افزایش بازده سلول‌های خورشیدی یک ماهواره با نشانه‌روی خورشیدی از طریق طراحی بهینه پیکربندی لوله‌های حرارتی به روش الگوریتم ژنتیک

کاهش دمای آرایه های خورشیدی ماهواره به منظور افزایش بازده الکتریکی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه با به کارگیری الگوریتم ژنتیک، روش نوینی برای طراحی بهینه پیکربندی لوله های حرارتی ماهواره ها ارایه شد. هدف از این بهینه سازی، تعدیل شرایط دمایی و طراحی حرارتی آرایه های خورشیدی برای یک ماهواره دارای نشانه روی خورشید در مدار پایین است. به منظور شبیه سازی حرارتی ماهواره از نرم افزارهای sinda/fluent و thermal desktop استفاده شد. شبیه سازی های عددی با استفاده از نتایج تجربی مدل حرارتی ماهواره در محفظه خلا، صحت سنجی شد و نشان داده شد که تحلیل های عددی می توانند نتایج قابل اعتمادی تولید نمایند. سپس با اعمال قواعد و قیود حاکم بر مساله، یک الگوریتم بهینه سازی نوشته شد. این الگوریتم به حل معادلات حاکم بر مساله به کمک حلگر می پردازد و نتایج را به عنوان خروجی گزارش می کند. بهینه سازی برای داغ ترین حالت ماهواره (زاویه °90=β) انجام و پس از انجام فرآیند بهینه سازی، پیکربندی بهینه لوله های حرارتی استخراج شد. در قسمت بررسی نتایج، سه حالت عدم استفاده از لوله های حرارتی، طراحی اولیه پیکربندی لوله های حرارتی و پیکربندی بهینه لوله های حرارتی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. مشخص شد که طراحی بهینه به کمک الگوریتم ژنتیک می تواند تا c °19 دمای آرایه های خورشیدی را نسبت به حالتی که در آن از لوله های حرارتی استفاده نشده است، کاهش دهد. مشاهده شد که افزایش نسبت بازده الکتریکی سلول های خورشیدی حدود 10/4% است. همچنین طراحی بهینه نسبت به طراحی اولیه، تا c °10 دمای آرایه های خورشیدی را کاهش می دهد. طراحی بهینه پیکربندی لوله های حرارتی می تواند باعث کاهش قابل توجه دمای اجزای داخلی ماهواره نیز شود.

Efficiency Enhancement of Solar Cells of a Sun Pointing Satellite with Design Optimization of Heat Pipes Configuration Using Genetic Algorithm

Reducing satellite solar panels temperature, to increase their electrical efficiency is of great importance. In this study, a novel methodology for optimal configuration design of heat pipes in a sunpointing satellite utilizing the genetic algorithm is presented. The purpose of optimization is the thermal adjustment and design improvement of the solar panels for the satellite that is supposed to orbit in the Low Earth Orbit. Thermal simulations of satellite and solar panels are performed using SINDA/FLUINT and Thermal Desktop software. The computations are validated using experimental measurements of the satellite thermal model in a vacuum chamber and it was shown that the numerical analysis can produce reliable results. Then, applying the constraints of the problem, an optimization algorithm is introduced. This algorithm employs the thermal simulation software for solving the governing equations of the problem and then reports the results. The optimization was performed for the satellite hottest case (beta:90) and then, conducting an optimization procedure, the optimal configuration of heat pipes is achieved. In the results section, three different configurations, namely no heat pipes, the initial design for configuration of heat pipes and the optimal configuration of heat pipes, are investigated and compared. It was found that the optimal configuration using the genetic algorithm can reduce the temperature of solar arrays by up to 19 °C relative to that in which no heat pipe was used. It was observed that an efficiency ratio enhancement is 10.4% for the solar panels of optimum configuration. The optimization could significantly reduce the temperature of the satellite internal equipment.