[发明专利]一种基于ENZ超材料的聚光型空间太阳能电站

说明书

本发明涉及一种基于ENZ超材料的聚光型空间太阳能电站，包括球形聚光器，非接触式导电旋转关节包括固定盘、导电定子和导电转子，导电定子的一端与固定盘的一侧焊接，导电转子的中部设有圆形通孔，导电转子与导电定子套接，半球形光伏电池阵的顶侧和底侧各设有一个非接触式导电旋转关节，半球形光伏电池阵的顶侧和底侧分别与导电转子固接，微波发射天线系统的两端分别与导电定子的另一端焊接，固定盘的另一侧面分别与三个牵引索的一端等间距固接，球形聚光器的顶侧和底侧均设有固定环，三个牵引索的另一端分别与固定环等间距固定连接，控制计算机与非接触式导电旋转关节相连，用以控制非接触式导电旋转关节从而实现半球形光伏电池阵对日定向。

技术领域

本发明属于空间技术领域，特别涉及一种基于ENZ超材料的聚光型空间太阳能电站。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础之一。随着社会的发展，人类对能源的需求量越来越大。预计到2050年，全世界人口将超过100亿，相应的，人类对于能源的需求量也将从2007年的15TW·年，增长到2050年的50TW·年。而作为目前人类的主要能源——化石能源在不久的将来将会消耗殆尽。因而，人类需要寻求一种新型的可持续发展能源。

太阳能是一种取之不尽，用之不竭的绿色能源，受到越来越多的关注。地面太阳能，由于其受到四季变化、昼夜、天气等因素影响，照射到地面的平均功率密度仅为140W/m²。而在外太空中，一年99％的时间都可稳定的接收太阳能，太阳能的平均功率密度高达1368W/m²。因而如何高效的利用空间太阳能是需要人类不断探索的课题之一。

空间太阳能电站(Space Solar Power Satellite-SSPS)是一种在太空中收集太阳能，然后将太阳能转换为电能，再将电能以微波的形式传输到地面的新型能源系统。该概念自1968年提出以来，受到了世界各国的广泛关注，同时，几十种空间太阳能电站方案被提出。总的来说，现有的空间太阳能电站方案可归纳为非聚光型和聚光型两大类。为了保证空间太阳能电站高效工作，光伏电池/聚光器需实时对准太阳，而发射天线需实时对准地球。对于非聚光型空间太阳能电站，如1979-SSPS基准系统，为保证持续稳定地为地面供电，巨型桁架式光伏电池阵的姿态需实时调整以对准太阳。这样，系统的控制难度大，且由于系统不聚光，所需光伏电池面积大，系统质量大，造价高。为了降低系统质量，同时提高光伏电池利用率，现有的电站大多采用聚光型方案，如集成对称聚光空间太阳能电站、ALPHA-SSPS和OMEGA-SSPS。对于聚光型方案，为了高效收集太阳能，整个聚光系统或者聚光系统中独立的聚光镜需实时调整。这样，控制系统复杂。同时，聚光型方案大多采用“三明治”结构，即将光伏电池、微波转换器件、和发射天线三者集成起来。这样，器件所产生的热量难以散出，系统的热问题严重。此外，现有的聚光型方案的均存在一个问题——光的斜入射问题，即照射到光伏电池的太阳光与光伏电池的法线方向存在一定夹角θ。这样会导致系统有效收集的太阳能P_收集与入射的太阳能P_入射存在余弦关系(P_收集＝cosθ·P_入射)，系统的太阳光收集效率低。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的目的在于克服现有聚光型空间太阳能电站方案存在的问题，提出一种基于ENZ(ε-Near-Zero)超材料的球形空间太阳能电站。该方案不仅解决了现有聚光方案中聚光器需实时调整的控制难题，还能保证了太阳光的垂直入射，从而大大提高了系统的太阳光收集效率，此外，该方案还能在一定程度上缓解现有聚光方案中“三明治”结构存在的散热难题。

技术方案：一种基于ENZ超材料的聚光型空间太阳能电站，包括球形聚光器、半球形光伏电池阵、非接触式导电旋转关节、微波发射天线系统、牵引索以及控制计算机，

所述非接触式导电旋转关节包括固定盘、导电定子和导电转子，所述导电定子的一端与所述固定盘的一侧焊接，所述导电转子的中部设有圆形通孔，所述导电转子与所述导电定子套接，