空间太阳电池阵应变规律研究

空间太阳电池阵是卫星的唯一供电来源,其在轨服役期间所受的力学作用将直接影响卫星的正常工作,因此研究空间太阳电池阵的应力应变规律具有重要意义.本文自主研制了空间太阳电池阵应变测试系统,该系统可监测空间太阳电池阵在模拟真空热循环温度场环境下的应变规律.研究结果表明,空间太阳电池阵在高温发生压缩形变,低温发生拉伸形变.相同测试条件自由电池和粘接电池最大应变总量分别为1270和1320 με.此外,空间太阳电池片中心区域应变值比边缘区域高113%.空间太阳电池片断裂应变值为2080 με.本研究为空间太阳电池阵抗力学性能研究提供了技术支撑.     

基于粒子群优化支持向量机的太阳电池温度预测

建立通用而精确的太阳电池热模型对光伏系统的建模、输出功率与转换效率的损失分析至关重要. 基于复杂的太阳电池温度机理, 分别研究了太阳电池温度的稳态热模型(steady state thermal model, SSTM)和支持向量机(support vector machines, SVM) 方法建立的精确预测热模型. 首先, 基于空气温度、太阳辐射强度、风速3个最主要因素与太阳电池温度的近似线性关系, 在已有SSTM的基础上, 建立并校正了太阳电池的SSTM并采用差分进化算法提取模型的未知参数. 其次, 为提高SVM的模型预测精度, 采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO) 算法对SVM的核参数和惩罚因子进行动态寻优, 在确定输入/输出样本集并划分训练集和测试集的基础上, 建立了基于粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)的太阳电池温度精确预测热模型. 最后, 搭建实验平台, 在实验操作过程中减弱空气湿度、太阳入射角和热迟滞效应等因素对太阳电池温度的耦合. 通过实验对比表明, 建立的预测热模型性能可靠、全面、简洁, 其参数寻优算法优于遗传算法和交叉校验法, 模型预测精度优于反向传播神经网络(back propagation neural network) 和SSTM.     

快速致冷红外探测器

热成象系统采用致冷的红外探测器已被确定无疑。一般来说,热成象系统在接通致冷器后,30秒钟就进入工作状态。然而新型的热寻的导弹和激光制导导弹必须在仅仅几秒钟或更短的时间内就进入工作状态。每种用途可以要求红外探测器不同的工作温度。有些型号需要焦尔-汤姆逊(J-T)式致冷,而另一些型号可以在热电温度下工作。本文介绍快速致冷红外探测器的设计根据。列举采用焦尔-汤姆逊(J-T)致冷器的一些设计实例,并给出了J-T致冷器的性能和一种采用二级热电致冷器的探测器的情况。     

热释电红外传感器在无线遥控报警系统中的应用

热释电红外探测无线遥控报警系统由热释电红外探测模块、无线电收/发射模块、数字编/译码集成电路和语音录放模块组成。当人体进入监视区时,红外传感器首先将接收到的红外辐射能转换成电能信号,再经内部电路放大处理,输出控制信号启动发射系统工作,经编码脉冲调制后, 由发射模块向空间辐射无线电遥控编码信号;接收机收到信号后,便进行解调、放大、整形,从解码器输出编码脉冲,然后触发语音录放系统,播放事先录制好的警示语,提醒值班人员。该系统主要采用了RDP-18热释电红外探测模块,具有从信号接收至控制输出的全部功能。整体装置为模块化结构,具有频率稳定、工作可靠、免调试等特点,遥控距离1 000 m,可适用于多种场合的需要。     

太阳电池紫外加速寿命试验技术研究

建立了模拟空间环境下的紫外加速寿命试验装置,对太阳电池进行紫外加速寿命试验技术研究,获得了太阳电池开路电压随着紫外辐照时间的变化数据。通过试验数据处理,获得了太阳电池开路电压随着等效紫外辐照时间的衰减规律,采用加严判据理论,预测了紫外辐照环境下的电池寿命,研究紫外辐射对太阳电池的损伤规律。模拟空间环境下的太阳电池紫外加速寿命试验,可以在较短时间内获得紫外辐射对太阳电池的损伤规律,为长寿命卫星的可靠性提供了参考。     

Johnson准则在红外成像系统外场识别性能评估中的应用

通过对外场观测的红外图像进行反演,获取了目标的临界尺寸和目标与背景的平均温差.以热成像系统的测试最小可分辨温差曲线为基础,确定了反演目标表观温度对应的空间频率,并结合Johnson准则和目标传递概率函数建立了实测目标图像与热成像系统探测识别性能的数学模型.该应用技术在外场识别性能评估中避免了人员对红外靶标图像的主观判读,可建立起客观的外场红外系统性能评估模型.对外场实测热图像及数据进行了实验,计算结果表明该模型可以有效地对红外成像系统的探测识别性能进行评估.     

中间带对ZnO/ZnTe光伏太阳能电池性能的影响

中间带光伏太阳电池是为了充分利用太阳光谱中的红外光子能量而提出的一种高效率新概念太阳电池。II-VI和III-V族高失配合金半导体是新型高效中间带太阳电池的优选材料体系。采用太阳电池电容模拟软件(SCAPS),模拟出具有中间带的ZnTe:O高失配合金作为本征层时的太阳电池的性能参数,并与ZnO/ZnTe及ZnO/ZnTe/ZnTe的太阳电池对比分析。结果表明:本征层的存在及材料结构对太阳电池性能有显著影响,具有中间带的ZnTe:O作为本征层时的电池性能参数明显优于ZnO/ZnTe和ZnO/ZnTe/ZnTe;不同掺杂类型的ZnTe:O本征层通过改变费米能级在中间带的位置影响太阳电池的性能参数。模拟结果显示:n型ZnTe:O作为本征层时短路电流密度JSC及电池效率分别为52.39mA/cm2和61.58%,远高于p型ZnTe:O结构太阳电池。     

纳米结构硅薄膜太阳电池的温度特性研究

温度是影响太阳电池性能的关键因素之一。本文采用光电耦合模型研究了温度对光子晶体型纳米结构薄膜硅太阳电池性能的影响,研究了温度对其光学吸收特性与电学特性的影响。研究发现,随着温度的升高,其光学吸收特性增强,而电学特性降低,整体转换效率降低。光学吸收的增强弥补不了电学特性的减小,因此导致整体转换效率减小。此外,我们还研究了热膨胀系数对纳米结构薄膜太阳电池性能的影响,研究发现,热膨胀系数的影响可以忽略。     

靶场红外成像测量设备精度检测方法研究

提出了采用动态精度检测靶标对红外跟踪测量系统进行检测的方法。分析了靶标与被检测设备的空间运动关系。研究了跟踪性能和测量精度。对检测数据进行了计算处理,检测结果验证了这种检测方法的可行性。     

新型菲涅尔线聚焦聚光太阳电池组件研究

以聚甲基丙烯酸甲脂为材料,采用热压成型工艺加工成型线聚焦菲涅尔聚光透镜(8×),可用于空间、地面光伏系统太阳电池组件的聚光系统,并对在其聚光条件下,太阳电池的电流电压特性进行测试,结果表明,该菲涅尔线聚焦棱镜能有效提高太阳电池的单位输出功率.模具的机械加工精度和光学抛光精度低,是造成其部分聚光率损失的原因.     

基于遗传算法的空间光调制器鬼成像研究

提出了基于空间光调制器(SLM)进行相位调制产生赝热光源的方案,并讨论了不同空间光调制器的像素阵列的排布方式对关联成像的影响,着重对空间光调制器的像素阵列排布方式进行了基于遗传算法的优化设计方法的研究,以提高赝热光场性能。结果表明,空间光调制器方案克服了毛玻璃方案的局限性,其产生的赝热光二阶关联性好,满足关联成像的需要,系统成像质量较高,该方案对新型关联成像赝热光源设计具有重要参考意义。     

基于杂质光伏效应的镍掺杂对砷化镓太阳电池性能的影响

利用杂质光伏效应能够使太阳电池充分利用那些能量小于禁带宽度的太阳光子,从而提高电池的转换效率.为了更好地利用杂质光伏效应提高砷化镓太阳电池的转换效率,本文利用数值方法研究在砷化镓太阳电池中掺入镍杂质以形成杂质光伏太阳电池,分析掺镍对电池的短路电流密度、开路电压以及转换效率的影响;同时,探讨电池的陷光结构对杂质光伏太阳电池器件性能的影响.结果表明:利用杂质光伏效应掺入镍杂质能够增加子带光子的吸收,使得电池转换效率提高3.32%;转换效率的提高在于杂质光伏效应使电池的红外光谱响应得到扩展;另外,拥有良好的陷光结构是取得好的杂质光伏效应的关键.由此得出:在砷化镓太阳电池中掺镍形成杂质光伏太阳电池是一种能够提高砷化镓太阳电池转换效率的新方法.     

基于热释电探测器DIGA数学模型

根据热释电探测器工作原理 ,对其使用特点进行了分析。在分光型红外气体分析器 (DIGA)设计原理基础上 ,建立了基于热释电探测器的红外气体分析系统输入输出数学模型。依据该模型研制了一个新型多组分红外气体分析器 ,并指出设计DIGA注意的若干问题。应用表明 ,该模型对DIGA的设计、研究、性能分析和进一步改进具有一定的参考价值     

红外探测系统的激光辐照热效应仿真分析

为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响,使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真;采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况;采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明:探测器受到1.06μm激光照射,矫正镜激光辐照度在50 W/cm²时,靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100μW/cm²的量级,使红外探测器达到饱和;探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处,拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系,可预测探测器升温结构破坏;最大热变形出现在矫正镜背面中心处,由外向内形成不等附加光程差,干扰探测器的成像效果;最大热应力出现在矫正镜前面中心处,得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线,为矫正镜热应力破坏提供预测参数。     

红外隐身材料隐身效果评价方法研究

提出了评价红外隐身材料的隐身效果的红外隐身效率的概念。根据热成像系统的静态性能分析理论和视距估算理论,编制了估算红外隐身材料在不同观测等级下的隐身效率的计算软件,对某种红外隐身材料的隐身效率进行了计算分析,结果表明:采用隐身效率的评价结果与实际试验结果基本一致,隐身效率可以定量地描述隐身材料的隐身效果。     

红外低温相机视轴引出方法

测量红外低温相机的系统调制传递函数(MTF)需要借助于低温平行光管。由于红外低温相机探测器在常温下无法正常工作,并且红外低温相机、低温平行光管离轴抛物镜以及模拟靶标三者是空间分离的,因此实验前需要将相机的视轴引出到平行光管的视轴方向,同时将模拟靶标调整到平行光管焦面位置且靶标中心处于平行光管的中心视场。借助于干涉仪,利用经纬仪分别将相机视轴和平行光管视轴引出到外基准立方镜a和b,通过两立方镜坐标系的方向余弦矩阵关系,将红外低温相机的视轴引出到低温平行光管的视轴方向。对视轴引出精度进行了分析,给出了实验采集的图像。实验结果表明,系统MTF满足要求,同时表明红外低温相机视轴引出方法合理可行。     

空间太阳电池槽式聚光热电联供系统特性分析

建立了空间太阳电池的热电联供系统在槽式聚光条件下的热电性能模型, 并与实验进行了对比.理论计算与实验结果吻合较好, 最大误差在5.1%以内, 证明了该数学模型的正确性.通过此数学模型, 从聚光镜面的光学效率与焦线宽度、导热胶的导热系数、金属平板光照面的吸收率等内部特性参数及风速、太阳直辐射等外部特性参数出发, 对所设计制造的空间太阳电池槽式聚光热电联供系统进行分析.较为全面而系统地分析了这些参数的改变对其系统的热电效率、总效率及火用效率等性能指标的影响, 其中聚光镜面的光学效率影响最大, 光学效率从0.5增加至0.95, 系统的总效率和火用效率分别增加0.9倍和0.5倍, 其余参数对性能也有较强影响.研究结果为新一轮系统装置的制作提供了优化设计基础.     

基于集成分析法的光机热一体化设计

光机热一体化设计是改进空间光学仪器设计,优化系统总体设计参数的重要方法。集成分析法对设计方案综合性能的动态评估是一体化设计的核心,通过分析系统热光学性能,指导修改设计参数,实现系统光/机/热同步设计。以某空间光学仪器主镜系统的热控设计为例,介绍了这种方法在实际工程中的应用。     

异质结太阳电池中非晶钝化层的分光椭偏分析

采用分光椭偏(SE)测试技术研究晶体硅(c-Si)异质结太阳电池用氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜钝化层的性能。采用有效媒介理论为基础进行分层多相拟合,研究了a-Si:H/c-Si界面层内部的缺陷散射周期(St)、a-Si:H体内孔隙率以及薄膜介电函数峰值随基底温度的变化规律。通过与傅里叶红外转换光谱计算得到的微结构数据对比,发现界面层的St与薄膜内部Si H和Si H2含量相关。依据高分辨率透射电镜(TEM)下呈现的形貌特征、有效少子寿命和异质结的implied开路电压等参数的辅助证明,确定SE技术作为一种有效的光学表征手段,能准确快速地判断a-Si:H对c-Si表面的钝化性能,继而定量给出适合晶体硅异质结太阳电池高质量a-Si:H钝化层生长的最优参数。     

GaInP/GaAs太阳电池的柔性封装及稳定性

柔性Ⅲ-Ⅴ薄膜太阳电池通常被作为空间电源在航天器上使用,而在实际应用中适宜的封装材料可以保护电池免受水分、氧化、污染物等环境因素的影响.因此,探究合适的柔性封装方案和电池性能的长期稳定性至关重要.本文利用电阻焊方法将制备好的柔性双结GaInP/GaAs太阳电池进行焊接,之后采用具有高透光性的薄膜材料和热熔胶与柔性电池进行层压封装并研究了其在恶劣储存条件下的性能稳定性和环境耐受性.研究结果表明,柔性封装太阳电池在1000 h以上的温度为85℃,相对湿度85%(85℃/85%RH)的湿热试验以及108次温度范围为–60℃—75℃的冷热循环老化试验后仍然保持了很好的稳定性,表明封装工艺对柔性太阳电池具有较好的保护作用.此外,基于二极管模型的电学仿真结果表明,柔性封装后电池性能的改变是由于载流子复合增强,从而降低了开路电压.