عملکرد کاربردی انرژی خورشیدی تجدیدپذیر در ماهواره های فضایی

چکیده ماهواره انرژی فضایی (SPS) یک فضاپیمای عظیم برای استفاده از انرژی خورشیدی در فضا است. به دلیل اندازه بزرگ، جرم بسیار زیاد و توان بالا، مشکلات فنی زیادی وجود دارد. برای یک سیستم GW SPS، توان الکتریکی تولید شده در فضا بیش از 2 گیگاوات خواهد بود و کل مساحت آرایه خورشیدی چندین کیلومتر مربع خواهد بود. تولید، انتقال و مدیریت برق با توان بالا در فضا به یک چالش بزرگ تبدیل می شود. در این مقاله، طرح اولیه مفهوم MR-SPS ارائه شده و دو زیرسیستم مهم، جمع آوری و تبدیل انرژی خورشیدی (SECC)، انتقال و مدیریت توان (PTM) معرفی شده اند. زیرسیستم SECC شامل پنجاه زیرآرایه خورشیدی است. هر زیرآرایه خورشیدی از دوازده ماژول آرایه خورشیدی تشکیل شده است. مساحت هر زیرآرایه خورشیدی حدود 0.12 کیلومتر مربع است. زیرآرایه های خورشیدی، توان الکتریکی را توسط 100 مفصل چرخشی با توان متوسط ​​به کابل های نصب شده روی سازه اصلی MR-SPS منتقل می کنند. زیرسیستم PTM، توان الکتریکی خروجی زیرسیستم SECC را تبدیل، انتقال و توزیع می کند. بیشتر توان الکتریکی به آنتن منتقل شده و در آنتن توزیع می شود. توان الکتریکی باقیمانده به تجهیزات خدماتی برای بهره برداری از SPS منتقل و توزیع می شود. ترکیبی از PTM ولتاژ بالای توزیع شده و متمرکز برای تامین نیاز منبع تغذیه تجهیزات الکتریکی در SPS اتخاذ شده است. محیط فضایی معمول موثر بر سیستم الکتریکی پرقدرت تجزیه و تحلیل می شود. فناوری های کلیدی باید مورد تحقیق و بررسی قرار گیرند، از جمله سلول PV GaAs لایه نازک با راندمان بالا و طول عمر بالا، ماژول آرایه خورشیدی ولتاژ بالا (500 ولت)، مفصل چرخشی رسانا با توان بالا، کابل های ولتاژ بالا (20 کیلوولت)، مبدل توان بالا، سوئیچ توان بالا و غیره، و مونتاژ و نگهداری زیرسیستم ها. کلمات کلیدی: توان فضایی · انتقال و مدیریت · محیط فضایی 1 مقدمه: ماهواره انرژی خورشیدی (SPS)، که اولین بار توسط دکتر پیتر گلیزر [1] پیشنهاد شد، به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین پروژه های انرژی تجدیدپذیر در آینده در نظر گرفته شده است. در سال های اخیر توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. برنامه های توسعه و فعالیت های تحقیقاتی مرتبط زیادی در جهان وجود دارد [2]. در سال 2016، CalTech مفهوم جدید SPS را با پشتیبانی Northrop Grumman پیشنهاد داد [3]. در سال 2017، Ian Cash مفهوم CASSIOPeiASPS را پیشنهاد داد [4، 5]. در سال های 2017 و 2019، موسسه تحقیقات هوافضای کره (KARI) کارگاه بین المللی انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا (SSPS) را در سئول برگزار کرد. کارشناسانی از کره، چین، ایالات متحده آمریکا، ژاپن و بریتانیا در مورد فرصت توسعه SPS بحث کردند. B Zili Liu ronger2007@126.com 1 QianXuesen Laboratory of Space Technology, CAST, Beijing 100094, China opment. در سال 2018، کره پروژه تحقیقاتی SPS را آغاز کرد و مفهوم SPS کره را پیشنهاد داد [6]. در سال 2018، ژاپن نقشه راه به روز شده SPS را ارائه داد. در سال 2019، شرکت JapanSpaceSystems پروژه آزمایش های WPT پهپاد را انجام داد که طی آن، نیرو به پهپادی که در ارتفاع ده ها متری پرواز می کرد، تحت قرارداد وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت (METI) منتقل می شد [7]. چین مطالعه در زمینه SPS را در سال 2006 آغاز کرد و تعداد بیشتری از محققان و کارشناسان چینی به توسعه انرژی خورشیدی فضایی توجه نشان دادند. در سال 2014، دو مفهوم جدید در چین پیشنهاد شد. یکی از آنها یک مفهوم SPS غیرمتمرکز نوآورانه است که توسط آکادمی فناوری فضایی چین (CAST) پیشنهاد شده است و SPS با اتصالات چندچرخشی (MR-SPS) نام دارد [8، 9]. دیگری یک SPS متمرکز نوآورانه است که توسط دانشگاه Xidian پیشنهاد شده است و SSPS-OMEGA نام دارد [10]. از سال 1968 مفاهیم SPS زیادی پیشنهاد شده است [11-17]. این مفاهیم SPS در سه دسته قرار می گیرند: نوع اول، WPT SPS پیوسته غیرمتمرکز؛ نوع دوم، غیرمتمرکز

chakide mahavare enrzhi fazayi (SPS) yek fazapeymaye azim baraye estefadeh az enrzhi khorshidi dar faza est. beh delil andazeh bozorg, jaram besiar zyad ve tavan bala, mosheklat fani zyadi vojud dard. baraye yek sistam GW SPS, tavan elektriki tolid shode dar faza bish az 2 gigavat khahad bud ve kel mosahat arayeh khorshidi chandin kilometr morob khahad bud. tolid, enteghal ve madirit bargh ba tavan bala dar faza beh yek chalesh bozorg tabadil mishod. dar in moghaleh, tarh olie mafhum MR-SPS araeh shode ve do zirsistam moham, jamavari ve tabadil enrzhi khorshidi (SECC), enteghal ve madirit tavan (PTM) marafi shodeand. zirsistam SECC shamel panjah zirarayeh khorshidi est. har zirarayeh khorshidi az davazdeh mazhol arayeh khorshidi tashkil shode est. mosahat har zirarayeh khorshidi haddood 0.12 kilometr morob est. zirarayehaye khorshidi, tavan elektriki ra toset 100 mafasl charkhshi ba tavan motoset beh kablhaye nasb shode roye sazeh esli MR-SPS monteghal mikonand. zirsistam PTM, tavan elektriki khroji zirsistam SECC ra tabadil, enteghal ve tozi mikand. bishtar tavan elektriki beh antan monteghal shode ve dar antan tozi mishod. tavan elektriki baghimande beh tajhizat khodamati baraye bahrebardari az SPS monteghal ve tozi mishod. tarkibi az PTM voltaj balaye tozishode ve matmarkz baraye tamin niaz monba taghzie tajhizat elektriki dar SPS etekhaz shode est. mahit fazayi mamol mosar bar sistam elektriki parghodrat tajzie ve tahlil mishod. fenavarihaye kolidi bayad moord tahaqiq ve barresi gharar girand, az jomle selol PV GaAs layeh nazak ba randeman bala ve tul omr bala, mazhol arayeh khorshidi voltaj bala (500 valat), mafasl charkhshi resana ba tavan bala, kablhaye voltaj bala (20 kilovalat), mobdel tavan bala, swich tavan bala ve gheyreh, ve montaj ve negahdari zirsistamha. kolmat kolidi: tavan fazayi · enteghal ve madirit · mahit fazayi 1 moghodameh: mahavare enrzhi khorshidi (SPS), keh olin bar toset dokter pitr golizer [1] pishenhad shod, beh onvan yeki az amidavarkonandetarin prozhhaye enrzhi tajdidpazir dar ayande dar nazar garafte shode est. dar salhaye akhir tojeh bishtari ra beh khod jalab kardeh est. barnamehaye tosee ve faalithaye tahghighati mortabt zyadi dar jahan vojud dard [2]. dar sal 2016, CalTech mafhum jadid SPS ra ba poshtibani Northrop Grumman pishenhad dad [3]. dar sal 2017, Ian Cash mafhum CASSIOPeiASPS ra pishenhad dad [4, 5]. dar salhaye 2017 ve 2019, mosese tahghighat havafazaye kare (KARI) kargah binolmalali enrzhi khorshidi mobtani bar faza (SSPS) ra dar seol bargozar kard. karshenasani az kare, chin, ialat motahdeh amrika, japan ve baritania dar moord forsat tosee SPS bahs kardand. B Zili Liu ronger2007@126.com 1 QianXuesen Laboratory of Space Technology, CAST, Beijing 100094, China opment. dar sal 2018, kare prozheh tahghighati SPS ra aghaz kard ve mafhum SPS kare ra pishenhad dad [6]. dar sal 2018, japan naghsheh rah behruz shode SPS ra araeh dad. dar sal 2019, sharkat JapanSpaceSystems prozheh azmayeshhaye WPT pahpad ra enjam dad keh ti an, niro beh pahpadi keh dar ertafa dehha moteri parvaz mikard, tahat gharardad vazart egtesad, tajart ve sanat (METI) monteghal mishod [7]. chin motaleh dar zamine SPS ra dar sal 2006 aghaz kard ve taedad bishtari az mahghan ve karshenasan chini beh tosee enrzhi khorshidi fazayi tojeh nashan dadand. dar sal 2014, do