[发明专利]一种热光伏电源系统寿命分析方法

权利要求书

1.一种热光伏同位素电源系统寿命分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、基于热光伏同位素电源空间几何构型，将辐射器的表面材料蒸发速率表示如下：

其中，d为材料蒸发速率；α_s为材料粘滞系数；ρ_E为材料密度；F为视场因子；m_E为材料原子质量；k_B为波尔兹曼常数；T_E为蒸发温度；p_v(T)为材料在温度T下的饱和蒸汽压；

步骤2、基于热光伏同位素电源物理原理，根据如下公式确定寿命期内系统工作温度T_s：

其中：q_s(λ)为单位面积上波长为λ光波能量密度；h为普朗克常数；k为波尔兹曼常数；c为光速；

步骤3、确定任务期内，蒸镀在滤波器表面的材料厚度x：

x＝d·t；

其中，d为材料蒸镀速率；t为任务时间；

步骤4、波长为λ的光波经过厚度为x的材料后，其透过率由下式表示：

其中：η_(λ)为薄膜对λ波长的光谱透过率；μ_r为材料磁导率；σ为材料电导率；ε₀为真空介电常数；

步骤5、计算任务期内光谱透过率变化，进而估算电源系统效率，具体为：

波长为λ的光波照射到单位面积的光伏电池上的能量密度如下式表示：

其中，R_c(λ)为滤波器在波长为λ光波下表面反射率；ε_s(λ)热辐射器在波长为λ光波下的表面发射率；T_s为表面温度；

步骤6、对于光伏电池的光电转换模块，最终的输出功率表达式为：

其中，Q_(λ)表示光伏电池对应波长为λ的入射光的量子效率；E_g为光伏电池材料禁带宽度；C为与光伏电池材料相关的常数；FF为光伏电池填充因子；

步骤7、根据步骤6获得的输出功率，计算光伏电池单位面积输出功率，即功率密度；进而再通过光伏电池总面积计算得到光源系统总输出功率，除以能量源总输入热量功率，从而得到光源系统的效率；根据该效率随时间的变化关系，评估寿命。