Elementi di ingegneria aerospaziale 1

Politecnico di Milano - Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali

Impianti e sistemi aerospaziali – laboratori, 2022

Laboratorio n. 3

Il seguente schema a blocchi si riferisce al sistema elettrico di un veicolo spaziale in orbita attorno alla Terra.

• Solar distribution unit
• Loads
• Battery
• Battery pack
• Charge/discharge unit

Si richiede di dimensionare i pannelli fotovoltaici ed i pacchi batterie e tracciare i grafici significativi nel corso di due orbite complete, riportando potenza assorbita dalle utenze, potenza generata dai sistemi primario e secondario e percentuale di carica batterie.

Dati

• Periodo orbita: 96 min
• In eclisse: 36 min
• Potenza utenze inizio eclisse: 1500 W
• Potenza utenze fine eclisse: 2500 W
• Potenza utenze fuori eclisse: 3200 W
• Rendimento pannelli fotovoltaici: 18%
• Deterioramento celle: 30%
• Rendimento BCDU: 92%
• Rendimento DU: 94%
• DOD batterie: 30%
• Densità energia NiH: 60 Wh/kg
• Densità energia Li-ion: 150 Wh/kg
• Perdita di capacità: 60%

Esercitazione

Impianto elettrico Laboratorio 03 (2020)

Potenza richiesta e depth of discharge

La corrente elettrica generata durante il periodo di esposizione alla luce solare per mezzo dell’impianto fotovoltaico viene inviata all’unità di distribuzione che la ripartisce opportunamente tra le utenze (loads) e l’unità di controllo di carica/scarica delle batterie. Quest’ultima, a seconda della necessità, alimenta o meno le batterie (battery pack) essenziali per il funzionamento dell’impianto durante il periodo di eclissi.

Il sistema è progettato per il sostentamento di un veicolo spaziale (satellite) in orbita intorno alla Terra. Pertanto esso presenta:

• Un periodo di esposizione al sole, che coincide con la fase di funzionamento dei pannelli fotovoltaici e quindi con l’accumulo di energia elettrica nel pacco batterie in contemporanea alla normale alimentazione dei carichi (fase di carica delle batterie).
• Un periodo di buio (eclissi), in cui, non essendo presente la luce solare, il sistema viene alimentato tramite l’energia immagazzinata nelle batterie durante la fase di esposizione alla luce (fase di scarica delle batterie).

Fase di eclissi

Durante il periodo di eclissi il sistema viene alimentato soltanto per mezzo delle batterie, che trasmettono energia alle utenze scaricandosi progressivamente. I pannelli solari è come se non ci fossero (non ricevono né trasmettono corrente).

L’energia assorbita dai carichi è per definizione: