一種利用衛星外表面溫度梯度進行發電的方法與流程

2023-06-04 09:15:57

本發明屬於溫差發電技術在太空飛行器熱控制領域應用。

背景技術：

進入21世紀後，現在衛星逐漸呈現其輕量化、小型化、低成本以及高功能密度和性價比等優勢，得到了快速發展和廣泛應用，現在其已成為空間系統的重要組成部分。

衛星的向陽面在強烈的太陽輻射下溫度比較高，而背陽面由於沒有太陽輻射照射，其溫度會比較低。衛星外表面過高的溫度會影響太陽能電池板的工作效率，而整星的溫度不均勻會引起衛星結構的熱變形，影響星內高精密設備的精度。

由於小衛星體積小、熱容小，運行軌道也比較低，在其頻繁進出地球陰影區時，會造成衛星表面溫度波動過大，容易影響星內設備的正常工作狀態，增加衛星熱控制系統的設計難度。

技術實現要素：

為了解決小衛星外表面溫度差過大、溫度波動較大的問題，並增加衛星能量的來源，本發明提出了一種利用衛星外表面溫度梯度進行發電的方法，尤其適合應用在小衛星上，如微、納衛星。

為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：

一種利用衛星外表面溫度梯度進行發電的裝置，其特徵在於該裝置包括：覆蓋於衛星外表面的第一隔熱層、覆蓋於第一隔熱層上的導熱層、覆蓋於導熱層上的第二隔熱層、第二隔熱層上設置的體裝式的太陽能電池板、鑲嵌於第二隔熱層內的熱電器件、連接導熱器件的能量收集電路；所述每一塊太陽能電池板下方的第二隔熱層內都鑲嵌有熱電器件，各熱電器件一端連接太陽能電池板另一端連接導熱層。

優選的，所述的熱電器件(2)採用低溫段熱電材料製成，其P、N臂橫截面積小，PN結對數多。

優選的，所述的導熱層(4)材料為泡沫碳。

本發明的有益效果：這種利用衛星外表面溫度梯度進行發電的方法，不僅能夠增加衛星能量的來源，還能夠降低衛星向陽面的溫度，減小衛星外表面的溫度波動，減小溫度對體裝式的太陽能電池板工作效率的影響。該方法在小衛星上具有很好的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明以立方體衛星為實施對象的三維示意圖。

圖2是本發明以立方體衛星為實施對象的平面示意圖。

圖3是本發明以立方體衛星為實施對象的一個面上的安裝結構爆炸圖。

圖4是本發明的能量收集電路模塊的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明提供的一種利用衛星外表面溫度梯度進行發電的方法的具體實施方式做詳細說明。

本發明面向的對象為小衛星，在本文中以立方體衛星為例。在立方體衛星的六個面上均安裝了微型熱電器件，其中衛星的五個面(除近地面外)有體裝式的太陽能電池板，近地面安裝有熱沉。

圖1所示是本發明以立方體衛星為實施對象的三維示意圖，衛星的六個面均有衛星熱電器件。示意圖中每個面只放一個熱電器件，而實際可以根據衛星的大小安裝多個熱電器件。

圖2所示是本發明以立方體衛星為實施對象的平面示意圖，附圖3所示是一個面的結構爆炸圖。所示的結構組件包括體裝式的太陽能電池板1、熱電器件2、第二隔熱層3、導熱層4以及第一隔熱層5。所述的熱電器件2嵌在第二隔熱層3中，其一個面通過導熱矽脂緊貼在體裝式的太陽能電池板上，另一個面通過導熱矽脂緊貼在高性能導熱層4上。隔熱組件5主要用來阻斷衛星表面的熱量傳遞到衛星內部。

圖2中的熱電器件2採用低溫段高ZT值的熱電材料製成，熱電器件兩端的陶瓷板採用熱導率較高的材料(如AlN,其熱導率是Al2O3的5倍以上)。

圖3中的高導熱層4主要採用熱導率高、密度小、比熱容大的新型材料製成，如泡沫碳。

圖4為本方面的能量收集電路模塊的示意圖，該模塊中採用TPS61200、LTC3109等升壓晶片，能夠將微型熱電器件輸出的電壓升到蓄電池的充電電壓，直接給蓄電池充電。

上述只是以立方體衛星為實施例進行了圖示和描述，但本發明專利的實施方式並不受上述實施例的限制，只要其以基本相同的手段達到本發明專利的技術效果，都應屬於本發明專利的保護範圍。