The electrical power system (EPS) of Korean satellites in low-earth-orbit is designed to achieve energy balance based on a one-orbit mission scenario. This means that the battery has to be fully charged at the end of a one-orbit mission. To provide the maximum solar array (SA) power generation, the peak power tracking (PPT) method has been developed for a spacecraft power system. The PPT is operated by a software algorithm, which tracks the peak power of the SA and ensures the battery is fully charged in one orbit. The EPS should be designed to avoid the stress of electronics in order to handle the main bus power from the SA power. This paper summarizes the results of energy balance to achieve optimal power sizing and the actual trend analysis of EPS performance in orbit. It describes the results of required power for the satellite operation in the worst power conditions at the end-of-life, the methods and input data used in the energy balance, and the case study of energy balance analyses for the normal operation in orbit. Both 10:35 AM and 10:50 AM crossing times are considered, so the power performance in each case is analyzed with the satellite roll maneuver according to the payload operation concept. In addition, the data transmission to the Korea Ground Station during eclipse is investigated at the local-time-ascending-node of 11:00 AM to assess the greatest battery depth-of-discharge in normal operation.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.3
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pp.549-557
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2012
In this paper an on-chip photo energy harvesting system with MPPT(Maximum Power Point Tracking) control is proposed. The ISC(Integrated Solar Cell) is implemented using p-diff/n-well diodes available in CMOS processes. MPPT control is implemented using the linear relationship between the open-circuit voltage of a PV(Photovoltaic) cell and its MPP(Maximum Power Point) voltage such that a small pilot PV cell can track the MPP of a main PV cell in real time. Simulation results show that the designed circuit with the MPPT control delivers the MPP voltage to load even though the load is heavy such that the load circuit can operate properly. The proposed circuit is designed in 0.18um CMOS process. The designed main PV cell and pilot PV cell occupy $8mm^2$ and $0.4mm^2$ respectively.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.9
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pp.779-788
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2014
The satellite should generate electric power efficiently to perform the mission successfully within limited power. For this reason, the electrical power system of LEO satellites usually regulates the power which is generated from the solar cells using MPPT (Maximum Power Point Tracking) method. This paper proposes advanced MPPT algorithm based on the fuzzy logic applied to small CubeSat satellite. The simulation has been performed to confirm the validity of the proposed method by interlocking between MATLAB/Simulink and STK (Systems Tool Kit). The EBA(Energy Balance Analysis) has also been performed at two different pointing modes of KAUSAT-5 for solar irradiation according to the satellite orbit and attitude, and load capacity varied with operation modes by Simulink and STK. The performance of fuzzy logic-based MPPT algorithm was verified through the EBA. The validity of the proposed MPPT algorithm based on the fuzzy logic was also confirmed by comparing with P&O (Perturbation & Observation) algorithm that is general in the MPPT.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2013.10a
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pp.346-349
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2013
This paper describes a triple-input energy harvesting circuit using solar, vibration and thermoelectric energy with MPPT(Maximum Power Point Tracking) control. The designed circuit employs MPPT control to harvest maximum power available from a solar cell, PZT vibration element and thermoelectric generator. The harvested energies are simultaneously combined and stored in a storage capacitor, and then managed and transferred into a sensor node by PMU(Power Management Unit). MPPT controls are implemented using the linear relation between the open-circuit voltage of an energy transducer and its MPP(Maximum Power Point) voltage. The proposed circuit is designed in a CMOS 0.18um technology and its functionality has been verified through extensive simulations. The designed chip occupies $945{\mu}m{\times}995{\mu}m$.
This study proposed a model that can track MPP faster than the existing MPPT algorithm using the particle swarm optimization algorithm (PSO). The proposed model highly sets the acceleration constants of gbest and pbest in the PSO algorithm to quickly track the MPP point and eliminates the power instability problem. In addition, this algorithm was re-executed by detecting the change in power of the solar panel according to the rapid change in solar radiation. As a result of the experiment, MPP time was 0.03 seconds and power was 131.65 for 691.5 W/m2, and MPP was tracked at higher power and speed than the existing P&O and INC algorithms. The proposed model can be applied when a change in the amount of power is detected by partial shading in a Photovoltaic power plant with Photovoltaic connected in parallel. In order to improve the MPPT algorithm, this study needs a comparative study on optimization algorithms such as moth flame optimization (MFO) and whale optimization algorithm (WOA).
In this study, we developed a learning progression for the structure of the solar system using multi-tier supply form items and validated its appropriateness. To this end, by applying Wilson's (2005) construct modeling approach, we set up 'solar system components,' 'size and distance pattern of solar system planets,' and 'solar system modeling' as the progress variables of the learning progression and constructed multi-tier supply form items for each of these variables. The items were applied to 150 fifth graders before and after the classes that dealt with the 'solar system and star' unit. To describe the results of the assessment, the students' responses to each item were categorized into five levels. By analyzing the Wright map that was created by applying the partial credit Rasch model, we validated the appropriateness of the learning progression based on the students' responses. In addition, the validity of the hypothetical pathway that was established in the learning progression was verified by tracking changes in the developmental level of students before and after the classes. The results of the research are as follows. The bottom-up research method that used multi-tier supply form items was able to elaborately set the empirical learning progression for the conceptualization of the structure of the solar system that is taught in elementary school. In addition, the validity of the learning progression was high, and the development of students was found to change with the learning progression.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.7
no.2
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pp.171-177
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2002
The Photovoltaic systems with solar cell way Provide electrical energy to the utility/consumers, which are becoming one of the promising energy substitutes. The photovoltaic system can be classified into two types : One is the stand-alone type, and the other utility interactive one. The latter can return the generated power to the utility, but the former can't. The utility interactive systems are so valuable for peak power cut in summer season. In the photovoltaic systems the maximum power point tracking (MPPT) has been studied for the increase of the generating energy of the photovoltaic system. There are many control methods of MPPT, but a new MPPT algorithm is proposed to overcome the disadvantages of the conventional ones, and as a result the proposed method enables to improve both tracking ability and generating efficiency of photo voltaic system without DC chopper.
Li, Xingshuo;Wen, Huiqing;Jiang, Lin;Lim, Eng Gee;Du, Yang;Zhao, Chenhao
Journal of Power Electronics
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v.16
no.1
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pp.9-17
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2016
Maximum power point tracking (MPPT) is necessary for photovoltaic (PV) power system application to extract the maximum possible power under changing irradiation and temperature conditions. The β-parameter-based method has many advantages over conventional MPPT methods; such advantages include fast tracking speed in the transient stage, small oscillations in the steady state, and moderate implementation complexity. However, a problem in the implementation of the conventional beta method is the choice of an appropriate scaling factor N, which greatly affects both the steady-state and transient performance. Therefore, this paper proposes a modified β-parameter-based method, and the determination of the N is discussed in detail. The study shows that the choice of the scaling factor N is determined by the changes of the value of β during changes in irradiation or temperature. The proposed method can respond accurately and quickly during changes in irradiation or temperature. To verify the proposed method, a photovoltaic power system with MPPT function was built in Matlab/Simulink, and an experimental prototype was constructed with a solar array emulator and dSPACE. Simulation and experimental results are illustrated to show the advantages of the improved β-parameter-based method with the optimized scaling factor.
Park, Bong-Hee;Jo, Yeong-Min;Choi, Ju-Yeop;Cho, Sang-Yoon;Choy, Ick;Lee, Dong-Ha
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.34
no.4
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pp.123-129
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2014
Photovoltaic and fuel cell systems can be used as power source in mobile robots. At this time the photovoltaic system generally generate power in daytime. The starting time of fuel cell is slower than the lithium battery. To compensate for these disadvantages, a battery charge-discharge system is used. Especially the bi-directional converter is used mainly in the charge-discharge method. The controller in a buck converter controls the input voltage of the converter to meet the maximum power point tracking(MPPT) performance. First of all, the simulations of hybrid system for battery charge-discharge system in each step simulated using solar and fuel cell modeling as input source in PSIM. Experiment of the buck and bi-directional converter system is conducted through using photovoltaic/fuel cel simulator(pCube) instead of solar and fuel cell. This hybrid system for battery charge discharge using photovoltaic/fuel cell generates emergency power for the communication system in mobile robot.
Kim, Saewon;Cho, Hyekyung;Joo, Hyunku;Her, Namguk;Yi, Kwangbok;Kim, Jong Oh;Yoon, Jaekyung
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.30
no.5
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pp.501-509
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2016
In this study, a flat-type photocatalytic reactor is applied under solar irradiation for simultaneous treatment of target pollutants: reduction of Cr(VI) to Cr(III) and oxidation of EDCs (BPA, EE2, E2). An immobilized type of photocatalyst was fabricated to have self-grown nanotubes on its surface in order to overcome limitations of powdery photocatalyst. Moreover, Ti mesh form was chosen as substrate and modified to have both larger surface area and photocatalyst content. Ti mesh was anodized at 50V and $25^{\circ}C$ for 30min in the mixed electrolytes ($NH_4F-H_2O-C_2H_6O_2$) and annealed at $450^{\circ}C$ for 2 hours in ambient oxygen to have anatase structure. Surface characterization was done with SEM and XRD methodologies. Fabricated NTT was applied to water treatment, and coexisting Cr(VI) and organics (EDCs) enhanced each other's reactions by scavenging holes and electrons and thus impeding recombination. Also, several experiments were conducted outdoor under direct sunlight and it was observed that both solar-tracking and applying modified photocatalyst were proven to enhance reaction efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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