太陽能無人機電源系統的應用

盛熙皓 湖南省長沙市第一中學

太陽能無人機電源系統的應用

盛熙皓 湖南省長沙市第一中學

太陽能無人機是以太陽輻射作為能源的無人飛機，現如今，隨著科學技術的不斷發展，太陽能無人機電源系統的技術發展也得到了很大的進步。太陽能飛機的動力裝置是由太陽能電池組、減速器、螺旋槳、控制裝置等組成，而由于太陽輻射的能量密度比較小，所以無人機通過擴大機翼面積來獲得充足的能量。本文就對太陽能無人機電源系統的應用的進行詳細的分析。

太陽能 無人機 電源系統

太陽能無人機技術的快速發展少不了以太陽能為輸入能源的電源系統技術支持，最早太陽能電源系統應用于空間站、宇宙飛船、衛星等供電方面。而隨著技術的不斷進步發展，現如今太陽能電源系統已經成功的應用在了無人機中，并且其應用效果十分良好。太陽能無人機為了能夠獲得充足的能力，就需要擴大照射面積，所以一般無人機的機翼面積都比較大，而飛機的結構質量則相對較低，因此這也要求太陽能電源系統本身的質量不能太高。當太陽能無人機在飛行過程中，太陽能量的吸收會在諸多因素的影響下發生變化，比如由于季節不同、時間不同能量的吸收率都會受到一定的影響。因此，在優化航跡以及動力基礎的基礎上，還需要選擇效率更大的太陽電池和儲能電池，這也是對電源系統提出的更高的要求。

1 太陽能無人機電源系統概述

太陽能無人機電源系統一般是由發電子系統、儲能子系統、電源控制系統組成，電源系統在無人機中與航電系統、動力系統等相連。除此之外，為了更好的對無人機進行實施控制和管理，電源系統還要與地面的控制站實現數據通訊，這樣地面控制站可以實時了解到無人機的飛行狀態、能量吸收率、儲電量等。太陽能無人機電源系統與衛星電源系統的設計思想有所不同，太陽能無人機電源系統不僅要保證系統的穩定性和可靠性，還要最大限度要求質輕效優。同時，電源系統還需要能夠適應飛行環境以及大氣環境等。

2 太陽能無人機電源系統的應用

2.1 發電子系統

太陽能功率密度會隨著無人機飛行高度的增加而提高，比如在地面上太陽能功率密度為80mW/cm2，而隨著無人機上升到太空后則會提高到136.7mW/cm2。在無人機中采用太陽輻射能作為發電單元，可以促進無人機長時間在空中飛行，并且太陽能屬于清潔能源，沒有氣體排放，所以對于環境也不會造成污染。無人機不需要安裝排氣裝置，所以也不會對機載大氣測量傳感器帶來影響和干擾。一般來說發電子系統都是鋪設在無人機的機翼和尾翼表面，以硅基太陽電池以及化合物太陽電池為主。就目前來看，單晶硅太陽電池技術十分成熟，所以在太陽能無人機的太陽電池中應用最為廣泛。而多晶硅太陽電池雖然成本比較低，但是其轉換效率卻沒有單晶硅太陽電池高。除此之外，發電子系統中應用的電池還有GaAs系列太陽電池、CIS系列太陽電池等。

2.2 儲能子系統

在整個太陽能無人機質量中儲能子系統占有較大的比例，這是因為各種儲能電池的比能量還比較低，歷史上，太陽能無人機中應用的儲能電池有銀鋅電池、、鎘鎳電池、燃料電池等。隨著技術的不斷進步，現如今在太陽能無人機中應用廣泛的儲能電池就是傳統的鋰電池、氫鎳電池等，傳統電池具有較高的輕便性和可靠性，尤其是在輕小型無人機中更是受到了廣泛的應用。而對于一些大型高空太陽能無人機則會應用大規模的燃料電池、鋰硫電池等高比能量電池，以此來促進無人機在太空中飛得更久更高。就儲能子系統中的鋰離子電池來說，其具有充放電壽命長、維護方便、無污染等優點，所以其是目前普遍應用與太陽能無人機上的儲能裝置。雖然鋰硫電池不僅比能量高，并且能夠以大電流狀態下連續放電，以此來保證為太陽能無人機推進系統大功率供電，但是由于鋰硫電池技術還不夠成熟，所以沒有得到普遍應用。因此，這就需要相關科研人員不斷加強研究。

2.3 控制子系統

在太陽能無人機電源系統中控制子系統十分關鍵，電源控制器直接關系著電源系統的正常運作以及為無人機輸送電能等，因此，無人機電源系統中電源控制器的選擇十分重要。就目前來看，采用分布式管理的MPPT控制器是電源系統中電源控制器的首選，該控制其具有輕質高效、體積小、發熱量小的優點。

太陽能無人機的飛行過程可以概括為能量的收集、儲存、管理、消耗的過程，而這都需要依賴于太陽能電源系統的技術應用。隨著科學技術的不斷發展，太陽能無人機中電源系統已經得到廣泛的應用，并且取得了良好的應用效果，其為無人機的發展發揮了重要的作用。因此，為了能夠促進無人機更加快速的發展，在設計過程中，必須將電源系統的最高水平進行高效的整合，使得電源系統能夠在太陽能無人機中得到充分的發揮。將來，隨著電源系統技術以及各部分關鍵技術的不斷進步發展，我國太陽能無人機將會在世界各地騰空而起。

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