临近空间飞行器分布式太阳电池发电分析及系统优化.pdfVIP

2025

年

8

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航

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航

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大

学

学

报

August2025

第

51

卷

第

8

期Journal

of

Beijing

University

of

Aeronautics

and

AstronauticsVol.

51No.

8

jbuaa@

DOI:

10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0652

临近空间飞行器分布式太阳电池发电

分析及系统优化

1，21，2，*1，211，21，2

蔡培源，徐国宁，柯挚捷，张衍垒，杨燕初，蔡榕

(1.

中国科学院空天信息创新研究院，北京

100094；

2.

中国科学院大学，北京

100049)

摘要：临近空间长航时飞行器能源形式一般采用光伏发电系统，太阳电池铺设在飞行器

上表面，受飞行器外形限制和影响，太阳电池呈现曲面分布。为高效利用曲面太阳电池阵列，通常

采用分布式的太阳电池发电控制管理模式，将曲面阵列划为若干太阳电池子阵并对每个子阵独立控

制，以实现整体太阳电池阵列的最大功率发电。基于此，建立临近空间飞行器分布式太阳电池阵列

发电模型。分析了不同因素太阳电池子阵的发电功率的影响和规律，提出一种分布式太阳电池最大

供电跟踪控制器拓扑架构，并进行仿真分析，结果表明：该拓扑架构在保证总体能量不变的情况下

降低了电源变换装置的额定功率，为临近空间飞行器电源系统减重提供了新思路。

关键词：太阳电池；临近空间飞行器；太阳电池发电系统；最大功率跟踪控制；能量分析

中图分类号：V242；TM46

文献标志码：A文章编号：1001-5965（2025）08-2757-10

临近空间指位于距离地表20～100

km高度的若干太阳电池子阵，每个子阵后级连接独立的最大

区域，是部署空中平台进行环境检测、对地观测、功率点跟踪(maximum

power

point

tracking,

MPPT)

实现通信中继的比较理想的区域。临近空间低速控制器，对不同子阵进行独立控制，实现各太阳电

飞行器在对地观测、防灾救灾、信息通信等领域具池子阵的最大功率输出，进而提高太阳电池阵列总

[1-3]体发电功率。

有重要作用。同时，临近空间气候状况稳定，太

阳辐射强，有利于以太阳能为主要能量来源的临近飞行器太阳电池阵列发电功率计算与预测有

[4]利于在设计建造阶段节省成本，提高飞行器整体能

空间飞行器的部署与应用。

临近空间低速飞行器主要包含平流层飞艇、太量利用率和载荷有效利用率；在运行阶段，精确预

阳能无人机等。这些飞行器通常在顶部敷设大面测发电功率有利于后续任务的开展与进行。

可以

积太阳电池阵列，将太阳能转化为电能，以实现飞说，飞行器太阳电池阵列发电功率计算与预测贯穿

[5-6]了飞行器设计、制造和运行的整个生命周期，因此，

行器的长航时飞行。受限于飞行器外形、体积

与结构等因素，顶部的太阳电池阵列呈现曲面形对飞行器太阳电池发电系统进