[发明专利]一种球型充气式空间太阳能发电站

说明书

技术领域

本发明涉及空间太阳能发电站，特别是涉及一种利用内部残余气体自动展开的球形空间太阳能发电站，并可离散组网，形成空间太阳能发电站电网系统。背景技术

近年来随着石油价格的飞涨，能源危机和环境保护问题日渐突出，预计到2050年世界能源消耗将达到现在的3倍，并且CO₂的排放量也将相应增加3倍，所以将来会出现能源匮乏和CO₂造成的严重温室效应。

空间太阳能作为一种潜在能源，取之不尽，用之不竭，既清洁又环保，几乎不产生CO₂，其潜在价值对于正面临能源短缺、生态和环境恶化的地球人类来说，具有重大的战略意义。于是，空间太阳能发电站将再次成为人们关注的重点。美国、欧洲和日本竞相开展各种相关技术和方案的研究。在美国NASA做了一些前期工作之后，德国的DLR、日本的ISAS和NEDO也都相继开展了一些设计模型的研究。

通过上述模型的成功研制以及新材料和射频技术的不断发展，证明了空间太阳能技术的可行性，但现有模型技术方案均采用面状结构（包括平面或曲面），需要对太阳能阵列不断进行调姿才能得到稳定的转化功率，这就在一定程度上增大了技术操作的难度，同时降低了整体的可靠性；且上述空间太阳能发电站均为单一结构方案，当太阳能阵列进入阴影区则整个电站将不能工作，这就极大限制了现有发电站的应用，且由于其结构尺寸及重量很大，现有运载火箭不能一次性将其运送到预定轨道，需要多次运输与组装对接，这就增加了重量与技术难度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明主要是解决现有空间太阳能发电站模型面临的重量过大、成本过高、组装和调试相对困难、工作时段存在盲区等技术难题。该空间太阳能发电站通过球型设计，避免出现工作时段盲区难题；通过借助一种新颖结构-空间充气展开结构，实现空间太阳能发电站的折叠升空和结构轻量化，成熟的空间充气展开技术将为这种新型空间太阳能发电站的发展应用提供技术支撑和保障。

本发明的技术解决方案是：一种球型充气式空间太阳能发电站，包括太阳能电池阵，结构支撑骨架，定向调姿系统，能量转化装置和信号处理系统；

太阳能电池阵为球形封闭式结构，其在地面时可折叠，球形内部残余气体，释放到太空后，利用残余气体产生的压差将太阳能电池阵展开成型；结构支撑骨架由可刚化充气薄膜桁架组成，其在地面时处于折叠状态，释放到太空后，刚化成球形结构，对展开成型的太阳能电池阵进行支撑和限位；定向调姿系统安装在结构支撑骨架上；能量转化装置和信号处理系统连接在定向调姿系统上，能量转化装置将太阳能电池阵产生的电能转化为射频微波传输到地面接收站并将自身的方位信息发送至信号处理系统；信号处理系统接收方位信息以及地面接收站发出的位置信息，根据接收的信息发出调姿控制指令至定向调姿系统，由定向调姿系统控制能量转化装置指向地面接收站，同时发出状态控制指令至能量转化装置，控制能量转化装置的工作状态。

所述的定向调姿系统主要包括三根可刚化的充气环、两根可刚化的充气管；能量转化装置和信号处理系统分别安装在两根可刚化的充气管的一端；每根可刚化的充气管的另一端安装一个定位齿轮并通过连接结构与一根充气环连接；充气管上的两个定位齿轮通过安装在连接结构上的一台电机驱动；三根充气环的相邻两个旋转轴正交，相邻两个充气环的正交位置固接；每个充气环与结构支撑骨架连接部位安装一套电机和定位齿轮，定位齿轮固接在充气环上，电机安装在结构支撑骨架上，电机的输出通过定位齿轮带动充气环旋转。

本发明与现有技术相比有益效果为：

本发明涉及发电站主要利用表面布置的桁架结构实现电站在地面和升空过程处于有效折叠状态，利用火箭等发射装置升空，极大的降低了升空成本；主支撑结构采用超轻薄膜材料，从根本上实现了整个电站的结构轻量化；单个球形发电站作为独立发电功能单元，避免了复杂结构的组装和相互干扰，降低了系统某处破坏所造成效率显著降低的运行风险和安装复杂程度；多个离散电站相互协调工作，能够解决传统电站“按班工作”的难题，实现电站连续不间断发电。

附图说明

图1为本发明球形太阳能发电站组成示意图；

图2为本发明空间太阳能发电站组网工作原理图；

图3为本发明结构支撑框架示意图；

图4为本发明定向调姿系统组成示意图；

图5为本发明充气管与充气环连接状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。