El 10 de junio de 2011, el lanzador Delta II puso en órbita exitosamente el satélite Aquarius/SAC-D desde la base de la fuerza aérea norteamericana en Vandenberg (VAFB), EE.UU. Se trata del primer satélite argentino con sus paneles solares fabricados en el país, más específicamente en el Centro Atómico Constituyentes de la Comisión Nacional de Energía Atómica. En este trabajo se presenta un análisis preliminar del funcionamiento de los paneles solares en órbita mediante mediciones eléctricas recibidas por telemetría, comparándose las mismas con los resultados de las simulaciones teóricas realizadas previamente. Los resultados obtenidos muestran el correcto funcionamiento de los 24 módulos que conforman los 2 paneles solares del satélite.On 10th June 2011 Aquarius/SAC-D satellite was successfully launched from Vandenberg Air Force Base in California, U.S.A., by Delta II launcher. This satellite is the first one with the solar panels integrated in Argentina, specifically in the Constituyentes Atomic Center of the National Atomic Energy Commission. In this paper a preliminary analysis of the performance of the solar array in orbit is presented and electrical data received by telemetry are compared with theoretical simulations previously performed. Results obtained show that the 24 modules of the solar array are working according to the expectations.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Durán, Julio César

Godfrin, Elena María

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Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

MISIÓN SATELITAL AQUARIUS/SAC-D: ANÁLISIS PRELIMINAR DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS PANELES SOLARES EN ÓRBITA A PARTIR DE DATOS DE TELEMETRÍA  E.M. Godfrin, J.C. Durán  Departamento Energía Solar – Gerencia Investigación y Aplicaciones – CAC – CNEA Av. General Paz 1499 – B1650KNA San Martín – Provincia de Buenos Aires – Argentina Tel. (011) 6772-7132, Fax (011) 6772-7121, www.tandar.cnea.gov.ar, duran@tandar.cnea.gov.ar  RESUMEN: El 10 de junio de 2011, el lanzador Delta II puso en órbita exitosamente el satélite Aquarius/SAC-D desde la base de la fuerza aérea norteamericana en Vandenberg (VAFB), EE.UU. Se trata del primer satélite argentino con sus paneles solares fabricados en el país, más específicamente en el Centro Atómico Constituyentes de la Comisión Nacional de Energía Atómica. En este trabajo se presenta un análisis preliminar del funcionamiento de los paneles solares en órbita mediante mediciones eléctricas recibidas por telemetría, comparándose las mismas con los resultados de las simulaciones teóricas realizadas previamente. Los resultados obtenidos muestran el correcto funcionamiento de los 24 módulos que conforman los 2 paneles solares del satélite.  Palabras clave: fotovoltaico, panel solar, satélite artificial, simulación, telemetría  INTRODUCCIÓN  El satélite argentino de observación de la Tierra Aquarius/SAC-D (CONAE, 2011) es un emprendimiento conjunto entre la CONAE y la agencia espacial de los Estados Unidos (National Aeronautics and Space Administration, NASA), en el que participan también las agencias espaciales de Italia, Canadá, Francia y Brasil. Este nuevo satélite del Plan Espacial Nacional fue construido en nuestro país con la participación de diversos entes del Sistema Nacional de Ciencia y Tecnología y empresas de base tecnológica. La CNEA, a través de su Departamento Energía Solar y con la participación de personal de otros sectores del Centro Atómico Constituyentes, tuvo la responsabilidad del desarrollo, fabricación y ensayo funcional de los paneles solares, única fuente de alimentación eléctrica del satélite.  A diferencia de los anteriores satélites de la serie SAC, que contaban con instrumental óptico para la adquisición de imágenes en los rangos de luz visible e infrarroja, este observatorio espacial lleva varios instrumentos que operan en el rango de las microondas, siendo los principales dos radiómetros y un escaterómetro. El SAC-D es todo un logro de la tecnología espacial argentina y el satélite más grande y complejo desarrollado en el país: pesa 1.341 kg y mide 2,7 m de diámetro y 7 m de largo. El objetivo principal de esta misión es medir la salinidad de mares y océanos en forma global para elaborar modelos climáticos a largo plazo. También medirá la humedad del suelo a gran escala, dato que permitirá elaborar alertas tempranas de inundaciones y aparición o dispersión de enfermedades. Por su parte, el conocimiento de la salinidad de los mares es de vital importancia para estudiar el cambio climático y entender los efectos de las interacciones entre el ciclo del agua, la circulación oceánica y el clima.  Superadas con éxito todas las etapas de pruebas realizadas durante la campaña de lanzamiento (Fig. 1), el satélite fue puesto en órbita por el lanzador Delta II desde la base de la Fuerza Aérea Norteamericana en Vandenberg, California, el 10 de junio de 2011 (Fig. 2). Luego de la separación del satélite de la última etapa del lanzador, los paneles solares se desplegaron sin inconvenientes, recibiéndose poco después los primeros datos de telemetría que confirmaron el correcto funcionamiento de los mismos. Los primeros dos meses de la misión se dedican esencialmente a la verificación de los diferentes subsistemas de la plataforma de servicios, en especial del subsistema de potencia del cual los paneles forman parte, antes del encendido de los instrumentos de observación de la Tierra.  La puesta en órbita de esta misión, es un hito histórico en la implementación del Plan Espacial Nacional, ya que se trata del primer satélite con sus paneles solares desarrollados y fabricados en el país.  En este trabajo se presenta el análisis preliminar de los primeros datos de telemetría recibidos desde el satélite y se comparan los mismos con simulaciones del funcionamiento de los paneles solares realizadas previamente (Godfrin et al., 2007; Godfrin et al., 2009).  SIMULACIÓN DEL FUNCIONAMENTO DE LOS PANELES SOLARES  Los paneles solares de la misión Aquarius/SAC-D tienen un área total de aproximadamente 9 m2 y están compuestos por 2574 celdas de triple juntura (ATJ, por “Advanced Triple Junction”), provistas por Emcore, interconectadas entre sí formando cadenas de 18 celdas en serie. A su vez, las cadenas se conectan entre sí en paralelo, formando módulos de 5, 6 o 7 cadenas. Cada uno de los paneles posee 12 módulos pero con configuraciones levemente diferentes. En el Panel +X, 11 módulos están04.21 formados por 6 cadenas y 1, por 7 cadenas, mientras que en el Panel –X 10 módulos están formados por 6 cadenas y 2, por 5 cadenas.  La simulación del funcionamiento de los paneles solares se realizó mediante herramientas numéricas desarrolladas previamente (Godfrin et al., 2007), utilizando como datos de entrada las características eléctricas de corriente vs. tensión (I-V) de las celdas que conforman dichos módulos (Godfrin et al., 2009), medidas en condiciones normalizadas (AM0, 1367 W/m2, 28 ºC). La Fig. 3 muestra, a modo de ejemplo, la curva I-V simulada, para 2 temperaturas, junto con los valores experimentales medidos en laboratorio mediante lámpara de Xe pulsada, para uno de los módulos de 6 cadenas en paralelo. Las características eléctricas de los módulos para temperaturas diferentes a 28ºC se obtienen mediante los coeficientes de temperatura provistos por el fabricante (ver Tabla 1), en particular los correspondientes a las celdas solares no degradadas por el ambiente espacial, o sea a principios de su vida útil (BOL, “Beginning Of Life”). Por su parte, la Tabla 2 da los valores de los parámetros eléctricos obtenidos por simulación para los 24 módulos, 12 del panel +X (módulos 1 a 12) y 12 del panel –X (módulos 13 a 24). El módulo 6 está formado por 7 cadenas en paralelo, los módulos 19 y 20, por 5 cadenas en paralelo, y el resto, por 6 cadenas en paralelo. Vca representa la tensión de circuito abierto; Icc, la corriente de cortocircuito; y Ppmp, Vpmp y Ipmp, la potencia, tensión y corriente, respectivamente, en el punto de máxima potencia.   Figura 1: Paneles solares montados en el satélite SAC-D, en la base de lanzamiento en Vandenberg, California.   Figura 2: Lanzador en el momento del despegue, Vandenberg, California, 10 de junio de 2011. 04.22  BOL ∆Vca/∆T [mV/ºC] -5,48 ∆Icc/∆T [mA/ºC] 0,331 ∆Vpmp/∆T [mV/ºC] -5,93 ∆Ipmp/∆T [mA/ºC] 0,310  Tabla 1: Coeficientes de temperatura de las celdas solares ATJ de Emcore (Emcore, 2002).  0.00.51.01.52.02.53.03.50 10 20 30 40 50Tensión [V]Corriente [A]EEF Simulación 28ºC Simulación 22ºC  Figura 3: Curva I-V simulada, para 2 temperaturas y valores experimentales medidos en laboratorio mediante lámpara de Xe pulsada(ensayo eléctrico funcional, EEF), para uno de los módulos de 6 cadenas en paralelo..  Módulo Vca [V] Icc [A] P [W] Vpmp [V] Ipmp [A] 1 46,9 2,90 106 39,0 2,72 2 47,1 2,92 109 39,5 2,74 3 46,9 2,91 107 39,0 2,74 4 46,9 2,91 106 38,8 2,73 5 46,8 2,91 106 38,9 2,73 6 46,9 3,38 125 39,2 3,19 7 46,9 2,90 106 38,9 2,73 8 46,7 2,91 106 39,0 2,73 9 46,9 2,92 108 39,5 2,74 10 46,8 2,91 106 38,8 2,73 11 47,0 2,91 107 39,1 2,74 12 47,0 2,92 109 39,6 2,74 13 46,6 2,87 106 39,0 2,71 14 46,5 2,89 105 38,9 2,71 15 46,7 2,91 106 39,0 2,73 16 46,4 2,91 105 38,7 2,72 17 46,7 2,88 106 39,1 2,72 18 46,5 2,90 106 39,1 2,72 19 46,8 2,41 89 39,3 2,27 20 46,4 2,43 89 39,0 2,28 21 46,7 2,89 107 39,1 2,73 22 46,7 2,90 106 38,9 2,72 23 46,6 2,92 106 39,0 2,73 24 46,6 2,89 107 39,2 2,72  Tabla 2: Características eléctricas de los 24 módulos que conforman los paneles solares, obtenidas por simulación a partir de las curvas I-V  de las celdas solares medidas en condiciones normalizadas (AM0, 1367 W/m2, 28 ºC). 04.23 ANÁLISIS PRELIMINAR DE DATOS DE TELEMETRÍA  El Aquarius/SAC-D describe una órbita circular helio-sincrónica cuasi polar (98º), a una altura de 658 km (medida cuando pasa sobre el Ecuador), y con el nodo ascendente a las 18:00 horas. Esta órbita tiene un período orbital de 98 minutos, con eclipses* de una duración máxima de 20 minutos por órbita que se producen durante 3 meses del año centrados en el solsticio de invierno en el hemisferio sur (21 de junio). Estos eclipses se producen cuando el satélite pasa sobre el Polo Sur.  Las mediciones de los múltiples parámetros de los diferentes subsistemas del satélite se realizan cada 8 segundos, se almacenan en la memoria de la computadora de abordo y se transmiten posteriormente a las diferentes estaciones terrenas ubicadas en diferentes partes del mundo. En el caso del subsistema de potencia, se miden, entre otros, los siguientes parámetros: corriente entregada por cada uno de los 24 módulos, temperatura de los paneles solares, tensión en los bornes de las baterías, y corriente de carga o descarga de las baterías. La Fig. 4 muestra una de las primeras pantallas de telemetría obtenida a las pocas horas del lanzamiento, donde pueden observarse las corrientes medidas para los 24 módulos de los paneles solares (“Solar Array”).   Figura 4: Pantalla con datos de telemetría de los paneles solares y las baterías, correspondiente al día del lanzamiento.  Con el fin de verificar el correcto funcionamiento de los 24 módulos antes del encendido de los instrumentos del satélite, se analizaron las mediciones de los días 1 al 3 de agosto, inclusive. En esta época del año, los eclipses duran aproximadamente 9 minutos, alcanzando los paneles solares una temperatura máxima cercana a 70ºC, en su paso por el Polo Norte, y una mínima de alrededor de 10ºC, durante los eclipses. En las Figs. 5 y 6 se dan, para los módulos 24 (de 6 cadenas en paralelo) y 6 (de 7 cadenas en paralelo) los valores de la corriente obtenida por telemetría, juntamente con la temperatura de operación del panel, en función de la posición angular del satélite medida con respecto al eje de la Tierra y con origen en el Polo Norte. Los ángulos negativos representan el nodo ascendente (satélite viajando del Polo Sur al Norte, a la salida del eclipse), mientras que los positivos representan el nodo descendente (satélite yendo del Polo Norte al Sur). La dispersión que se observa en la temperatura y la corriente muestra las variaciones de estos parámetros entre las 44 órbitas que recorrió el satélite en el período estudiado. Como referencia, en ambas figuras se indican la corriente de cortocircuito (Icc) y la corriente en el punto de máxima potencia (Ipmp) obtenidas por simulación para ambos módulos.                                                            * Satélite entrando al cono de sombra de la Tierra. 04.24 Módulo 2401020304050607080-180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180Ángulo respecto del Polo Norte [º]T [ºC]0.00.51.01.52.02.53.03.54.0I [A]Temperatura del Panel Corriente del Módulo Icc simulada Ipmp simulada Figura 5 Corriente (rojo) entregada por el Módulo 24 y temperatura de operación (amarillo) a lo largo de la órbita en el período 1/08/2011 al 03/08/2011. Como referencia, se indican la Icc (azul) y la Ipmp (verde) obtenidas por simulación.   Módulo 601020304050607080-180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180Ángulo respecto del Polo Norte [º]T [ºC]0.00.51.01.52.02.53.03.54.0I [A]Temperatura del Panel Corriente del Módulo Icc simulada Ipmp simulada Figura 6: Corriente (en rojo) entregada por el Módulo 6 y temperatura de operación (en amarillo) a lo largo de la órbita en el período 1/08/2011 al 03/08/2011. Como referencia, se indican la Icc y la Ipmp obtenidas por simulación.  CONCLUSIONES  El análisis preliminar de los datos de telemetría correspondientes al período 01/08/2011 al 03/08/2011 muestra un comportamiento de los 24 módulos según lo esperado y en muy buen acuerdo con las estimaciones teóricas previas, pudiéndose concluir en consecuencia que los paneles solares de la misión Aquarius/SAC-D se encuentran completamente operativos luego de la puesta en órbita del satélite.  AGRADECIMIENTOS  Los autores agradecen a los demás integrantes del Proyecto de Integración de Paneles Solares que trabajaron en la integración y ensayo de los paneles solares para el satélite SAC-D. En particular, desean agradecer a C.J. Bruno, J. Fernández Vázquez, H. Socolovsky y D. Raggio, quienes realizaron los ensayos eléctricos funcionales, y a J. Plá, quien realizó, junto con uno de los autores, las mediciones eléctricas de las celdas solares.   04.25 Este trabajo fue financiado principalmente por la CNEA y la CONAE, contándose también con apoyo de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT) y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET).  REFERENCIAS  CONAE (2011) http://www.conae.gov.ar Emcore ID EWRP036 (2002), Informe Técnico. Godfrin E.M., Durán J.C., Fernández Slezak D., Berbeglia G. (2007). Design and simulation of the power subsystems for two argentine satellites. Proceedings of the 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milán, Italia, pág. 692. Godfrin E.M., Fernández Slezak D , Durán J.C. (2009). Misión satelital AQUARIUS/SAC-D: simulación y estimación de la potencia del modelo de vuelo de los paneles solares Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente Vol. 13, 04.37-04.46.  ABSTRACT: On 10th June 2011 Aquarius/SAC-D satellite was successfully launched from Vandenberg Air Force Base in California, U.S.A., by Delta II launcher. This satellite is the first one with the solar panels integrated in Argentina, specifically in the Constituyentes Atomic Center of the National Atomic Energy Commission. In this paper a preliminary analysis of the performance of the solar array in orbit is presented and electrical data received by telemetry are compared with theoretical simulations previously performed. Results obtained show that the 24 modules of the solar array are working according to the expectations.  Keywords: photovoltaic, solar array, satellite, simulation, telemetry 04.26 

Misión satelital Aquarius/SAC-D: análisis preliminar del funcionamiento de los paneles solares en órbita a partir de datos de telemetría

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