太阳能无人机电源系统的应用

盛熙皓 湖南省长沙市第一中学

太阳能无人机电源系统的应用

盛熙皓 湖南省长沙市第一中学

太阳能无人机是以太阳辐射作为能源的无人飞机，现如今，随着科学技术的不断发展，太阳能无人机电源系统的技术发展也得到了很大的进步。太阳能飞机的动力装置是由太阳能电池组、减速器、螺旋桨、控制装置等组成，而由于太阳辐射的能量密度比较小，所以无人机通过扩大机翼面积来获得充足的能量。本文就对太阳能无人机电源系统的应用的进行详细的分析。

太阳能 无人机 电源系统

太阳能无人机技术的快速发展少不了以太阳能为输入能源的电源系统技术支持，最早太阳能电源系统应用于空间站、宇宙飞船、卫星等供电方面。而随着技术的不断进步发展，现如今太阳能电源系统已经成功的应用在了无人机中，并且其应用效果十分良好。太阳能无人机为了能够获得充足的能力，就需要扩大照射面积，所以一般无人机的机翼面积都比较大，而飞机的结构质量则相对较低，因此这也要求太阳能电源系统本身的质量不能太高。当太阳能无人机在飞行过程中，太阳能量的吸收会在诸多因素的影响下发生变化，比如由于季节不同、时间不同能量的吸收率都会受到一定的影响。因此，在优化航迹以及动力基础的基础上，还需要选择效率更大的太阳电池和储能电池，这也是对电源系统提出的更高的要求。

1 太阳能无人机电源系统概述

太阳能无人机电源系统一般是由发电子系统、储能子系统、电源控制系统组成，电源系统在无人机中与航电系统、动力系统等相连。除此之外，为了更好的对无人机进行实施控制和管理，电源系统还要与地面的控制站实现数据通讯，这样地面控制站可以实时了解到无人机的飞行状态、能量吸收率、储电量等。太阳能无人机电源系统与卫星电源系统的设计思想有所不同，太阳能无人机电源系统不仅要保证系统的稳定性和可靠性，还要最大限度要求质轻效优。同时，电源系统还需要能够适应飞行环境以及大气环境等。

2 太阳能无人机电源系统的应用

2.1 发电子系统

太阳能功率密度会随着无人机飞行高度的增加而提高，比如在地面上太阳能功率密度为80mW/cm2，而随着无人机上升到太空后则会提高到136.7mW/cm2。在无人机中采用太阳辐射能作为发电单元，可以促进无人机长时间在空中飞行，并且太阳能属于清洁能源，没有气体排放，所以对于环境也不会造成污染。无人机不需要安装排气装置，所以也不会对机载大气测量传感器带来影响和干扰。一般来说发电子系统都是铺设在无人机的机翼和尾翼表面，以硅基太阳电池以及化合物太阳电池为主。就目前来看，单晶硅太阳电池技术十分成熟，所以在太阳能无人机的太阳电池中应用最为广泛。而多晶硅太阳电池虽然成本比较低，但是其转换效率却没有单晶硅太阳电池高。除此之外，发电子系统中应用的电池还有GaAs系列太阳电池、CIS系列太阳电池等。

2.2 储能子系统

在整个太阳能无人机质量中储能子系统占有较大的比例，这是因为各种储能电池的比能量还比较低，历史上，太阳能无人机中应用的储能电池有银锌电池、、镉镍电池、燃料电池等。随着技术的不断进步，现如今在太阳能无人机中应用广泛的储能电池就是传统的锂电池、氢镍电池等，传统电池具有较高的轻便性和可靠性，尤其是在轻小型无人机中更是受到了广泛的应用。而对于一些大型高空太阳能无人机则会应用大规模的燃料电池、锂硫电池等高比能量电池，以此来促进无人机在太空中飞得更久更高。就储能子系统中的锂离子电池来说，其具有充放电寿命长、维护方便、无污染等优点，所以其是目前普遍应用与太阳能无人机上的储能装置。虽然锂硫电池不仅比能量高，并且能够以大电流状态下连续放电，以此来保证为太阳能无人机推进系统大功率供电，但是由于锂硫电池技术还不够成熟，所以没有得到普遍应用。因此，这就需要相关科研人员不断加强研究。

2.3 控制子系统

在太阳能无人机电源系统中控制子系统十分关键，电源控制器直接关系着电源系统的正常运作以及为无人机输送电能等，因此，无人机电源系统中电源控制器的选择十分重要。就目前来看，采用分布式管理的MPPT控制器是电源系统中电源控制器的首选，该控制其具有轻质高效、体积小、发热量小的优点。

太阳能无人机的飞行过程可以概括为能量的收集、储存、管理、消耗的过程，而这都需要依赖于太阳能电源系统的技术应用。随着科学技术的不断发展，太阳能无人机中电源系统已经得到广泛的应用，并且取得了良好的应用效果，其为无人机的发展发挥了重要的作用。因此，为了能够促进无人机更加快速的发展，在设计过程中，必须将电源系统的最高水平进行高效的整合，使得电源系统能够在太阳能无人机中得到充分的发挥。将来，随着电源系统技术以及各部分关键技术的不断进步发展，我国太阳能无人机将会在世界各地腾空而起。

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