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平流层飞艇太阳电池阵输出性能多因素影响规律

杨希祥 侯中喜 韩喻 杨洋

杨希祥,侯中喜,韩喻,等. 平流层飞艇太阳电池阵输出性能多因素影响规律[J]. 北京亚洲成人在线一二三四五六区学报,2025,51(8):2587-2593 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0651
引用本文: 杨希祥,侯中喜,韩喻,等. 平流层飞艇太阳电池阵输出性能多因素影响规律[J]. 北京亚洲成人在线一二三四五六区学报,2025,51(8):2587-2593 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0651
YANG X X,HOU Z X,HAN Y,et al. Effect pattern of multiple factors on output performance of solar array for stratospheric airships[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(8):2587-2593 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0651
Citation: YANG X X,HOU Z X,HAN Y,et al. Effect pattern of multiple factors on output performance of solar array for stratospheric airships[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(8):2587-2593 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0651

平流层飞艇太阳电池阵输出性能多因素影响规律

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0651
基金项目: 

湖南省自然科学基金(2017JJ3590)

详细信息
    通讯作者:

    E-mail:nkyangxixiang@163.com

  • 中图分类号: V274;TM91

Effect pattern of multiple factors on output performance of solar array for stratospheric airships

Funds: 

Hunan Provincial Natural Science Foundation of China (2017JJ3590)

More Information
  • 摘要:

    太阳电池阵是平流层飞艇实现长期驻空的关键分系统之一。基于此,建立太阳电池阵曲面铺装模型,提出高精度的太阳电池阵输出性能计算方法,仿真分析纬度、日期、飞艇航向等多类因素对太阳电池阵输出性能的影响规律。仿真结果表明:在北半球,辐照条件较好的夏季,纬度对太阳电池阵输出性能的影响相对较小,秋冬两季,纬度对太阳电池阵输出性能的影响较大;日期对太阳电池阵输出峰值功率和日输出总电量均存在重要影响,且中高纬度地区影响更大;低纬度地区,航向对太阳电池阵输出峰值功率的影响很小,对日输出总电量存在一定影响,高纬度地区,航向对太阳电池阵输出峰值功率的影响与日期有关,夏季较小,冬季较大。研究结果为平流层飞艇能源系统设计和总体设计提供了参考。

     

  • 图 1  太阳的空间位置

    Figure 1.  Position of the sun

    图 2  太阳电池阵铺装模型

    Figure 2.  Solar array paving model

    图 3  不同日期太阳电池阵日输出功率

    Figure 3.  Daily output power of solar array in different dates

    图 4  不同纬度太阳电池阵日输出总电量(7月30日)

    Figure 4.  Total daily output power of solar array in different latitudes (July 30)

    图 5  不同纬度太阳电池阵日输出功率

    Figure 5.  Daily output power of solar array in different latitudes

    图 6  不同航向太阳电池阵日输出功率

    Figure 6.  Daily output power of solar array for different heading

    表  1  主要参数

    Table  1.   Main parameters

    参数 数值
    飞艇长度/m 70.0
    太阳电池阵面积/m2 500
    太阳电池组件宽度/m 0.4
    飞艇最大直径/m 20.4
    太阳电池光电转化效率 0.08
    最大安装角/rad π/2
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    表  2  不同纬度太阳电池阵日输出总电量

    Table  2.   Total daily output power of solar array in different latitudes

    典型日期 太阳电池阵日输出总电量/(kW·h)
    15°N 30°N 45°N 60°N 75°N 85°N
    6月21日 376.8 404.8 413.7 414.1 456.7 459.9
    7月30日 375.6 388.4 379.0 355.5 378.3 382.0
    9月23日 350.0 310.3 249.8 181.5 115.0 66.9
    12月22日 280.1 201.3 125.8 51.9 0 0
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    表  3  不同日期太阳电池阵日输出总电量

    Table  3.   Total daily output power of solar array on different dates

    典型地区 太阳电池阵日输出总电量/(kW·h)
    6月21日(夏至) 9月23日(秋分) 12月22日(冬至)
    (20°N,112°E) 388.6 339.3 253.9
    (40°N,112°E) 412.5 271.9 159.5
    (60°N,112°E) 414.1 249.8 51.9
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    表  4  不同航向太阳电池阵日输出总电量

    Table  4.   Total daily output power of solar array in different headings

    区域与日期 太阳电池阵日输出总电量/(kW·h)
    北向 东向 南向 西向
    (20°N,112°E) 6月21日(夏至) 404.6 388.6 400.5 388.6
    9月23日(秋分) 353.8 339.3 359.5 339.3
    12月22日(冬至) 257.3 253.8 269.7 253.8
    (40°N,112°E) 6月21日(夏至) 428.9 412.6 429.9 412.6
    9月23日(秋分) 286.9 271.9 297.0 271.9
    12月22日(冬至) 137.3 150.5 149.9 150.5
    (60°N,112°E) 6月21日(夏至) 430.2 414.1 434.4 414.1
    9月23日(秋分) 191.4 181.5 203.6 181.5
    12月22日(冬至) 24.5 51.9 30.6 51.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-27
  • 录用日期:  2022-10-10
  • 网络出版日期:  2023-01-04
  • 整期出版日期:  2025-08-31

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