[发明专利]太阳能飞机用最大功率跟踪电池阵机构及跟踪方法

说明书

技术领域

本发明提供一种太阳能飞机用最大功率跟踪电池阵机构及跟踪方法，属于太阳能光伏技术领域。 

背景技术

光伏发电是一种公认的技术含量高、很有发展前途的新能源技术。这是由于太阳能取之不尽、用之不竭，不产生任何废弃物，没有噪音等污染，对环境不会产生不良影响，是理想的清洁能源。另一方面，以太阳能作为未来飞行器的辅助能源乃至主要能源，是人类发展具有方向性和前沿性的重要研究目标。太阳能飞机是在上世纪70年代随着太阳能电池成本的降低而出现，由于太阳能飞机飞行不需要自带燃料，为长航时飞行创造了条件，因此，不少发达国家均致力于基于太阳能利用的高空长航时无人机的研发。 

高空长航时无人机作为可在平流层及其以上高度运行的无人飞行器，可执行情报、监视与侦察，通信中继，目标指示、毁伤评估、电信和电视服务，大气环境监测与天气预报等多种军事及民事任务，已成为当今研究的热点。 

目前的太阳能无人机主要采用太阳能光伏电池作为主要供电部件，受制于飞机表面面积有限，必须对有限面积上的太阳能电池进行高效利用。针对太阳能电池阵的高效利用，除了选用转换效率更高的刚性太阳能电池，例如砷化镓太阳能电池或单晶硅太阳能电池，还可利用有限的机翼立体结构，在一定程度上实现电池阵的最大功率跟踪。 

为此，本发明将通过对太阳能飞机用最大功率跟踪机构的合理设计以及高效刚性太阳能电池阵的有效应用，从电池本体和空间机构上实现对有限面积上太阳能的高效利用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能飞机用最大功率跟踪电池阵机构及跟踪方法，在不破坏机翼空间结构和气动外形的前提下，最大限度的利用有限面积上的太阳能。 

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种太阳能飞机用最大功率跟踪电池阵机构，机翼骨架包括用于承重的蜂窝夹层型方形主梁和蜂窝夹层型翼肋，机翼上设有若干块蜂窝夹层型刚性太阳能电池模块，蜂窝夹层型刚性太阳能电池模块上设有用于固定太阳能电池模块以及固定与支撑太阳能电池模块间连接线缆的的叶脉型桁架结构，蜂窝夹层型翼肋上设有步进电机组，步进电机组上固定设有铰链机构，叶脉型桁架结构与步进电机通过铰链结构连接，飞机机身上设有用于角度判断的最大功率方位感知系统和用于控制指令的飞控计算机。 

上述所述的最大功率跟踪电池阵机构，所述的叶脉型桁架结构包括叶脉型桁架结构支杆和叶脉型桁架结构主杆，叶脉型桁架结构为复合材料纤维杆件，叶脉型桁架结构通过螺栓连接或螺钉连接的方式与固定在步进电机组上的铰链机构相连，叶脉型桁架结构与步进电机组同步转动。 

上述所述的最大功率跟踪电池阵机构，所述的步进电机组则根据飞控计算机发送的倾角调节指令对叶脉型桁架结构上固定的蜂窝夹层型刚性太阳能电池模块的倾角进行调节。 

上述所述的最大功率跟踪电池阵机构，所述的最大功率方位感知系统包括电机固定支架、微小型步进电机、随动支架、电池采样模块、数据采集与分析模块；电机固定支架用于固定微小型步进电机，微小型步进电机与随动支架相连，随动支架内设有电池采样模块，电池采样模块与数据采集与分析模块相连，微小型步进电机的转轴朝向与转动方向与步进电机组一致。 

上述所述的最大功率跟踪电池阵机构，所述蜂窝夹层型刚性太阳能电池模块包括绝缘防护涂层、刚性太阳能电池片、第一轻质胶膜、绝缘基板；所述的绝缘防护涂层设于蜂窝夹层型刚性太阳能电池模块的外表面，第一轻质胶膜填充于刚性太阳能电池片下表面与绝缘基板的间隙之中，绝缘基板设于蜂窝夹层型刚性太阳能电池模块的底层，绝缘基板采用蜂窝夹层型结构。 

上述所述的最大功率跟踪电池阵机构，所述的绝缘基板包括自上而下依次叠放的绝缘薄膜、第一复合材料纤维板、第二轻质胶膜、蜂窝芯、第三轻质胶膜、第二复合材料纤维板；所述的绝缘薄膜用于绝缘电气，第一复合材料纤维板与第二复合材料纤维板由复合材料纤维预浸料经预压实处理后获得，第二轻质胶膜用于连接第一复合材料纤维板与蜂窝芯，第三轻质胶膜用于连接蜂窝芯与第三复合材料纤维板。 

上述所述的最大功率跟踪电池阵机构，绝缘防护涂层可采用有机硅绝缘漆或UV胶，透光率≥90%。 

一种太阳能飞机用最大功率跟踪方法，包括以下步骤： 

S1. 在接收到飞控计算机进行倾角调节和数据采集与分析的控制指令后，最大功率方位感知系统进行不同倾角下的数据采集与比较；

S2. 通过对采集后的数据对比确定既定时刻下电池采样模块的最佳倾角，并将该倾角参数反馈给飞控计算机；