Системы развертывания солнечных батарей

Схемы раскрытия фотоэлектрических батарей. Классификация схем раскрытия фотоэлектрических батарей , страница 7

Укладка солнечной батареи в исходное положение происходит так же, как и ее развертывание, только электродвигатели переключаются на вращение в обратном направлении. Фиксация панелей солнечной батареи в сложенном положении на этапах выведения космической платформы на орбиту и спуска на Землю осуществляется с помощью стопорных замков с автоматическим управлением.

2.3.5.2 Схема раскрытия солнечной батареи переменной площади

Модификация моделей спутника L-SAT, обеспечивающая возможность уменьшения их площади, изображена на рис. 2.29. Основные принципы хранения зачекованной и сложенной панели вдоль борта спутника и развертывания панели путем растягивания полотна секций между двумя закрепленными на развертываемой мачте плоскостями оставлены неизменными. Однако для изменения площади панели предлагается использовать тросовый механизм. Также предусмотрена возможность повторной зачековки сложенной панели.

Планы дальнейших работ по созданию перспективных развертываемых солнечных панелей предусматривают разработку упругих межсекционных шарниров, упрощающих управление раскрытием полотна, усовершенствование механизма натяжения с обеспечением возможности частичного складывания полотна, разработку пружинного контактного переключателя, позволяющего выключать из цепи кабельную сеть сложенных секций, а также другие модификации.

Рис. 2.29 Схема раскрытия БФ переменной площади:

а – сложенное состояние, б – раскрытое состояние; 1 – панель БФ, 2 – трос механизма перемещения верхней плоскости панели, 3 – рифовый трос

2.4 Применение схем раскрытия

Раскрытие БФ представляет собой особую проблему конструирования КА. Так как БФ является наиболее крупным узлом солнечной электрореактивной двигательной установки (СЭРДУ), компоновка КЛА в значительной степени определяется типом и конструкцией солнечной батареи. Схема раскрытия (развертывание и свертывание) панелей солнечных батарей должны быть выбраны с учетом конфигурации и размещения БФ, изменения положения центра масс и центра солнечного давления, а также с учетом работы антенны, звездных датчиков и узлов обзора научных приборов. На конструкцию энергосистемы влияет также высота и природа орбиты КА. Среди факторов, зависящих от орбиты, следует отметить продолжительность теневого периода, атмосферное сопротивление, радиационные повреждения фотопреобразователей, размеры полезной нагрузки при запуске и ряд других аспектов.

По виду крепления к КА БФ этого типа делятся на консольные, т.е. прикрепляемые к корпусу КА, и выносные – разворачивающиеся на некотором расстоянии от КА с помощью соединительных штанг или балок. Конструкция первого вида была использована на станции »Скайлэб». В настоящее время эту компоновку почти не применяют. Более распространены выносные БФ. Их используют, в частности, в спутниках связи IMMARSAT и TELECOM, БФ для которых разработаны фирмой »Фоккер Спейс Системс» (ФРГ).

БФ различаются также по принципу компоновки их на космических кораблях и ориентации на Солнце. Их разделяют на неориентируемые, т.е. размещаемые непосредственно на боковой поверхности КА, который стабилизирован вращением вокруг собственной оси, и ориентируемые, которые после развертывания устанавливают и поддерживают в положении БФ, перпендикулярном солнечному излучению, или близком к нему.

Источник

Схемы раскрытия фотоэлектрических батарей. Классификация схем раскрытия фотоэлектрических батарей , страница 11

3.2.3 Тросовый механизм раскрытия солнечных батарей

Схема механизма развертывания панелей такого типа приведена на рис. 3.6. Это пример модификации моделей спутника L-SAT. Здесь сохранены основные принципы хранения зачекованной и сложенной панели вдоль борта спутника и развертывания панели путем растягивания полотна секций. Для изменения площади панели используется тросовый механизм. Предусмотрена возможность повторной зачековки сложенной панели. Работы по созданию перспективных развертываемых солнечных панелей предусматривают разработку упругих межсекционных шарниров, упрощающих управление раскрытием полотна, усовершенствование механизма натяжения с обеспечением возможности частичного складывания полотна, разработку пружинного контактного переключателя, позволяющего выключать из цепи кабельную сеть сложенных секций, а также другие модификации.

Рис. 3.5 Механизм развертывания панели:

1 – механизм натяжения; 2 – верхняя панель; 3 – штанга упругого привода; 4 – несущее полотно с фотоэлектрическими элементами (номинальные размеры 6,5ґ1,3 м); 5 – подъемные рычаги; 6 – основание; 7 – привод механизма раскрытия; 8 – обшивка КА

Рис. 3.6 Тросовый механизм раскрытия БФ переменной площади:

1, 2 – двигатели; 3 – пружины кручения; 4 – механизм сцепления; 5 – храповой механизм; 6 – рифовый трос; 7 – трос механизма перемещения верхней плоскости панели

3.2.4 Механизм раскрытия с торсионным валом

В данном механизме используется потенциальная энергия закрученного на определенный угол вала. На рис. 3.7 показана конструкция механизма с торсионным валом.

Данный механизм состоит из пары кронштейнов 1 и пары кронштейнов 5. Они попарно приварены к соседним панелям солнечной батареи. Торсионный вал 4 размещен по всей ширине панели и соединяет их между собой. Шлицами, выполненными на валу 4, он входит в зацепление с соответствующими кронштейнами (как показано на рис. 3.7). На одном конце вала 4 имеется головка, а на другом – резьба, и с помощью гайки 9 вал закрепляется в механизме. Для предотвращения откручивания она фиксируется специальной шайбой 11. Втулки 7 используются для уменьшения трения между валом и кронштейном, а также между самими кронштейнами. Для исключения проворачивания втулки в кронштейне на ней

Рис. 3.7 Механизм раскрытия БФ с торсионным валом:

1, 5 – кронштейн, 2 – ось, 3 – винт, 4 – торсионный вал, 6 – пружина, 7 – втулка, 8, 9 – гайка,, 10 – защелка, 11, 12 – шайба

выполнены шлицы. При сборке механизма втулка 7 устанавливается в кронштейн путем запрессовки. В качестве механизма фиксации панелей в развернутом положении используется специально выполненная защелка 10. Она насажена на ось 2, которая находится на кронштейне. На эту ось надета также пружина 6, прижимающая защелку к поверхности кронштейна. Пружина на оси фиксируется гайкой 8 с шайбой 12, а на шпонке – винтом 3.

Механизм собирается, когда панели БФ развернуты, поэтому при складывании панелей вал закручивается на определенный угол и возникает крутящий момент. При освобождении панели вал раскручивается под действием внутренних сил, вызванных закручиванием вала. Защелка 10 под действием пружины 6 прижимается к поверхности кронштейна 5 и скользит по ней до момента попадания в паз, который выполнен на кронштейне. Вал изготовлен из стали 60Г, кронштейны — из АМг6, втулки 7 — из бронзы.

3.2.5 Пружинный механизм раскрытия солнечной батареи

3.2.5.1 Механизмы раскрытия с пружиной кручения

На рис. 3.8 изображен механизм раскрытия БФ, в котором используется потенциальная энергия пружины кручения.

При срабатывании механизма зачековки под действием силы пружины 6, которая находится в предварительно закрученном состоянии, панель 2 начинает вращаться относительно панели 1 вокруг оси 5. Для уменьшения силы трения используют графитовые шайбы 7. Механизм раскрытия устанавливается на кронштейнах панелей БФ.

Источник

Новая система развертывания гибких солнечных панелей в космосе

Традиционные солнечные панели, используемые для снабжения энергией спутников, представляют собой довольно тяжелые конструкции, в которых массивные панели соединяются при помощи механических шарниров. В эксперименте, который недавно прибыл на Международную космическую станцию, будет испытана новая конструкция солнечных панелей, которая предполагает свертывание панелей в компактный рулон при запуске с дальнейшим развертыванием их в космосе.

Меньшие по размерам и более легкие, по сравнению с традиционными солнечными панелями, панели Roll-Out Solar Array, или ROSA, состоят из центрального крыла, выполненного из гибкого материала, включающего фотоэлементы, превращающие свет в электричество. На каждой стороне этого крыла располагается по одной узкой мачте из жесткого композитного материала. Каждая из этих мачт развертывается под действием внутренних упругих сил и не требует для развертывания специального мотора. В рамках запланированного исследования будет изучено поведение этого типа солнечных панелей в условиях микрогравитации и экстремальных температур космического пространства. Также в ходе исследования будет измерена прочность и стойкость панелей, а также реакция структуры панелей на маневры, совершаемые космическим аппаратом, на котором они установлены. Будут проведены измерения мощности, вырабатываемой этими солнечными панелями, чтобы понять, насколько хорошо панели перенесли запуск и развертывание в космосе.

Источник

На МКС установили, но не смогли развернуть новую гибкую солнечную панель из-за проблем с крепежным механизмом

Астронавты Международной космической станции Шейн Кимбро от НАСА и Томас Песке от Европейского космического агентства не смоли развернуть новую гибкую солнечную панель на её поверхности. Во время монтажных работ возникла проблема с крепежным механизмом панели, решением которой теперь занимаются специалисты на Земле.

Выход астронавтов в открытый космос для проведения работ начался 08:11 по времени Восточного побережья США (в 15:11 МСК) 16 июня и продлился более семи часов и 15 минут в общей сложности. На третьем часу работ на скафандре Кимбро возникли неполадки в работе дисплея и системы охлаждения, из-за чего американскому астронавту пришлось вернуться в шлюзовой отсек и отложить выход в вакуум. В результате он всё же вышел в открытый космос, однако из-за этих проблем было потеряно около часа.

В конечном итоге проблемы возникли и с крепежным механизмом самой панели, и астронавтам не хватило времени, чтобы самостоятельно решить их. Тем не менее, они смогли установить панель в необходимое положение.

Две новые панели Roll Out Solar Array (iROSA — версия панелей для МКС имеет приставку i в аббревиатуре) доставили 5 июня на станцию грузовым космическим кораблем Cargo Dragon американской компании SpaceX. Благодаря гибкой конструкции, позволяющей скручивать панель в компактный цилиндр, они на 20% легче и в четыре раза меньше по объёму, чем старые солнечные батареи. Именно из-за этой конструкции и возникли проблемы — на орбиту панель была доставлена в скрученном состоянии, и её было необходимо развернуть.

Установка и развёртывание второй батареи iROSA запланировано на 20 июня, заниматься этим вновь будут Кимбро и Песке.

В НАСА пояснили, что нынешние восемь солнечных панелей МКС пока функционируют нормально, однако их срок службы был рассчитан на 15 лет, а с момента установки первой панели в декабре 2000 года прошло уже 20 лет, и поэтому они деградируют. Всего на станции планируется установить шесть панелей нового типа, работы по их установке должны быть завершены в 2022 году. Это позволит увеличить мощность энергосистемы станции со 160 до 215 киловатт. Доставлять следующие батареи будут также на корабле Cargo Dragon.

Источник

Солнечные трекеры

Эффективность солнечных электростанций любого типа напрямую зависит от ориентации на солнце поверхностей панелей или отражающих зеркал. Обеспечить их оптимальное положение относительно светила помогают специальные конструкции – солнечные трекеры. Чем больше степеней свободы имеет поворотное устройство, и чем выше уровень его автоматизации, тем производительнее окажется ваша СЭС.

Общие сведения

Конструкция трекера универсальна и может управлять разворотом:

• модульных полупроводниковых фотоэлектрических батарей;
• параболических зеркал, предназначенных для фокусировки лучей на двигателе Стирлинга или нагревательном баке;
• оптических устройств линзового типа;
• прочих систем на базе PV, CPV, HCPV или CSP улавливателей излучения.

В зависимости от технологических возможностей механизма, трекер для солнечных панелей обеспечивает ориентацию рабочих поверхностей на солнце предельно близко к идеальным 90°. В бюджетных моделях периодическое изменение угла наклона приходится делать вручную. Устройства premium класса изменяют ориентацию автоматически, в режиме реального времени.

Стандартный трекер для солнечных батарей включает следующие комплектующие:

1. Несущую конструкцию. Исполняется в виде поворотного механизм на прочной опоре. Вращение может производиться в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
2. Устройство позиционирования. Отвечает за управление подвижными механизмами, в технической документации обозначенными как актуаторы.
3. Блок систем безопасности. Электронная часть комплекса. Защищает систему от перегрузок, перепадов напряжения, ударов молнии и пр. Модели элитного класса оснащаются встроенной миниатюрной метеостанцией, которая при начинающихся сильных ветрах, снегопадах и ливнях дает команду на разворот модулей в безопасное положение.
4. Блок управляющих систем. Обеспечивает возможность удаленного управления системой с любого электронного гаджета, на котором установлено соответствующее ПО.
5. Система навигации. Обычно присутствует в трекерах на мобильных, способных перемещаться платформах. Предназначается для изменения данных о новом местоположении конструкции – географических параметров широты и долготы.
6. Инвертор. Выполняет функцию преобразователя, в том числе и для подачи питания 220V на электродвигатели самого трекера.

Примечание: Уровень технологичности трекера выбирается в зависимости от стоящих перед СЭС задач. Ввиду высокой стоимости оборудования использование подобных систем в маломощных системах экономически нецелесообразно.

Солнечный трекер – принципиальные характеристики

Обязательным набором требований к трекерам любого класса являются:

• большой запас статической и динамической прочности, достаточный для обеспечения устойчивости конструкции при сильных ветрах, граде, ливнях и песчаных бурях;
• максимальная устойчивость к коррозии;
• долговечность и высокое качество поворотных механизмов, особенно частей, подвергающихся трению.

Для наиболее крупных систем желательно наличие встроенных метеостанций. Это даст безусловную гарантию автоматического разворота модулей значительного размера в безопасное положение – торцевой частью к направлению ветра.

Разновидности трекеров для солнечных панелей

Ввиду широкого диапазона спектра требований к этим дорогостоящим установкам, их ассортимент достаточно велик. Уровень технической оснащенности и «продвинутости» трекеров всегда подбирается под конкретные цели, с учетом финансовых затрат. Экономическая целесообразность их приобретения рассчитывается просто – как соотношение средств на приобретение к росту производительности станции, умноженному на стоимость киловатта. Если затраты оказываются меньше потенциальной прибыли, приобретение имеет смысл.

Трекеры одноосные

Отсутствие второй оси делает эту категорию менее дорогостоящей. Направление вращения произвольно и определяется индивидуально, в зависимости от места строительства СЭС.

Существует четыре вида таких трекеров:

• по вертикали – VSAT;
• по горизонтали – HSAT;
• вокруг наклонной оси – TSAT;
• полярное вращение, относительно стороны света – PASAT.

Управляющие алгоритмы носят название SPA (Solar Position Algorithm), и встраиваются в программное обеспечение.

Оптимальная единственная ось определяется по нескольким характеристикам.

1. Вертикальная – Vertical Single Axis Tracker (VSAT). Применяется преимущественно для станций, расположенных в высоких широтах, от 50° северной широты и выше. Вращение осуществляется с Востока на Запад. Выбор связан с низким расположением солнца и позволяет избежать взаимного затенения соседних солнечных блоков, по мере движения светила вдоль горизонта/

2. Горизонтальная – Horizontal Single Axis Tracker (HSAT). Солнечные трекеры с таким направлением вращения оптимальны в низких широтах. Панели или зеркала на протяжении суток медленно поворачиваются с Севера на Юг. Во избежание частичного затенения трубные крепления модулей с системами HSAT необходимо монтировать строго параллельно.

3. Наклонная – Tilted single axis tracker (TSAT). Чаще всего применяется в электростанциях, расположенных на местностях с небольшим уклоном или ступенчато. Выбор направления обусловлен той же причиной – недопустимостью падения тени даже на незначительную часть любой батареи.

4. Полярная – Polar aligned single axis trackers(PASAT). Для средних широт данная конструкция с одной осью признана оптимальной. Поскольку система управления ориентируется на положение Полярной звезды, то угол наклона модулей всегда совпадает с географической широтой местности.

Двухосные солнечные трекеры

Поворотные механизмы с двумя степенями свободы обеспечивают солнечным панелям максимально точную ориентацию на солнце. Это повышает удельную производительность электростанций на 25-40%, и для систем большой мощности полностью оправдывает дополнительные расходы.

Существует две модификации двухосных конструкций трекеров:

1. Tip-Tilt Dual Axis Tracker (TTDAT). Основой механизма является крупный шаровой подшипник и удлиненная сверхпрочная опора. Вращение производится вдоль горизонтальной и вертикальной осей. Управление в большинстве случаев электронное.
2. Azimuth-Altitude Dual Axis Tracker (AADAT). Наиболее современный и функциональный вариант с азимутной базовой ориентацией. Оригинальным конструктивным решением служит замена шарового механизма поворота на кольцо, с размещением последнего на отдельной платформе. Преимуществом данной разновидности следует назвать возможность монтажа на солнечном трекере типа AADAT сразу значительного числа батарей. Вынужденный недостаток – необходимость увеличивать расстояние между соседними опорными конструкциями из-за большого диаметра кольца. Смена ориентации панелей осуществляется исключительно электроникой.

Варианты управления механизмов позиционирования

Таковых существует три – ручной, автоматический и полуавтоматический способы.

1. Ручное управление

Бюджетные, преимущественно одноосные модели трекеров для солнечных батарей предполагают механическое управление поворотными механизмами. Осуществляется оно полностью вручную, либо с помощью конструкций, называемых актуаторами. В отличие от изменения угла наклона панелей простым поворотом рук, актуаторы управляются специальными тумблерами. При большом количестве панелей это кратно экономит время и не требует применения физической силы. Полностью ручное изменение позиции солнечных панелей производится 2-4 раза в год, обычно весной и осенью. Система с актуаторами применяется для корректировки значительно чаще, примерно раз в месяц.

2. Автоматическое управление

Премиальный класс использует более дорогостоящие, но максимально эффективные автоматические системы изменения позиционирования. Специализированное программное обеспечение осуществляет управление по алгоритму SPA (SolarPosition Algorithm), в on-line режиме отслеживая положение солнца по ниже приведенной схеме.

Информацию о перемещении светила, исполнительные механизмы получают в результате математического расчета основанных на координатах расположения трекера. Преимущество автоматических систем заключается в постоянном определении идеальной позиции панелей без участия человека.

3. Полуавтоматическое управление

Применяется с целью экономии средств на дорогостоящую электронику и ПО. Вместо защищенного компьютерного блока используется достаточно простой логический контроллер с таймером. Время изменения позиции выставляется владельцем вручную.

Принципы выбора трекеров для солнечных панелей

Основным правилом выбора трекерной конструкции является её максимальная целесообразность для конкретных индивидуальных условий – мощности станции, места её расположения, наличия центральной сети и себестоимости элетроэнергии.

В качестве общих рекомендаций можно предложить:

1. Одноосный HSAT с вращением по горизонтали – для низких широт и сравнительно маломощных СЭС. Эти системы не слишком дороги, и максимально эффективны во 2-й половине дня, при увеличенном энергопотреблении.
2. Одноосный VSAT с вращением по вертикали – в северных регионах, где поворот за солнцем производится по направлению Восток-Запад.
3. Двухосные TTDAT и AADAT – для крупных электростанций, где прибыль от минимального повышения производительности с запасом перекрывает затраты на покупку солнечных трекеров.

Похожие статьи

Новые технологии в производстве солнечных батарей. Будущее уже тут.

Применяя инновационные решения, в производстве солнечных модулей, постоянно происходят различные улучшения эффективности, уменьшения влияния затенения и повышения надежности, при этом несколько производителей в настоящее время дают гарантию производительности до 30 лет. Учитывая все новые доступные варианты выбора, стоит провести некоторые исследования, прежде чем инвестировать в солнечную установку. В нашей полной обзорной статье о солнечных панелях мы расскажем, как выбрать надежную солнечную панель и на что обратить внимание.

Из чего делают солнечные батареи: особенности строения различных поколений панелей

До недавних пор на вопрос «из чего делают солнечные батареи» существовал всего один ответ – из кремниевых ячеек в жесткой раме с толстым защитным стеклом. Сегодня ситуация кардинально изменилась, хотя панели на основе кремния по-прежнему занимают бОльшую часть мирового рынка.

Если вам сложно определиться с выбором, напишите нам через форму обратной связи

Если вы не нашли то, что искали, воспользуйтесь поиском по магазину

Товары со скидками, ограниченное предложение, успейте купить выгодно!

Источник