用單體太陽電池組成方陣將光能轉(zhuǎn)換成電能的電源系統(tǒng)。通常將太陽電池陣、蓄電池組和電源控制設(shè)備一起組成一種混合式的太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)給航天器供電,用蓄電池組把部分電能貯存起來,供太陽電池陣不發(fā)電或需求功率超過它的輸出功率時(shí)使用。
太陽電池陣
多個(gè)帶蓋片的單體太陽電池按供電要求以串、并聯(lián)方式組成太陽電池陣方陣。太陽電池的鋪設(shè)方式主要有疊瓦式和平鋪式兩種。疊瓦式的單體電池交疊連接,方陣面積利用率高,但難以維修。平鋪式連接應(yīng)用較普遍,在兩單體電池間留有間隙,用于安置互連條?;ミB后的電池組件敷設(shè)在方陣基板上(見航天器結(jié)構(gòu))?;迕婷芏葹?.7~5公斤/平方米。方陣以體裝式或展開式安裝在航天器上。體裝式方陣壽命初期的比功率為8.2瓦/公斤、28.8瓦/平方米。剛性展開式對(duì)日定向方陣壽命初期的比功率為26.6瓦/公斤、94.3瓦/平方米。柔性卷式方陣的比功率達(dá)44瓦/公斤。砷化鎵電池能在高溫和高光強(qiáng)下工作,用它制成的聚光太陽電池陣在用于深空飛行時(shí)可望與放射性同位素溫差發(fā)電器媲美。
蓄電池組
鎘鎳蓄電池組具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命,大多數(shù)太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)用它作為貯能裝置。這種電池的比能量為30~40瓦·時(shí)/公斤,采用電化學(xué)浸漬工藝制造的輕質(zhì)電池的比能量可達(dá)50瓦·時(shí)/公斤。鎘鎳電池在深放電時(shí)循環(huán)壽命只有幾百次,淺放電時(shí)可達(dá)數(shù)萬次。電池組工作溫度對(duì)性能也有很大影響。鎘銀蓄電池組僅用于要求超凈磁的場(chǎng)合,循環(huán)壽命只有鎘鎳電池的1/10,在航天器中應(yīng)用較少。鎳氫蓄電池與鎘鎳電池相比,耐過充電和過放電能力較強(qiáng)、工作壽命長(zhǎng)、比能量約高50%,但體積約大一倍。正在研究的氫銀蓄電池、鈉硫蓄電池、鋰蓄電池和再生氫氧燃料電池的比能量將為現(xiàn)有電池的2~10倍。
電源控制設(shè)備
用于將太陽電池陣和蓄電池組連接成一個(gè)完整的電源系統(tǒng)。它的主要功能是:
?、僬{(diào)節(jié)電源功率:方陣輸出功率在壽命初期和末期變化很大,同時(shí)隨軌道、溫度、負(fù)載而變化。用電源控制器使方陣多余功率自身消耗在部分方陣或外接負(fù)載上,使電源母線電壓控制在預(yù)定范圍內(nèi)??刂破髦饕写?lián)耗散型調(diào)節(jié)器,串聯(lián)開關(guān)調(diào)節(jié)器和分流調(diào)節(jié)器(或限制器)三類。
?、谛铍姵亟M充電控制與保護(hù):電源控制器給蓄電池組充電過程中用溫度、壓力傳感器、信號(hào)電極、電量計(jì)等的信號(hào)來控制蓄電池組的充電率,防止過充電。
③蓄電池組放電控制與保護(hù):當(dāng)太陽電池陣不能發(fā)電或輸出功率不能滿足要求時(shí),電源控制器自動(dòng)切換到蓄電池組供電狀態(tài)。在蓄電池組放電過程中,負(fù)載增大或個(gè)別單體電池失效會(huì)造成放電電壓過低,電源控制器通過切換單體電池、切換電池組、改變負(fù)載等手段防止蓄電池組過放電。
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