[發(fā)明專(zhuān)利]飛行狀態(tài)對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)中光伏電池性能影響的預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010126273.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111310353B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖文波;金鑫;章文龍;葉國(guó)敏;夏情感;宋靈婷;吳華明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F119/08;G06Q50/06
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所 36111
• 代理人: 黃文亮

本發(fā)明公開(kāi)了一種飛行狀態(tài)對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)中光伏電池性能影響的預(yù)測(cè)方法，結(jié)合電池轉(zhuǎn)換效率模型、電池表面溫度模型、太陽(yáng)輻射模型、大氣通透率與飛行高度模型、太陽(yáng)高度角與飛行區(qū)域模型等，建立了飛機(jī)速度、高度、時(shí)間及區(qū)域等飛行狀態(tài)下影響光伏電池性能的預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立，且包含氣象數(shù)據(jù)和資料，可以實(shí)時(shí)快速的預(yù)測(cè)光伏電池在不同飛行速度下等的輸出功率。本方法考慮因素更全面，適用性更強(qiáng)，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能飛機(jī)和光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛行狀態(tài)對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)中光伏電池性能影響的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

受太陽(yáng)能功率密度低和機(jī)翼安裝面積等制約，太陽(yáng)能飛機(jī)工作能力提升一直困難；為此，預(yù)測(cè)光伏電池的工作性能是太陽(yáng)能飛機(jī)合理分配和使用能量的基礎(chǔ)。已有研究表明，太陽(yáng)能飛機(jī)飛行高度、飛行速度等飛行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，飛機(jī)周?chē)拇髿鉁囟取⒖諝饷芏取⑻?yáng)輻射等環(huán)境因素也隨之變化，這些因素耦合在一起共同影響電池的性能[成珂,王忠偉,周洲.太陽(yáng)能飛機(jī)工作條件對(duì)光伏電池性能的影響[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,30(4):535-540.]；[FazelpourF,Vafaeipour M,Rahbari O,et al.Considerableparameters of using PV cells for solar-powered aircrafts[J].Renewable andSustainable Energy Reviews,2013,22:81-91.]。為了更好的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能飛機(jī)續(xù)航，有人提出基于凈能量分布地圖的太陽(yáng)能飛機(jī)續(xù)航評(píng)估方法，該方法不僅需要各個(gè)測(cè)量站點(diǎn)的太陽(yáng)能飛機(jī)能量生產(chǎn)與消耗模型，而且需要用插值法對(duì)所設(shè)定任務(wù)區(qū)域進(jìn)行插值，從而獲得該區(qū)域的24小時(shí)飛行凈能量分布地圖，用于對(duì)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)續(xù)航評(píng)估[一種基于凈能量分布地圖的太陽(yáng)能飛機(jī)續(xù)航評(píng)估方法，申請(qǐng)?zhí)枺?01811564081.2]。上述方法對(duì)于飛行狀態(tài)瞬息萬(wàn)變的太陽(yáng)能飛機(jī)來(lái)說(shuō)，不僅可靠性有待評(píng)估且慢。

為此，本發(fā)明從光伏電池產(chǎn)生功率模型出發(fā)，結(jié)合光伏電池轉(zhuǎn)換效率模型、電池表面溫度模型、太陽(yáng)輻射模型等，建立了飛機(jī)速度、高度、時(shí)間及區(qū)域等飛行狀態(tài)下影響光伏電池性能的預(yù)測(cè)模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是：提供一種飛行狀態(tài)對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)中光伏電池性能影響的預(yù)測(cè)方法，具體為飛行速度、飛行高度、飛行時(shí)間和飛行區(qū)域下光伏電池性能的預(yù)測(cè)。建立了光伏電池產(chǎn)生的功率與電池效率、接受的太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度與飛機(jī)上鋪設(shè)電池的面積模型；電池效率與電池溫度模型；電池溫度與周?chē)h(huán)境的對(duì)流換熱模型；太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度與大氣通透率、太陽(yáng)高度角之間的模型等。

本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所提供的技術(shù)方案為：一種飛行狀態(tài)對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)中光伏電池性能影響的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟，

(1)預(yù)測(cè)太陽(yáng)能飛機(jī)所在區(qū)域、某飛行高度下的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度：

G＝G₀D_zsin(A) (1)

式(1)中G₀為大氣層外太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，1353W/m²；D_z為大氣通透率，與飛行高度相關(guān)；A是以太陽(yáng)能飛機(jī)機(jī)翼光伏組件為平面的太陽(yáng)高度角，與飛行區(qū)域相關(guān)；

(2)根據(jù)飛行速度、大氣溫度等因素和熱平衡原理，獲得的光伏電池表面溫度的模型如下：

式(2)中α為電池的吸收率，取0.92；ε為電池?zé)彷椛浒l(fā)射率，取0.85；σ為玻爾茲曼常數(shù)，σ＝5.67x10^-8W(m²/K⁴)；T_sky為有效天空溫度；h為對(duì)流換熱系數(shù)，與飛行速度相關(guān)；T_atm為不同高度對(duì)應(yīng)的大氣溫度，由飛行高度決定；NOCT為光伏電池的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度25℃；

(3)步驟(2)中的為光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率：