Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

8.3.2
Solar Cells and Panels
All Earth-orbiting communication satellites use panels of solar cells to provide
prime power to the payload and the bus. Over the years, performance of silicon solar
cells has improved; however, high-performance solar panels are being constructed of
GaAs solar cells, which can outperform silicon by a factor of two to three. The
power output of a solar cell is proportional to the intensity of solar radiation
reaching the cell. The intensity is maximum with the rays arriving perpendicular
to the cell and decreases with the cosine of the angle of the ray with respect to the
perpendicular. A condition of zero output occurs when the rays are parallel to the
cell’s surface. There is a seasonal variation that results from the angle between the
ecliptic plane and the satellite’s orbital plane.
In the case of the type of flat panel on a three-axis spacecraft, a drive motor
maintains the array in the direction of the sun and all cells receive identical illumina-
tion. Alignment in that manner is optimum for a GEO spacecraft; however, for a
non-GEO mission, the spacecraft must be maintained with proper attitude for
panel illumination even though the orbit is not in or near the equatorial plane.
Cells are connected in vertical strings to increase voltage and permit redun-
dancy. As noted above, the output power from a solar panel varies over the course
of a year due to the orbital geometry. A simplified drawing of the geometry is
shown in Figure 8.9, indicating that the equatorial plane at GEO altitude is tilted
approximately 23 degrees with respect to the ecliptic plane (i.e., the plane of the
orbit of the Earth around the sun). That means a satellite experiences the seasons
just as we do on Earth. (The figure uses summer and winter as seen from the
northern latitudes.) In summer and winter, the sun’s rays hit the panel at an angle,