С, Тзкнм обрезом, уве.п

янис нзвз ~зтезьной свособноса. передней иозерхност и сознезной бз

тзреи от 0,90 зо 0.9з орки,ти ь снижению рабочей темньрзтуры б*

~врси прибчилаюьно из 2'С

2.19, СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ КОНВЕКТНВНОГО ТЕПЛООБМЕНЧ

Каннектпвный тепзообчеп яиземных модулей солнечных батарей можно интенсифицировать за счет увеличения ловерхвосп1 теплаотдачн, скорости охлаждающего потока яз

Бли замены одного охлаждающего вещества другам. Соз-- дание на темноной поверхности модулей с естественным Р! охлаждением ребер, увеличввзющих поверхность тепло=', сброса, является эффективным толы<а прн скоростях ветра

~выше ! м!с. Для улучшения охлаждения также можно тстававливзть модули под некоторым углом н устранять возможные препятствия воздугпному потоку и создавать промежутки между соседними модуляьгя

2.19. СПИУКЕИИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СОЛПЕЧНОП БАТАРЕИ

Проблема снижения рабочей температуры солнечной батареи является осаГ>сино серьезной при проектнрованнибатареп для космического аппарата, направляемого к Солнцу или ь планетам солнечной системы. Снижения рабочей температуры солнечных элементов обычна достигают увеличением плОщади нзлучагошнх поверхностей, возннкагащим же прн этом снижением мяпимальнои температуры солне шых элелгентов пренебрегают. Рабочую температуру солне шых элементов можно уменьшить с помощью:

!) наклона батареи — при иеперпендикулярпом падении солнечных лусей нагрея батареи снвжается прогюрциаиально косинусу угла падения солнечного язлученпя аа рабочлю поверхность батарея;

2) создания мозаичной батареи — между солнечными здемептаыи оставляют свободные площадки на поверхности панели, снабженные покрытием с высокой отражательной )по отношепшо к солнечному спектру) н излучательной способностью для одновременного уменьшения а и А„ и увеличения и А;

3) нанесения шстачно отражагощих покрытий — гастьглощадн каждого солнечного злсмс~тта занимает покрытие с высокой отраясотельной способностью, по снижает а и А прн постоянных з н н А,

4) нанесения полупрозрачных покрытий — иа всю плошадь солнечных элементов наносят полупрозрачное покрытие, гго снижает а, не влияя на е с,;

5) созда шн охлаждающих ребер — пласквн нлп изогнутая солне пвя батарея снабжается ребрами охлаждения, что узелкчпнзст плошадь тсплосбрсжа па темюзвой поверхности солнечной батареи;

61 испальзоваяня солнечных батарей разсшчной геометрической формы — у солнечных батзрей конической ли.

щ

0049

Распознанный текст из изображения:

бо какой-нибудь другой формы зффектнннзя площаль охляжденяя больше площади поглощения„

7) нгпользонання вращаюшнхся солнечных батарей— плошаль поверхкогтп пзлученкя п этом случае может быть прнблнзптельно я л раз больше площади поверхности, поглощающей солнечное нзлучепне

Прц охлаждепюг солнечных батарей, работающих с концентраторпмн, возннкзют в основном те же трудностн,ято н пря охдаждеппн плоскнх солнечных батарей, хотя появляется доиолннтельно проблема передачн тепла от солнечных э.тементов к теплоотводам. (Описание концентраторов дано и й 4.10)

Снижение температуры неосвещенной солнечной бата.рея, Интенсивность тепласброса нзлученпем заачятельно пздаег прп поннжекпя темперзтуры солнечной батарея, .Так что огпавпым параметром, определяющим температу. ру неогвещеяшф солнечной батареи, становятся ее тепловая масса шг. Из практики известно, ло есш» период тени ллнтгя более 50 мнп, то температура солне пюй батареи СтананятСЯ ПРаК»НЧЕСКН НЕЗаПНСНМОй От Тпья, Чта ПОД- твердкдлет большое зннченке массовой теплоемкостя батарен шсл, Ианболее простым решением проблемы чрезмерного снпження температчры неосвещенной солнечной батарея являегся, разумеется, прнланне батарея таких тер.

момеханнческпх н электрическнх свойств, при которых не еуп1естпует ограничений мнннмальной температуры неосвещенной солнечной батареи. Еслн, однако, этого доетнчь яе удзетгя, необходнмо увеличивать теплоемкость и массу холпечпой батарея.

Зада»з Кз» .»зюзн »я;гмпсрагурз зеасьгыгнзай садка»нан бз а Рги прн узглкчснки ьыс»авай гезлаемкагти Мс нз )О И 1

Рв ьаа Перез»»п»см ураззекнс (234) з виде

Тьы) '=-1-)-3(ь„»,1,,-)-»а л,ь)Т-',*11,(ш

н прадвффгреядяууеч сга относительна нера> ьязай Ис

3

— 7; 1Т»= — 3(=, ьл„ь+»,4»ь)Т'ь„зг»(тг»)'»1(мгг) Рзздгюпз пас»ьдзгь ууаззькзь нз прьдмлушее я заяензь дзффьугзпдзды лззуааьняичз, за»учим

дт ~

В бсд»мял»где ю ьез Рьба ая т чюрл )уз .ака ь зргць ь»п )ОО да 1ОО ЬЗ за» а»1».снач, садсумащдя Т, ь, яакко пргнсбрсчь. за.

у,зф . »ка»ьчу аз зная павка 1 з ~рь» П ига пгззам ззд уьазнюзе гфлмпст»

=-О)а»Ь-ОО»»3 П»а,зы ь»ю — ысрь»уус дь с спгаы й садке»ззй

;"-",:'; 220 здщитА солнечиых БАСАРеи От иОнизиРУющеГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ

1(з рзботу »о.»псчаь»» батарей»уществешюе возденст

.у'„'!';:'(', Ннс оказывает мшыпрующее нзлученне космического прот

Зг, ьтрзпгтзз Это паз,деясгпне всегда проявляется В ухудше

' ТЧ»!' ннп хз »зктерпстнк пггг. ьных солнечных элементов н ба-

."1' '

ь~, тзРгй п Целом. пРнче»1 с Упелнчепнеч пнтегРальнога пото

кз напила»юшего пзлу гения свойства еще более ухудша

юпя Зт» ухь втенне спойсгн гс»лпечных батарей обычно

ь

а;»пь»ято пззынять»)ггр»1»)а»4»»гг)

йзь ьа», рак службы когчпчегкнх зппзратоя прямо

зависит аг срам ст»жбы солнечных ба»зрей, то основной

ззтачей, атон»пей перед разрзботчнкамн, япляется создаппг таких копстр»кппн багзрей я защитных материалов,

которые н гоя»»ьупв»стя абрззояыяалн бы ззп1яту солнечны» ьл»шептш» от рззругпзю»цега нш»япня поннзяруююего

)

н»луче»п.я ьа чп»есьио пространства

С 1-1егам ню о»орых особенностей хзрактернстик конка»р»кппсп язту ьм1пя каг»»нчгс»,а»о пространстве пе предстзздяггся Ва»»а .кяым »н»ггпечпть п 1.1ну»о .»ащпту солнечных бзтарей Поэт»»му прп рпзрзботке солнечных батарей

пряха:штгя ргшзт1, зздз:» поя кз средств. обеспечиваюпгк» аеьатпр»»й» птпюльпый д.»я дзппа»о космнческого

»Ш1ьл тз гр к ьбирг»тпвнан гц гьбы солнечных батарея.

)!Рп решсш1н з»Щ» ш ичп д »лжаы учнтыпатьея.

1) тргбуечзя ш»»а».1, я»гоппюсть солне»»пего элемента;

2) пзг з мл»еча н' бзт рея, ззпягяп1зч н пгпавяом от

чзгсы по.»11 р»в» тнп1.алых пдзс11п» и зз»цнтныд покрытий

З.Ч»1»Г П З,

стан»ю т». » т .с и зых дтгпгнтов н стонмость бзтзце.»ап,

пагакн 1. с»ачсг».аг»» п»л»чш»пя на »фбпте яля трасрок службы кагмнческого объекта

3 2

3)

1»ен н

.1)

е ктарВ

5)

3 д 2

7 Обпу

27

0050

Распознанный текст из изображения:

ия

Особенностк воздействие наннзируюн(его космнческого нзлучевня па солнечные элементы можно найтп в некоторых соравочяяках' Ианпзлрующее нзлученне рапнацнонны« поясов планет. в частности Земли, солнечных вспышен, солнечного астра, га.и«тнческого происхождения разлвчпым абра~оп воздействует на космп ескнс аппараты. Это разлнчне завнснт ат траектории (орбнты) нх полета. Спут- анки Земля, орбнты которых нахолятся ниже радпацнонных поясов, вспытыва~ат относительно малое раднацвонное возлействпе, а коскашескяе аппараты, орбиты которых перетекают нлн накопятся длительное время в радиацяонвых поясах, оказываются под балыним воздействием яонязнруюшего палученяя В таких условиях повысить срок службы солнечных батарей можно, сохранна время жизни неосновяых носнтелей полупроводника и основные свайст.

ва р-и-перехода полупрпводника. Чтобы сохранить время жнзнн неоснавпых носителей тока, надо солнечные батарея знщнтнть ат ихчучеппя, проникаюШего через покрытие н Р-и-переход полупроподнпковой пластины элемента. В случае, когда пязкоэпергетнческне протоны поглощаются внутри н вбчнзн р гг-лс(гсходл элемента, надо обеспечить защиту от такнт частнд

22(. ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПОТОКИ

РАДИАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ

СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОРБИТЕ

П табл 2 5 приведен состав корпускулярного ионизяру юшсго нзлученяя, определяюшего раднацяонную обстанов ктг пт окояочсмпь х орбнгах, Возможно существование из лу .епяя нскусстаен-ого происхождения, связанного с высотгымя ядерными нзрывамн, которое может дополнительно возлействпвать пя солнечные батарен, как на переходпь т я временных орбптах, так н на конечных рабочих орбнта« Пгн ппнвезеяг*п тсорстнческях и экспезиментальпых данных го патнзш1ошпя«~ човрсжзсяпям элементов в литературе прннятп попользовать пояятпе нормально падаюш нй нятегральный готшг (флюенс) мокознергетнческят частил с энергней ! МЭВ эквивалентный данному числу поп сждепнй злеме тпв, ~глгг, для краткости. Эквнвалевтпьй поток частпп с ч ~сргней ! МэВ В дейстннтельпасти„ чпсгю повретк(екл(к проншолнмых электранамп в кремняевы«глнегныт элементах, завнспт от эпергвп, н поэтому для «по «тобы пыразпть это чпсто в ш(паннах зквнвалент-

' См (2*! — Лния. Рсд к р

дэ

гк,*".';;,!.р ', таблннз 2Д Раднаппимая озстанов,а на а.илозсчяык

орбитах

("Г.' ' . а — 2зп

Хбс (аса

(асс †босса(эз ж

"м!

Озн не ба Сао

ного потока частиц с эдергпей ! МэВ, введены электронные коэффициенты повреждения.

, Пвдзбно этому чпсяо паврсждепнй, пронзваднмых праТоняынтразлнчпой энергия, связываюг числом поврежде.'ний, яронзваднмых протонами с знергг~еи (О МэВ, с помошью'протонных козффпцяепт,в паврсждевнй В сваю оче.

'редь, число поврелгдеппй, пранзводнмых протонами с энер(., гией (О МэВ, связывают с числам повреждений, создавае.

мых электронами с энергией ! МЭВ, нспользуя прн этом коэффициент перехода ала преобразования Козффнциент перехода определяет, какая доля гивреждення, вызываемогп данным видом пзлученкя, прнхадптся на одно поврежЛенке, создаваемое эталонным излучением. Твк, например, одна протон с знергпсй (О А(эВ создаст столько же поврежденпй, сколько вызывает поток ЗООО электронов с энергпей ! МзВ. Каэффнцпепты перехода, нспальзуемые ИсследоваТелями д,чя поврсждсшгй разлнчнык типов кремннедых солнечнык элементов, лежат в пределах от 2000 до 7000. Для оценок раднацнонпых повреждений высокоэффектявных каскадных солнечных элементов пользуются коэффициентом преобразования, который определен экспернментально н равен 3000.

Эквнвалентный поток электронов с энергией ! МэВ может служнть одновременно характеристякой сннження тока я напряженна солсечпы« элементов

Для характернстнкн протонных павреж.(епнн соапечаых

элемедтов необходимо использовать (ва разлачных значевня зквнвалентного патока электронов с энергией ! МэВ: Ъ . ' Одно для описания деградашш шка элементов, а другое—

лля леградацнн напряженна.

Ниже приведены преверы нспользовапья понятна эквнвалснтпый поток для описания радыацво~ ного воздействия на элементы в заансимости от полалгення н высоты орбиты спутпнка в космы ~саком пространстве

з дд

Картинка-подпись
Хочешь зарабатывать на СтудИзбе больше 10к рублей в месяц? Научу бесплатно!
Начать зарабатывать

Комментарии

Поделитесь ссылкой:
Рейтинг-
0
0
0
0
0
Поделитесь ссылкой:
Сопутствующие материалы
Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее