Rotina computacional para o satélite CBERS2

A parte elétrica dos satélites CBERS1&2 foi desenvolvida em duas etapas. A primeira etapa consistia da fabricação dos módulos solares (realizada por uma empresa alemã contratada pelo INPE). A segunda etapa consistia na colação desses módulos na estrutura e a fabricação e instalação da cablagem

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(realizada pela indústria nacional). O mesmo foi feito para o modelo de qualificação (cupom de teste) que após essa etapa de fabricação foi caracterizado eletricamente, gerando as curvas características (nas quais já se poderia observar os efeitos dos processos de fabricação). Portanto, buscando obter um melhor ajuste dos parâmetros, partiremos dessa condição (com as medidas reais realizadas no laboratório de testes sendo inseridas no programa) para o desenvolvimento, plotando a curva I x V. Sobre ela geramos a curva do modelo selecionado, fazendo todos os ajustes para que ambas tenham as mesmas características. Isso fará com que a curva modelada apresente as mesmas deformações resultantes dos processos de fabricação. A Figura 11.2 apresenta o resultado, com todos os parâmetros necessários para produzir as curvas que representam o comportamento elétrico do dispositivo.

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Figura 11.2 – Modelo elétrico do Cupom de teste do Gerador Solar (CBERS 1&2).

Curvas (Modelo elétrico 1) Curvas (Modelo elétrico 3)

Resultado de testes cupom

Parâmetros das células e cupom e parâmetros de ajustes das curvas

Ajuste da irradiância e temperatura

Resultado da leitura de 1 ponto selecionada da curva (2 modelos)

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Podemos notar pela sobreposição das curvas (as verdes pontilhadas representam os dados de teste e as azuis os resultados dos modelos selecionados) que o “Modelo 1” teve um ajuste com melhor precisão que o

“modelo 3”. Isso, provavelmente se deve ao fato que ele utiliza parâmetros adicionais (como o fator de ajuste do diodo e a resistência Série e Shunt da célula) nos cálculos, enquanto que o “modelo 3” se desenvolve apenas com os quatro parâmetros característicos da célula solar. Sendo assim o “modelo 1”

será utilizado como referência nas rotinas computacionais desenvolvidas para simular o comportamento elétrico do Gerador Solar dos satélites. A Figura 11.3 mostra com detalhes a curva IxV desse modelo selecionado:

Figura 11.3 – Detalhe das correntes do CBERS2 (TM e do modelo simulado).

A rotina computacional permite as seguintes manipulações (campos em verde são editáveis):

• Alterar parâmetros de ajuste da curva

• Alterar características da célula solar e da estrutura do cupom

• Alterar os valores de temperatura e irradiância solar

• Inserir os valores de degradação para se avaliar resultados de final de vida

• Inserir a tensão para obter a leitura da curva nesse ponto específico

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• Fazer a leitura no início (BOL) ou final de vida (EOL)

• Comparar os resultados dos dois modelos utilizados

Além disso, caso estejamos na fase preliminar de projeto qualquer (sem os resultados elétricos do cupom de teste) ele permite que sejam inseridos os fatores de perdas de fabricação. Nesse caso pode-se utilizar a experiência em programas anteriores para definir esses parâmetros.

Portanto, como possui vários campos editáveis, possibilita gerar uma rotina computacional do modelo elétrico para qualquer tipo de cupom, bastando para isso definir o número de células em série/paralelo e ajustar os parâmetros da célula solar a ser utilizada, caso possua características distintas daquelas cadastradas.

Após definido o comportamento elétrico do cupom de teste, geramos a rotina computacional do Gerador Solar com as mesmas características e deformações da curva, considerando agora todas as combinações de “strings”

em paralelo e células em série utilizadas. Como o modelo 1 apresentou um melhor ajuste da curva, ele foi selecionado para as novas rotinas desenvolvidas. A Figura 11.4 ilustra o resultado dessa rotina do Gerador Solar dos satélites CBERS1&2.

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Figura 11.4 – Modelo elétrico do Gerador Solar (CBERS1&2).

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As curvas geradas acima representam uma condição teórica no final de vida do satélite CBERS2, submetido às piores condições de irradiância solar previstas.

As coordenadas do ponto de operação podem ser observadas nos gráficos para a análise precisa do posicionamento nas curvas.

Com a elaboração da rotina que reproduz o comportamento elétrico do Gerador Solar, geramos uma nova configuração para podermos encontrar as correntes fotogeradas ao longo da vida do satélite (no exemplo o CBERS2). Teremos assim, não mais uma visualização pontual da curva no início ou final de vida, mas uma percepção contínua ao longo da vida do satélite. Para essa implementação inserimos na forma de tabela, as informações de tensão, temperatura e a variação da irradiância solar para todo o período de vida do satélite. Incluímos também as telemetrias de corrente, para comparação dos resultados. Como o Gerador Solar do satélite está conectado diretamente à Bateria, carregando-a, ela é considerada a carga para a rotina desenvolvida.

Por fim, definimos a degradação linear das correntes fotogeradas ao longo da vida do satélite (calculada no capítulo 9 desse trabalho) e rodamos a rotina. A Figura 11.5 apresenta os resultados obtidos:

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Figura 11.5 – Rotina computacional do Gerador Solar (CBERS2).

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Podemos observar cinco gráficos distintos, identificados na Figura 11.5. Os gráficos 1 e 2 ilustram a tensão de operação do Gerador Solar e a temperatura, respectivamente. O satélite não gera telemetrias de tensão do Gerador Solar, porém, disponibiliza telemetrias de tensão da Bateria. Como a Bateria está conectada diretamente na seção SG1A do Gerador (através da cablagem e diodos), calculamos as perdas nesse circuito e simulamos a tensão de trabalho do Gerador Solar.

O gráfico 5 indica os valores de irradiância solar calculados através do modelo orbital apresentado no capítulo 6 desse trabalho.

Os gráficos 3 e 4 apresentam efetivamente o resultado das correntes obtidas pela rotina desenvolvida, sob dois ângulos. O gráfico 3 ressalta todas as telemetrias de corrente armazenadas durante a vida do satélite (azul), a curva linear da degradação por radiação (preto) e a curva do modelo sobreposta (vermelho). Repare que as telemetrias de voo possuem valores partindo de zero até um valor máximo. Isso ocorre, pois quando o sistema não solicita correntes do Gerador Solar (bateria completamente carregada), ela é descartada, apresentado valores nulos nas telemetrias. Já os valores intermediários aparecem normalmente no início e no final do período sob luz solar. O gráfico 4 detalha o resultado das correntes do modelo (vermelha) e das correntes máximas da telemetria do período (azul), descartando as correntes nulas e intermediárias.

A rotina estabelecida permite ainda realizar alguns ajustes nos parâmetros das células e gerar as curvas características do Gerador Solar em qualquer período da vida do satélite.

Como pode ser observado nos resultados, o modelo elétrico se comportou de forma bem similar aos valores das telemetrias. As correntes (modelo e telemetria) tiveram praticamente o mesmo resultado ao longo da vida do satélite. Isso valida a rotina elaborada, visto que os valores médios das correntes fotogeradas estão de acordo com os valores obtidos no modelo, após a aplicação da degradação teórica do período (7,05%) para o satélite CBERS2.

A Figura 11.6 apresenta o detalhe do resultado das correntes obtidas (curva

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em azul – valores da corrente de telemetria do satélite CBERS2 e curva em vermelho – curva resultante do modelo 1) ampliada da Figura 11.5:

Figura 11.6 – Detalhe das correntes fotogeradas (CBERS2).

Essa análise também foi aplicada para os satélites CBERS1 e CBERS2B, considerando suas características, e, apresentaram os mesmos resultados satisfatórios.