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空间碎片环境下太阳能光伏阵列构型建模与可靠性分析

空间碎片,光伏阵列,可靠性建模

空间碎片具有基数大、增长快、动能大和难以观测防护等特点，是影响航天器安全运行的重要环境因素。在碎片累积撞击效应下，连接在光伏阵列上的太阳电池模块会发生性能衰降，严重撞击还会导致模块失效与电路断路。模块的不均匀损伤还会使光伏阵列产生失配效应，从而造成远大于撞击破坏的光伏阵列输出损失。论文首先利用碎片撞击损伤方程对太阳电池撞击损伤进行量化，采用ORDEM2000计算得到的空间碎片通量、速度及尺寸的分布规律建立碎片撞击的累积损伤模型。进而采用光伏组件Bishop模型对电池模块进行建模，并以6x6光伏阵列为例建立串并联(SP)、全交叉连接(TCT)、桥联(BL)三种构型的光伏阵列模型，仿真得到各构型在碎片撞击下的最大输出功率。最后在不同年限碎片累计损伤情况下对不同阵列构型的输出特性进行分析比较，结果表明了TCT构型输出性能的优越性，为电池阵可靠性设计和构型选择提供依据。