Laser & Optoelectronics Progress, Volume. 60, Issue 17, 1725001(2023)
Analysis of On-Orbit Performance of Solar Cells for Sun Vector Determination
Figures & Tables(19)
Fig. 1. Layout diagram of (a) differential sun sensors and (b) coarse sun sensors
Fig. 2. Schematic diagram of normal direction corresponding to coarse sun sensor (CSS)
Fig. 3. Schematic diagram of angle error between sun vector determined by different sun sensors
Fig. 5. Real-time telemetry data corresponding to voltage outputs of coarse sun sensor (2019‒01‒20)
Fig. 6. Delay telemetry data corresponding to outputs of coarse sun sensor (2019‒01‒20). (a) Outputs corresponding to +X/-X CSSs; (b) outputs corresponding to +Y/-Y CSSs; (c) outputs corresponding to +Z/-Z CSSs
Fig. 7. Variation curves of sun vectors determined by different sun sensors (2018-11-20). (a) Differential sun sensor; (b) coarse sun sensor
Fig. 8. Sun angle variation curves (2018-11-20). (a) Differential sun sensor; (b) coarse sun sensor
Fig. 9. Variation curves sun vectors determined by different sun sensors (2021-12-13). (a) Differential sun sensor; (b) coarse sun sensor
Fig. 11. Variation curves of sun vectors determined by different sun sensors (2022-06-06). (a) Differential sun sensor; (b) coarse sun sensor
Fig. 13. Schematic diagram of cosine curve, Kelly cosine curve, polynomial fitting curve, and fitted Kelly cosine curve
Table 1. Angle error between sun vectors determined by different sun sensors (2018-11-20)
View tableTable 1. Angle error between sun vectors determined by different sun sensors (2018-11-20)
No. Time（2018-11-20） Sun vector（from differential sun sensor） Sun vector（from coarse sun sensor） Sun vector
（modified）
Error /（°） α /（°） β /（°） Modifed error /（°） 1 10∶52∶21 ［0.1761 -0.9729 0.1494］ ［0.1498 -0.9828 0.1078］ ［0.2151 -0.9604 0.1774］ 2.88 1.59 2.42 2.84 2 10∶53∶06 ［0.1808 -0.9729 0.1436］ ［0.1553 -0.9825 0.1029］ ［0.2200 -0.9600 0.1730］ 2.81 1.55 2.39 2.90 3 10∶53∶51 ［0.1850 -0.9731 0.1367］ ［0.1602 -0.9824 0.0965］ ［0.2243 -0.9601 0.1672］ 2.76 1.50 2.38 2.95 4 10∶54∶36 ［0.1892 -0.9733 0.1292］ ［0.1643 -0.9823 0.0902］ ［0.2280 -0.9602 0.1616］ 2.70 1.51 2.31 2.99 5 10∶55∶21 ［0.1936 -0.9736 0.1207］ ［0.1687 -0.9821 0.0837］ ［0.2320 -0.9602 0.1558］ 2.60 1.50 2.14 3.08 6 10∶56∶06 ［0.1973 -0.9740 0.1105］ ［0.1736 -0.9819 0.0760］ ［0.2364 -0.9602 0.1489］ 2.44 1.43 2.05 3.24
Table 2. Angle error between sun vectors determined by different sun sensors (2021-12-13)
View tableTable 2. Angle error between sun vectors determined by different sun sensors (2021-12-13)
No. Time（2021-12-13） Sun vector（from differential sun sensor） Sun vector（from coarse sun sensor） Sun vector
（modified）
Error /（°） α /（°） β /（°） Modifed
error /（°）
1 8∶36∶27 ［0.1830 -0.9634 0.1958］ ［0.1411 -0.9799 0.1435］ ［0.2070 -0.9557 0.2091］ 3.95 -2.56 3.19 1.63 2 8：37∶12 ［0.1937 -0.9626 0.1893］ ［0.1519 -0.9794 0.1332］ ［0.2167 -0.9555 0.2000］ 4.12 -2.56 3.27 1.51 3 8∶37∶57 ［0.2030 -0.9620 0.1820］ ［0.1620 -0.9788 0.1250］ ［0.2257 -0.9550 0.1926］ 4.14 -2.52 3.32 1.49 4 8∶38∶42 ［0.2115 -0.9615 0.1750］ ［0.1712 -0.9782 0.1180］ ［0.2339 -0.9542 0.1863］ 4.11 -2.48 3.36 1.50 5 8∶39∶27 ［0.2202 -0.9609 0.1675］ ［0.1806 -0.9774 0.1102］ ［0.2423 -0.9535 0.1793］ 4.10 -2.44 3.36 1.50 6 8∶40∶12 ［0.2280 -0.9604 0.1594］ ［0.1887 -0.9767 0.1027］ ［0.2495 -0.9529 0.1726］ 4.06 -2.42 3.35 1.51 7 8∶40∶57 ［0.2348 -0.9600 0.1519］ ［0.1958 -0.9760 0.0954］ ［0.2559 -0.9523 0.1661］ 4.04 -2.40 3.30 1.52 8 8∶41∶42 ［0.2409 -0.9598 0.1439］ ［0.2034 -0.9751 0.0881］ ［0.2627 -0.9516 0.1596］ 3.95 -2.31 3.21 1.61 9 8∶42∶27 ［0.2466 -0.9596 0.1348］ ［0.2090 -0.9746 0.0803］ ［0.2678 -0.9513 0.1526］ 3.89 -2.31 3.17 1.65 10 8∶43∶12 ［0.2515 -0.9595 0.1263］ ［0.2148 -0.9739 0.0734］ ［0.2730 -0.9508 0.1465］ 3.78 -2.25 3.09 1.76 11 8∶43∶57 ［0.2549 -0.9598 0.1173］ ［0.2187 -0.9735 0.0675］ ［0.2764 -0.9506 0.1411］ 3.61 -2.21 2.92 1.91 12 8∶44∶42 ［0.2575 -0.9601 0.1083］ ［0.2214 -0.9733 0.0608］ ［0.2789 -0.9508 0.1351］ 3.50 -2.20 2.79 2.04 13 8∶45∶27 ［0.2588 -0.9608 0.0990］ ［0.2236 -0.9731 0.0554］ ［0.2810 -0.9508 0.1303］ 3.29 -2.13 2.53 2.27 14 17∶43∶57 ［-0.1623 -0.9614 0.2220］ ［-0.1205 -0.9779 0.1710］ ［-0.1885 -0.9539 0.2337］ 3.90 2.56 3.00 1.70 15 17∶44∶42 ［-0.1497 -0.9619 0.2286］ ［-0.1088 -0.9780 0.1779］ ［-0.1781 -0.9543 0.2399］ 3.85 2.50 2.97 1.81 16 17∶45∶27 ［-0.1368 -0.9624 0.2345］ ［-0.0973 -0.9780 0.1845］ ［-0.1679 -0.9546 0.2459］ 3.76 2.41 2.94 1.95 17 17∶46∶12 ［-0.1238 -0.9628 0.2399］ ［-0.0861 -0.9778 0.1910］ ［-0.1578 -0.9548 0.2517］ 3.64 2.29 2.88 2.11 18 17∶47∶07 ［-0.1074 -0.9633 0.2458］ ［-0.0724 -0.9776 0.1975］ ［-0.1456 -0.9552 0.2577］ 3.52 2.13 2.84 2.34
Table 3. Angle error between sun vectors determined by different sun sensors (2022-06-06)
View tableTable 3. Angle error between sun vectors determined by different sun sensors (2022-06-06)
No. Time（2022-06-06） Sun vector（from differential sun sensor） Sun vector（from coarse sun sensor） Sun vector
（modified）
Error /（°） α /（°） β /（°） Modifed
Error /（°）
1 6∶02∶43 ［-0.3541 -0.8653 -0.3546］ ［-0.3274 -0.8917 -0.3126］ ［-0.3677 -0.8596 -0.3548］ 3.23 2.09 2.55 0.85 2 6∶03∶28 ［-0.3806 -0.867 -0.3214］ ［-0.3509 -0.8943 -0.2777］ ［-0.3884 -0.8624 -0.3246］ 3.41 2.28 2.63 0.55 3 6∶04∶13 ［-0.4054 -0.8686 -0.2846］ ［-0.3773 -0.8948 -0.2387］ ［-0.4117 -0.8637 -0.2907］ 3.43 2.16 2.73 0.58 4 6∶04∶58 ［-0.4285 -0.8698 -0.2443］ ［-0.4047 -0.8932 -0.1974］ ［-0.4360 -0.8632 -0.2547］ 3.30 1.85 2.76 0.83 5 6∶05∶43 ［-0.4489 -0.8707 0.2005］ ［-0.4285 -0.8876 0.1691］ ［-0.4572 -0.8591 0.2300］ 2.35 1.50 1.83 1.25 6 6∶06∶28 ［-0.4479 -0.8673 -0.2168］ ［-0.4337 -0.8849 -0.1700］ ［-0.4617 -0.8565 -0.2307］ 2.98 1.20 2.73 1.28 7 6∶07∶13 ［-0.4074 -0.8638 -0.2961］ ［-0.4000 -0.8827 -0.2468］ ［-0.4310 -0.8519 -0.2975］ 3.06 0.87 2.94 1.52 8 6∶07∶58 ［-0.3537 -0.8644 -0.3571］ ［-0.3549 -0.8816 -0.3111］ ［-0.3914 -0.8497 -0.3532］ 2.82 0.33 2.80 2.33 9 18∶10∶13 ［0.4675 -0.8608 -0.2006］ ［0.4637 -0.8730 -0.1511］ ［0.4880 -0.8462 -0.2141］ 2.93 -0.53 2.88 2.88 10 18∶10∶58 ［0.4510 -0.8619 -0.2313］ ［0.4420 -0.8789 -0.1795］ ［0.4686 -0.8505 -0.2390］ 3.17 -0.92 3.03 1.28 11 18∶11∶43 ［0.4391 -0.861 -0.2565］ ［0.4302 -0.8794 -0.2037］ ［0.4579 -0.8501 -0.2600］ 3.24 -0.95 3.11 1.26 12 18∶12∶28 ［0.4296 -0.8622 -0.2679］ ［0.4216 -0.8810 -0.2146］ ［0.4502 -0.8513 -0.2695］ 3.27 -0.91 3.15 1.34 13 18∶13∶13 ［0.4172 -0.8618 -0.2882］ ［0.4102 -0.8614 -0.2344］ ［0.4462 -0.8465 -0.2902］ 2.97 -0.37 2.95 1.88 14 18∶13∶58 ［0.4046 -0.8614 -0.3067］ ［0.3987 -0.8815 -0.2530］ ［0.4298 -0.8506 -0.3029］ 3.30 -0.82 3.21 1.59 15 18∶14∶43 ［0.3863 -0.8611 -0.3304］ ［0.3839 -0.8810 -0.2767］ ［0.4167 -0.8496 -0.3233］ 3.28 -0.62 3.23 1.91 16 18∶15∶28 ［0.3732 -0.8602 -0.3474］ ［0.3755 -0.8795 -0.2925］ ［0.4093 -0.8479 -0.3370］ 3.34 -0.33 3.32 2.26 17 18∶16∶13 ［0.3566 -0.8597 -0.3656］ ［0.3629 -0.8794 -0.3081］ ［0.3982 -0.8477 -0.3506］ 3.50 -0.10 3.50 2.63 18 18∶16∶58 ［0.3386 -0.8596 -0.3825］ ［0.3443 -0.8820 -0.3217］ ［0.3821 -0.8501 -0.3625］ 3.73 -0.18 3.72 2.80 19 18∶17∶43 ［0.3174 -0.8591 -0.4014］ ［0.3220 -0.8847 -0.3371］ ［0.3628 -0.8527 -0.3759］ 3.97 -0.28 3.97 3.01
Table 4. Data analysis of outputs of coarse sun sensors (2019-01-20)
View tableTable 4. Data analysis of outputs of coarse sun sensors (2019-01-20)
No. Time
（2019-01-20）
Sun vector（from differential sun sensor） Outputs of 7 coarse sun sensors（CSSs）/V Maximum output of CSS-2 /V 1 6∶44∶56 ［0.1041 -0.9732 0.2046］ ［0.0862 4.8229 0.0813 0.7710 0.3639 -0.0066 0.0487］ 4.9557 2 6∶45∶41 ［0.1129 -0.9731 0.2003］ ［0.0838 4.8272 0.0755 0.0752 0.4076 -0.0093 0.0511］ 4.9606 3 6∶46∶26 ［0.1224 -0.9729 0.1957］ ［0.0813 4.8299 0.0630 0.7280 0.4497 -0.0081 0.0508］ 4.9644 4 6∶47∶11 ［0.1309 -0.9729 0.1903］ ［0.0822 4.8348 0.0581 0.7109 0.4887 -0.0084 0.0465］ 4.9695 5 6∶47∶56 ［0.1397 -0.9727 0.1850］ ［0.0813 4.8372 0.0533 0.6783 0.5272 -0.0093 0.0484］ 4.9730 6 6∶48∶41 ［0.1470 -0.9727 0.1791］ ［0.0786 4.8437 0.0526 0.6517 0.5675 -0.0102 0.0505］ 4.9796 7 6∶49∶26 ［0.1541 -0.9728 0.1729］ ［0.0783 4.8571 0.0505 0.6203 0.6056 -0.0090 0.0499］ 4.9929 8 6∶50∶11 ［0.1606 -0.9727 0.1669］ ［0.0783 4.8653 0.0462 0.5931 0.6401 -0.0099 0.0517］ 5.0019 9 6∶50∶56 ［0.1658 -0.9727 0.1608］ ［0.0771 4.8736 0.0362 0.5641 0.6673 -0.0072 0.0548］ 5.0104 10 6∶51∶41 ［0.1712 -0.9731 0.1536］ ［0.0777 4.8802 0.0285 0.5336 0.6935 -0.0035 0.0514］ 5.0151 11 6∶52∶26 ［0.1762 -0.9734 0.1461］ ［0.0819 4.8840 0.0249 0.5013 0.7259 -0.0084 0.0526］ 5.0175 12 6∶53∶11 ［0.1808 -0.9736 0.1386］ ［0.0792 4.8968 0.0203 0.4720 0.7500 -0.0121 0.0523］ 5.0296 13 6∶53∶56 ［0.1845 -0.9741 0.1302］ ［0.0822 4.9123 0.0175 0.4396 0.7710 -0.0102 0.0526］ 5.0429 14 18∶52∶26 ［-0.2537 -0.9667 0.0333］ ［1.1876 4.8840 0.0157 0.1930 0.0663 -0.0087 0.0627］ 5.0522 15 18∶53∶56 ［-0.2487 -0.9673 0.0479］ ［1.1519 4.8666 0.0124 0.1912 0.0627 -0.0130 0.0618］ 5.0311 16 18∶54∶41 ［-0.2447 -0.9680 0.0552］ ［1.1269 4.8559 0.0175 0.1936 0.0627 -0.0151 0.0560］ 5.0164 17 18∶55∶26 ［-0.2413 -0.9683 0.0629］ ［1.1015 4.8495 0.0139 0.2055 0.0594 -0.0124 0.0563］ 5.0083 18 18∶56∶11 ［-0.2365 -0.9690 0.0701］ ［1.0707 4.8458 0.01389 0.2202 0.0624 -0.009 0.0587］ 5.0008 19 18∶56∶56 ［-0.2311 -0.9697 0.0782］ ［1.0390 4.8449 0.0136 0.2391 0.0597 -0.0145 0.0548］ 4.9963 20 18∶57∶41 ［-0.2253 -0.9704 0.0858］ ［1.0069 4.8452 0.0175 0.2617 0.0563 -0.0136 0.0514］ 4.9930 21 18∶58∶26 ［-0.2192 -0.9711 0.0939］ ［0.9682 4.8461 0.0203 0.2858 0.0587 -0.0124 0.0529］ 4.9903 22 18∶59∶11 ［-0.2127 -0.9717 0.1023］ ［0.9325 4.8412 0.0179 0.3130 0.0542 -0.0096 0.0490］ 4.9822 23 18∶59∶56 ［-0.2053 -0.9724 0.1102］ ［0.8922 4.8428 0.0169 0.3429 0.0590 -0.0096 0.0536］ 4.9803 24 19∶00∶41 ［-0.1978 -0.9730 0.1185］ ［0.8543 4.8418 0.0145 0.3691 0.0584 -0.0160 0.0487］ 4.9762
Table 5. Data analysis of outputs of coarse sun sensors (2022-06-06)
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No. Time（2022-06-06） Sun vector（from differential sun sensor） Outputs of 7 coarse sun sensors（CSSs）/V Maximum output of CSS-2 /V 1 6∶02∶43 ［-0.3541 -0.8653 -0.3546］ ［1.5679 4.2699 0.1692 0.5684 0.3706 0.0008 1.4968］ 4.9346 2 6∶03∶28 ［-0.3806 -0.8670 -0.3214］ ［1.6988 4.3294 0.1930 0.7411 0.4259 0.2425 1.3442］ 4.9935 3 6∶04∶13 ［-0.4054 -0.8686 -0.2846］ ［1.8517 4.3911 0.2016 0.8748 0.4283 0.2367 1.1711］ 5.0554 4 6∶04∶58 ［-0.4285 -0.8698 -0.2443］ ［1.9990 4.4189 0.1866 0.9084 0.3926 0.2168 0.9767］ 5.0804 5 6∶05∶43 ［-0.4489 -0.8707 0.2005］ ［2.1242 4.4005 0.1701 0.8385 0.3429 0.1930 0.7695］ 5.0540 6 6∶06∶28 ［-0.4479 -0.8673 -0.2168］ ［2.1370 4.3600 0.1588 0.7454 0.2773 0.1698 0.8376］ 5.0271 7 6∶07∶13 ［-0.4074 -0.8638 -0.2961］ ［1.9658 4.3380 0.1509 0.6862 0.2007 0.1369 1.2129］ 5.0220 8 6∶07∶58 ［-0.3537 -0.8644 -0.3571］ ［1.7363 4.3130 0.1448 0.6191 0.0975 0.1102 1.5218］ 4.9896 9 18∶10∶13 ［0.4675 -0.8608 -0.2006］ ［0.0868 4.3188 0.0475 0.4332 2.2942 0.060 0.7472］ 5.0172 10 18∶10∶58 ［0.4510 -0.8619 -0.2313］ ［0.1225 4.338 0.0618 0.4558 2.1816 0.0682 0.8861］ 5.0331 11 18∶11∶43 ［0.4391 -0.8610 -0.2565］ ［0.1427 4.3206 0.0645 0.4176 2.1138 0.0685 1.0008］ 5.0181 12 18∶12∶28 ［0.4296 -0.8622 -0.2679］ ［0.1439 4.3084 0.0728 0.4039 2.0616 0.0768 1.0494］ 4.9970 13 18∶13∶13 ［0.4172 -0.8618 -0.2882］ ［0.1433 4.2977 0.0832 0.4128 2.0000 0.0902 1.1427］ 4.9869 14 18∶13∶58 ［0.4046 -0.8614 -0.3067］ ［0.1472 4.2757 0.0969 0.4210 1.9338 0.1033 1.2273］ 4.9637 15 18∶14∶43 ［0.3863 -0.8611 -0.3304］ ［0.1534 4.2559 0.1134 0.4338 1.8547 0.1180 1.3365］ 4.9424 16 18∶15∶28 ［0.3732 -0.8602 -0.3474］ ［0.1607 4.2504 0.1262 0.4735 1.8148 0.1265 1.4137］ 4.9412 17 18∶16∶13 ［0.3566 -0.8597 -0.3656］ ［0.1692 4.2708 0.1332 0.5330 1.7623 0.1317 1.4965］ 4.9678 18 18∶16∶58 ［0.3386 -0.8596 -0.3825］ ［0.1805 4.3185 0.1411 0.612 1.6857 0.13600 1.5752］ 5.0238 19 18∶17∶43 ［0.3174 -0.8591 -0.4014］ ［0.2055 4.3584 0.1527 0.6694 1.5862 0.1482 1.6606］ 5.0732
Table 6. Maximum outputs corresponding to CSS-2 and CSS-5
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No. Time Sun angle /（°）
（CSS-2）
Maximum output of CSS-2 /V Sun angle /（°）
（CSS-5）
Maximum output of CSS-5 /V 1 2018-11-20 13‒13.5 5.0405 78.5‒80 7.0715 2 2019-01-20 13‒15 4.9933 79.5‒84 8.4682 3 2019-06-04 27‒30 4.9946 62.5‒64.5 5.8074 4 2020-06-05 27‒30.5 4.9573 60.5‒64.5 5.5123 5 2020-12-10 13‒15 4.8634 75.5‒79.5 5.7639 6 2021-06-06 28‒30.5 4.8619 60.5‒64.5 5.3128 7 2021-12-13 15‒17 4.8409 75‒79.5 5.6440 8 2022-06-06 29‒31 5.0064 62‒71.5 5.5937
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Xiwang Xia, Han Du, Keke Zhang. Analysis of On-Orbit Performance of Solar Cells for Sun Vector Determination[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2023, 60(17): 1725001
Paper Information
Category: OPTOELECTRONICS
Received: Jan. 16, 2023
Accepted: Feb. 16, 2023
Published Online: Sep. 13, 2023
The Author Email: Xia Xiwang (x_xiwang@163.com), Du Han (hedydu@163.com)
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