PROGETTAZIONE E TEST DEL SISTEMA
DI ALIMENTAZIONE TRAMITA CELLE
FOTOVOLTAICHE DEL SATELLITE
ATMOCUBE
Caratteristiche di AtmoCube
Satellite di categoria CubeSat
Strumento di misura nel campo della meterologia spaziale (Space Weather)
GPS
Magnetometro
Spettro­dosimetro
OBR
OBDH
EPS
Il sistema di alimentazione
Generazione di energia elettrica tramite celle fotovoltaiche
Accumulazione di energia tramite una batteria
Distribuzione della tensione ai sottosistemi del satellite
Regolazione della potenza in base al carico da alimentare
Progettare un circuito
stampato
È un aspetto importante nella costruzione di apparecchiature elettroniche
Realizzazione dello schema elettrico
Realizzazione del layout
Fase di sbroglio del circuito
Dimensionamento delle piste e realizzazione del master
IPC­2221 Generic Standard on Printed Board Design Piste di largherzza 0,25mm
Le piste sono state dimensionate in base a
Intensità di corrente
Spessore del rame
Sovratemperatura di esercizio
Vincoli di sistema
Dimensioni
pannelli
Larghezza 83.0 mm
Altezza 113.5mm
Spessore 6.5mm
Massa pannelli
Massa limite 146.4g
Massa (g)
Scocca
336.18
Pannelli solari
146.4
Schede interne
415.55
Antenna
100
Totale
998.13
Margine
1.87
Specifiche di progetto
Triangular Advanced Solar Cell a tripla giunzione in GaAs, 2 celle in serie forniscono 4.38V con una corrente di 28mA
Il sensore di temperatura adottato è LM70 con tensione di alimentazione da 2.65V a 3.3V e temperature misurabile da ­55°C a +150°C e package scelto MSOP­8 Molex Picoblade a 15 contatti per le celle fotovoltaiche e Molex Picoblade a 5 contatti per il sensore di temperatura
Specifiche di progetto
Materiali
Flame Retardant 4 (FR4) per i PCB
Parametro
Valore
Indice di temperatura
140°C
Resistenza alla flessione
>448MPa
Resistenza all'impatto
Forza dielettrica
>54Nm
20kVmm­1
Piste in rame di spessore 35цm
Lega di saldatura non conforme alla normativa RoHS per prevenire la formazione di whiskers I whiskers hanno causato il corto circuito del processore di alcuni satelliti come ad esempio il satellite per telecomunicazioni GALAXY VII della PanAmSat nel 1998 Specifiche di progetto
Montaggio delle celle fotovoltaiche
Scelta delle celle fotovoltaiche in base al rendimento
2 tipi di montaggio per massimizzare lo spazio disponibile e quindi anche la potenza prodotta Fasi di sviluppo del circuito
stampato
PCB realizzati dalla ditta TVR S.r.l.
Montaggio dei componenti eseguito dalla ditta SCEN S.r.l.
Fornito un Data Package ad ogni ditta coinvolta nella realizzazione Prototipo
Necessaria la creazione di un prototipo per eseguire test preliminari prima di passare alla realizzazione definitiva
Il pannello scelto come
prototipo è denominato
Antenna Side Panel
Non conformità rilevate e
soluzioni
Soluzione
Non conformità
La prima versione del prototipo conteneva 12 coppie di celle coprendo tutto il pannello e schermando l'antenna sottostante
Nell'Antenna Side Panel si è passati da 12 a 8 coppie di celle
Non conformità rilevate
Soluzione
Non conformità
La modifica delle dimensioni dell' Antenna Side Panel ha portato a problemi di sbilanciamento
Sono state modificate le dimensioni dei Side Panel e Reduced Side Panel passando da 82x93 mm ad 82x104 mm
Non conformità rilevate e
soluzioni
Non conformità
Soluzione
Il Side Panel ha la stessa La scocca del satellite è stata disposizione delle celle modificata nel lato −y per gli assi ±y ma connettori in posizioni differenti
Non conformità riscontrate
e soluzioni
Non conformità
I pad dei poli negativi delle celle sono troppo piccoli e troppo vicini alle celle per garantire una saldatura corretta
.
Soluzione
Sono stati ingranditi i pad dei poli negativi e spostati in base agli spazi liberi disponibili sui vari pannelli
Non conformità riscontrate
e soluzioni
Non conformità
Non è stata considerata la dimensione della testa delle viti di fissaggio
Soluzione
Sono state riposizionate tutte le celle composte sui vari pannelli rispettando un spazio di guardia dai fori di fissaggio pari a 2 mm
Non conformità rilevate e
soluzioni
Non conformità
Il condensatore C1 è stato collegato seguendo la logica del package LLP­8 e non del MSOP­8
Soluzione
Sono stati rifatti e ricontrollati tutti i collegamenti del condensatore C1
Descrizione dei pannelli
definitivi
Test dei pannelli solari
Necessari per verificare il corretto funzionamento dei pannelli
Test eseguiti tramite un simulatore di luce solare nel laboratorio di Tecnologia Avanzata e Nanoscienza presso il Sincrotrone a Basovizza
Test dei pannelli
Spettro della luce compreso 2000nm e 280nm
Pannello
Potenza prodotta
Side Panel (y) 12 celle
1247,39 mW
Side Panel (­y) 12 celle
1232,68 mW
Finestra utile di dimensione 5x5 cm
Reduced Side Panel (x) 8 celle
590,23 mW
Base Panel (­z) 14 celle
1218,90 mW
Top Panel (z) 8 celle
670,89 mW
Intensità luminosa impostata a ­2
134.8mWcm
Antenna Side Panel (­x) 8 celle
727,11 mW
Totale
5687,21 mW
I dati ricavati dai test sono l'efficienza e la potenza Esito dei test
Conclusioni
I pannelli funzionano tutti correttamente
I vincoli sulle dimensioni sono stati rispettati ed esiste un margine per ulteriori modifiche
La potenza fornita dalle celle è tale da garantire la ricarica della batteria
La massa totale è risultata superiore alle aspettative (necessaria una revisione del budget di massa)
Sono presenti accumuli di stagno indesiderati sul retro dei PCB (necessaria una rilavorazione dei PCB)
