[发明专利]一种太阳能高聚光原位储能发电系统及方法

说明书

本发明提供了一种太阳能高聚光原位储能发电系统及方法，包括太阳能高倍聚光单元、热传输单元、原位星壤热量存储单元和发电单元，所述太阳能高倍聚光单元用于将太阳光汇聚成光斑；所述热传输单元将光能转化成热能，并传输至原位星壤热量存储单元和发电单元；所述原位星壤热量存储单元用于储存传递的热能，当光照不足或夜晚时向发电单元供热发电；所述发电单元将接收的热能转换成电能，用于供电。本发明系统及方法将热量传递并储存到模拟月壤储能块中，并由斯特林发电机将传递的热能转化为电能，可作为发展清洁、可再生和可持续供应能源的重要手段，同时可以为地外天体探测和生存提供能量补给，为我国深空探测活动提供重要技术支撑。

技术领域

本发明属于原位储能发电技术领域，特别涉及一种太阳能高聚光原位储能发电系统及方法，该发电系统及方法可作为发展清洁、可再生和可持续供应能源的重要手段，同时可以为地外天体探测和生存提供能量补给，为我国深空探测活动提供重要技术支撑。

背景技术

目前，我国正在推进实施载人登月、火星探测等深空探测重大任务。世界主要航天大国也提出了重返月球、载人登火等宏伟的航天重大工程。然而，载人深空探测和地外生存尚面临诸多技术难题，比如人类地外生存需要大量的物质、能源等基本生存保障条件。然而，现有航天运载技术不能满足载人深空探测和长期地外生存所需物质和能源的运载能力。因此发展可以脱离地球补给的原位资源开发利用技术是人类开展载人深空探测和地外生存的关键技术之一。地外天体原位资源利用(In-Situ Resource Utilization,ISRU)主要是通过勘探、采集、处理、储存与利用地外天体天然资源或原材料，来获得人类地外生存所需的基本物质和能源，从而降低航天发射的成本与风险。

为了满足载人深空探测与地外生存面临的能源需求，有必要设计一种原位储能发电系统及方法，以解决载人深空探测与地外生存面临的能源补给难题

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种太阳能高聚光原位储能发电系统及方法，基于太阳能高倍聚光技术、原位星壤热量存储技术、热传输技术和斯特林发电技术，直接利用太阳能和地外天体星壤资源，将太阳能储存并转化为电能，满足载人深空探测与地外生存面临的能源需求，具有清洁、可再生、可持续供应能源的特点，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种太阳能高聚光原位储能发电系统，包括太阳能高倍聚光单元、热传输单元、原位星壤热量存储单元和发电单元，其中，

所述太阳能高倍聚光单元用于将太阳光汇聚成光斑，实施太阳能的传递；

所述热传输单元包括光热腔、热管和导热头，光热腔的下端与热管的上端紧密连接，热管的下端与导热头的上端紧密连接，所述光热腔用于收集太阳能高倍聚光单元汇聚的光斑，并将光能转化成热能；所述热管内封装有相变工质，用于强化传热和减小的温度梯度；所述导热头将热管传导的热量向发电单元传递，起到良导体的作用；

所述原位星壤热量存储单元包括储能蓄热块，储能蓄热块环抱热管，通过地外天体星壤的原位增材制造获得，用于储存热管传递的热能，当光照不足时或夜晚，储能蓄热块能够通过热传导、辐射等方式放热到热管，热管把热量传递给导热头，导热头再将热量传递到发电单元中用于发电；

所述发电单元包括斯特林发电机，斯特林发电机的热端与导热头的下端相连，将接收的热能转换成电能，用于供电。

第二方面，一种太阳能高聚光原位储能发电方法，包括如下步骤：

调整太阳能高倍聚光单元的位置，使太阳光汇聚至光热腔；

光热腔吸收太阳光，将光能转换成热能，热量传递至热管，一部分热量传递到储能蓄热块中进行储能蓄热，并通过强化翅片增强传热面积，另一部分热量经热管直接传递到导热头，由导热头再将热量传到斯特林发电机的热端；