Wenn mehr Strom als benötigt wird, wird die Satelliten-Photovoltaik überbrückt oder offen geschaltet?

Ich habe das Wort „Shunts“ in dieser Antwort über die aufgerüsteten Photovoltaik-Arrays von DSCOVR gesehen, als sie ausgemottet und für den Weltraum vorbereitet wurden. Wenn ich es lese, komme ich auf die Idee, dass Shunts verwendet werden, um den Leistungsunterschied zwischen dem, was der Satellit benötigt, und dem, was das Array erzeugt, abzubauen.

In dieser Antwort , in der es eigentlich um Silizium-PVs auf der ISS geht, wird erwähnt, dass sie heißer werden, wenn ganze Arrays offline sind, und ich gehe davon aus, dass dies daran liegt, dass sie im Leerlauf bleiben und daher alle Elektronenlochträger verbleiben in der Verbindungsstelle und rekombinieren, wobei sie ihre Energie als Wärme zurückgeben.

Und ich frage mich auch, dass Sie, wenn Sie weniger als die volle Energiemenge benötigen, wenn Sie ein modernes Schaltnetzteil zum Aufbereiten der Spannung hätten, nicht einfach weniger Strom ziehen würden, anstatt den vollen Strom und etwas in einen großen umzuleiten Heißer Widerstand?

Um die Frage einzugrenzen, sollte ich nach modernen Designs und kürzlich gebauten und gestarteten Satelliten fragen. Ich denke an Kommunikationssatelliten, aber da DSCOVR ein modernisiertes System erhalten hat, ist das auch in Ordnung. Wenn es etwas Überzeugenderes gibt, ist das natürlich in Ordnung, aber die ISS kann eine separate Frage sein, da es Probleme mit Legacy und Kompatibilität gibt.

Dritte Option - Drehen Sie sie, um weniger Sonnenlicht einzufangen? Das würde sie kühler halten.

Antworten (2)

Ich war mir nicht sicher, ob Ihr letzter Satz bedeutete, dass Sie nichts über die ISS hören wollten, aber falls Sie dies tun, werden sie im Fall der ISS verschoben. Das dafür zuständige Gerät ist die Sequential Shunt Unit (SSU). Die SSU ist das primäre Leistungsregelgerät, das die Leistung des Solar Array Wing (SAW) steuert. Es gibt eine SSU pro Leistungskanal/SAW. Die Funktion der SSU besteht darin, die Leistung der Solarzellen zu steuern, um 160 V Gleichstrom zu erzeugen. Die SSU hält diese Spannung aufrecht, indem sie den Systembedarf mit der Anzahl der angeschlossenen Array-Strings in der SAW ausgleicht. Jeder Array-String kann einzeln mit dem primären Strombus verbunden oder davon getrennt werden, sodass die Ausgabe der SSU die Summe aller angeschlossenen Strings zu einem bestimmten Zeitpunkt ist. Array-Strings, die vom Stromversorgungssystem getrennt sind, werden überbrückt (mit dem Array selbst kurzgeschlossen).

Eine Grafik auf hohem Niveau von hier .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Für das, was es wert ist, wurde die SSU auf Stromkanal 3A im Mai 2014 kurzgeschlossen, was zum Verlust des zugehörigen Stromkanals führte (1 von 8). Es wurde während einer EVA im Oktober 2014 ersetzt.

Klar höre ich gerne davon! Ich hätte dazu eine separate Frage stellen sollen, denn das ISS-Energiesystem ist einzigartig in seiner Größe und Komplexität und im Laufe der Zeit zusammengebaut. Ich hatte eine Vermutung, dass es hier Shunts geben würde. Ich frage mich, ob Shunts bei neueren Hochleistungssatelliten weniger häufig sind.
Können Sie also die hier erwähnte Idee in Einklang bringen oder mir helfen, dass einige Panels heißer werden, wenn sie völlig unbenutzt sind? Denn es scheint mir, dass es darauf hindeutet, dass sie offen gelassen werden müssten, damit dies geschieht. Werden Shunts nur verwendet, wenn Strom benötigt wird, aber zu viel vorhanden ist, und bleiben sie ansonsten offen?
Wenn das Gedächtnis dient, denke ich nicht, dass "offener Stromkreis" eine Option in der SSU ist. Die High-Level-Beschreibungen, die online in Dokumenten wie diesem verfügbar sind, sind keine große Hilfe. google.com/…
@OrganicMarble ist richtig. Bei einem Bus mit relativ hoher Spannung, wie er von der ISS verwendet wird, ist ein offener Stromkreis ein gefährlicher Zustand, insbesondere für die Besatzung von EVA. Denken Sie daran, dass Solarzellen Stromquellen und keine Spannungsquellen sind, sodass sie (innerhalb bestimmter Grenzen) so viel Spannung wie möglich abgeben, um einen festgelegten Strom zu liefern. Um sie sicher zu machen, schließen Sie sie so ab, dass sie diesen Strom bei Nullspannung und damit Nullleistung liefern können. Der laufende heißere Teil ist aus einer Massenenergiebilanz ersichtlich. Leider bin ich nicht versiert genug in Halbleitermikromechanik, um es auf Mikroebene zu erklären.
@Tristan Ihre Argumentation ist nicht korrekt - die Leerlaufspannung einer Solarzelle ist nur geringfügig höher als am optimalen Arbeitspunkt, 10-20% höher. Kurzschließen ist dennoch eine gute Idee.
@asdfex Ich bin mir nicht sicher, was Sie für falsch halten. Wenn man die ISS-Schaltkreise offen lässt, anstatt sie kurzzuschließen, entsteht ein gefährlicher Streuspannungszustand, der sowohl auf die Anzahl der in Reihe gestapelten Zellen (160+ Volt!) als auch auf die Plasmaumgebung im Orbit zurückzuführen ist. Solange Sie anständig unter dem maximalen Leistungspunkt für eine Zelle arbeiten, liefert sie für eine bestimmte Last mehr oder weniger konstanten Strom (ohne Berücksichtigung von parasitären Verlusten) und variiert dazu ihre Ausgangsspannung.
@Tristan Wenn sich die Punkte in einem alten Verteiler öffnen, bricht das Magnetfeld in der Spule (Möchtegern-Stromquelle) zusammen und erzeugt eine zunehmende Spannung, bis die Luft zusammenbricht und sich ein Hochspannungslichtbogen bildet. Jeder, der von einem alten Zündkerzenkabel erschüttert wurde, kann das bestätigen! Aber die Photovoltaik ist wahrscheinlich eher eine Spannungsquelle mit einem inneren Serienwiderstand (und wahrscheinlich auch einem parallelen). Die Leerlaufspannung wird nie größer als sein N   E g wo E g ist die Bandlücke in e v und N die Anzahl der Zellen in Reihe ist. zB 60 Siliziumzellen ergeben 70V max.
@Tristan Ich habe mich gerade auf "sie geben so viel Spannung wie möglich aus, um einen festgelegten Strom zu liefern" bezogen.
@asdfex Deshalb sagte ich "innerhalb der Grenzen". Wenn Sie unter dem maximalen Leistungspunkt arbeiten, wird ein nahezu konstanter Strom aufrechterhalten. Oberhalb dieses Punktes fällt der Strom stark ab. Wenn ein Besatzungsmitglied den Stromkreis vervollständigt und keine Impedanz hat, die hoch genug ist, damit der Stromkreis vom „Knie“ der IV-Kurve abfällt, erhält es die volle Stromabgabe dieses Stromkreises. Aus diesem Grund ist das Kurzschließen bei Hochspannungskonfigurationen die sicherste Methode zum Abschalten von Stromkreisen.
@uhoh Siehe en.wikipedia.org/wiki/… . Eine Solarzelle verhält sich wie eine ideale Stromquelle parallel zu einer Diode und einem Shunt-Widerstand, wobei ein Reihenwiderstand hinzugefügt wird. Photovoltaik sind im Wesentlichen Stromquellen bis zu einer bestimmten Spannung, oberhalb derer sie schnell abklingen.
@Tristan du hast Recht - das sagt es. Ich muss meine äquivalenten Modelle auffrischen. Sagt das Modell jemals eine Ausgangsspannung pro Zelle voraus, die größer als die Bandlücke ist? Passiert es? Wenn ja, dann knacke ich besser ein paar Bücher und fange noch einmal von vorne an!
@uhoh Ich gehe etwas aus meinem Fachgebiet heraus, aber ich verstehe, dass die Bandlücke nur für die Wellenlängen des Lichts relevant ist, die zur aktuellen Generation führen. Die Leerlaufspannung ist eine Funktion des erzeugten Stroms (der beispielsweise aufgrund der Beleuchtungsintensität variieren kann), der Diodeneigenschaften des pn-Übergangs und des vorhandenen Serienwiderstands.
Neugierige wollen es wissen – ich habe hier nachgefragt . Das ist wirklich interessant!

Dies ist nur eine kurze Antwort auf die Überschriftenfrage. Ich entschuldige mich für die kurze Antwort, ich habe im Moment keine Zeit, Referenzen oder eine vollständige Erklärung auszugraben, da die Antwort aus Erfahrung stammt.

Sowohl Shunt-Regler als auch Serienregler (offener Stromkreis) existieren im Design von unbemannten Satelliten-Stromversorgungssystemen. Ich denke, dass Serienregler für kleinere Satelliten häufiger sind, obwohl ich mich nicht an die Konstruktionsgründe erinnere.

Nebenbei:

  1. Drehung

Obwohl ich noch kein echtes Designbeispiel gehört habe, würde das "Drehen, um weniger Sonnenlicht einzufangen" die Kühlung verbessern, müsste aber vermutlich in Verbindung mit einem der Regler verwendet werden, damit die Spannung bei wechselnden Lasten stabil bleibt.

  1. Vorteile

Man könnte noch einen Schritt weiter gehen und prüfen, ob uns die Reduzierung der Array-Temperatur wichtig ist. Ein Kühler-Array ist normalerweise effizienter, aber diese Frage kam auf, als versucht wurde, die Überversorgungssituation zu verstehen, und daher ist die Effizienz irrelevant. Eine deutlich höhere längere Temperatur könnte im Prinzip zu vermehrten Defekten und Ausfällen führen, obwohl ich dies nicht als Verschlechterungsfaktor für typische Array-Temperaturen angeführt gesehen habe.

  1. Thermisches IR

Das Video des Shuttles, das die ISS verlässt, das von einem der Links in der Frage verlinkt ist, ist merkwürdig. Es ist wirklich interessant zu sehen, dass die Arrays ein Streifenmuster zu haben scheinen. Dies kann auf Abschnitte hinweisen, die aufgrund der Reglerwirkung bei unterschiedlichen Temperaturen arbeiten. Dies könnte bei einem Serienregler auftreten, dies steht jedoch nicht im Einklang mit der Behauptung eines Shunt-Reglers aus der Antwort von Organic Marble. Natürlich wissen wir nicht, wo die Nebenschlusslasten sind. Es ist möglich, dass, wenn der Shunt ein direkter Kurzschluss ist, die Zellen selbst die Shunt-Last sind und unbenutzte Abschnitte immer noch heißer werden können als angeschlossene Abschnitte. Bei einigen Satelliten, wo vielleicht die Abmessungen kleiner sind, können Nebenschlusslasten eine nützliche thermische Aufrechterhaltung für andere Teile des Satelliten bereitstellen.

Ich freue mich über Ihre Antwort, danke! Der Versuch, die Probleme zu verstehen und zu verstehen, was tatsächlich mit diesen Systemen vor sich geht – das gibt mehr zum Nachdenken, also ist es hilfreich. Ich weiß nicht, ob elektrisch induzierte Änderungen der Array-Temperatur einen Zweck haben sollten oder ob es sich nur um einen Effekt handelte, der in der Wärmebildtechnik nur als Möglichkeit zur Veranschaulichung eines Effekts in einer Antwort zu sehen war.
In Bezug auf das Design eines Arrays denke ich, dass es letzteres ist, erinnern Sie sich, dass die Kühlung erfolgt, wenn der String im Leerlauf ist, und daher sein Kühlvorteil nutzlos ist, außer möglicherweise durch seitliche Wärmeleitung von einem benachbarten String, der noch angeschlossen ist zu einer Ladung. In diesem Fall scheint es jedoch ein langer Weg zu sein, einen Vorteil zu erzielen, der einfacher zu erzielen wäre, wenn alle Saiten überhaupt im Stromkreis bleiben!
Im Infrarot-Video können die "Streifen" möglicherweise an den Scharnieren zwischen den Platten liegen. Diese Scharniere bestehen aus Aluminium mit einem Scharnierstift aus Edelstahl und hätten sicherlich andere thermische Eigenschaften als die Paneele selbst. In diesem Video eines Arrays, das bereitgestellt wird, können Sie sehen, wie die Scharniere arbeiten, wenn sich die Paneele entfalten. Gegen 2:30 im Video gibt es eine schöne Nahaufnahme. youtube.com/watch?v=XRXbi3sQKWc
Wenn mehr Strom als benötigt wird, wird die Satelliten-Photovoltaik überbrückt oder offen geschaltet?
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