[发明专利]球形聚光空间太阳能电站

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种球形聚光空间太阳能电站。

背景技术

1968年，美国的PeterGlaser博士提出了空间太阳能电站(SpaceSolar PowerStation，SSPS)的概念。SSPS就是在太空将太阳能收集并转换为电 能，然后经由无线能量传输装置传回地面的系统。

空间太阳能电站分为非聚光和聚光两种。非聚光SSPS典型案例有美国 1979基准系统和欧洲2001太阳帆系统。1979SSPS是一块10km×5km×0.5 km的太阳电池板，电池板可接收70GW能量，并获得9GW直流电。电池 板的一端连接一个直径为1km的微波发射天线。姿态控制系统使电池板始 终指向太阳，指向机构使发射天线总是对准地面。该方案的缺点是质量过 大，成本过高。2001太阳帆系统由数百个尺寸为150m×150m的薄膜太阳 能电池阵模块组成，根据总发电量的要求配置发电阵的数目。电池阵沿中 央缆绳两侧排列成2行或4行，发出的电流通过由超导材料制成的中央缆 绳输送到缆绳末端的发射天线。该方案的缺点是太阳光收集效率波动大， 且在每日0时和12时附近无法收集太阳光。

聚光空间太阳能电站可以提供一定聚光比的太阳能，有效减小光伏电 池阵的面积。聚光SSPS典型案例主要有对称二次聚光方案和ALPHA方案。 该方案采用了点聚光设计，光伏电池放置于反射镜的焦平面处。利用位于 桅杆两边的大型聚光系统通过机构控制指向太阳，将太阳光反射聚集到光 伏电池上。该方案的最大缺点是控制策略复杂，系统热问题严重，且须要 跨度大、质量高的中心连接桁架结构。ALPHA方案采用了蜂巢结构的设计， 聚光系统主要由多组薄膜反射镜和支撑结构组成，该系统采用分布式聚光 设计，多组反射镜通过独立的调整机构控制，通过一次反射或二次反射将 入射太阳光反射到光伏电池表面。ALPHA方案的最大缺点是多组反射镜调 整复杂，且存在干涉，遮挡，有效光接收面积低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光收集效率高、波动小、天线与聚光器的 连接结构质量小、且传输电缆短的球形聚光空间太阳能电站，并在一定程 度上降低散热系统的设计难度。

为此，本发明提供了一种球形聚光空间太阳能电站，该电站由球形聚 光器、太阳能电池阵、传输电缆、导电滑片、导电滑环、微波发射天线以 及牵引索组成；所述太阳能电池阵通过传输电缆与导电滑片连接，导电滑 片与导电滑环进行柔性滑动连接，导电滑环与微波发射天线连接，微波发 射天线通过牵引索与球形聚光器连接。

为保证光收集率，球形聚光器去除球面上、下顶部的球冠区域，球形 聚光器的半径为：

式中，η为聚光器的平均光收集率，C为空间太阳光功率密度， C＝1368W/m²，θ为球冠中心同球形聚光器中心连线以及球冠边界同球形聚 光器中心连线的夹角，即θ为球冠区域的边界角；W为系统设计所要求达到 的太阳光收集功率。

所去除的球冠区域的口径为：

d＝2Rsinθ。

上述球形聚光器由若干组用于透过太阳光的六边形光学薄膜和支撑所 述六边形光学薄膜的支撑框架组成；所述支撑框架由方形口径的空心碳纤 维管构成。

组成太阳能电池阵的太阳能电池为多结砷化镓电池。

上述太阳能电池阵通过光电转换产生的直流电经传输电缆、导电滑片 以及导电滑环传输到微波发射天线，并由微波发射天线将微波发射出去。

上述传输电缆采用低温超导电缆。

上述微波发射天线的发射天线阵面由若干组六边形天线阵面模块组成， 六边形天线阵面模块由6组三角形模块子阵组成，三角形模块子阵由4组 三角形阵单元组成。

上述微波发射天线通过多根牵引索同球形聚光器进行连接。

上述微波发射天线通过6根牵引索同球形聚光器进行连接。

本发明的有益效果：本发明的球形聚光空间太阳能电站具有光收集效率 高，波动小，天线与聚光器的连接结构质量低，传输电缆短的特点，并在 一定程度上降低散热系统的设计难度。具体表现在以下几个方面：

1、球形聚光器的光收集效率高，同时，球形为任意轴对称的回转体， 光收集波动小；