[发明专利]一种球面聚光器聚光效果验证的实验装置

说明书

本发明提供了一种球面聚光器聚光效果验证的实验装置，包括球面反射镜聚光器(101)，球面支撑架(102)，球面内轨道(103)，轨道小车平台(104)，以及聚焦馈源载体(105)；所述球面反射镜聚光器(101)固定在球面支撑架(102)上，球面内轨道(103)固定在球面反射镜聚光器(101)内表面上，轨道小车平台车(104)以滚动副方式连接在球面轨道(103)上，聚焦馈源载体(105)固定在轨道小车平台(104)上可随轨道小车平台(104)运动而运动。本发明由于设计了可反光球面实现了球面聚光；采用了可动的小车平台，若在阳光下实验，可实现一天内不同时间段内的光照实验；采用了可装卸聚焦馈源载体平台，实现了不同形式的馈源载体的光强分布测量。

技术领域

本发明涉及空间太阳能电站方案演示验证实验领域，具体是一种球面聚光器聚光效果验证的实验装置。

背景技术

面对能源短缺、生态破坏和环境恶化等威胁人类生存的重大问题，研究开发新型清洁、可再生能源是人类当前迫切需要解决的关键问题。空间太阳能以其能流密度大、持续稳定、不受昼夜和气候影响等优点而受到国内外学者的广泛关注。空间太阳能电站(SSPS，Space solar power station)以其独特的优势吸引越来越多的国内外专家的研究。现在有不少的SSPS方案提出，但是近年来提出的曼金斯方案与二次对称聚光方案因其模块化和高聚光比的特征，及其可实现性而受到大家的广泛关注。西安电子科技大学空间太阳能电站研究室提出了一种OMEGA(Orb-shape Membrane Energy Gathering Array,OMEGA)空间太阳能电站方案，该方案是由聚光器、电池阵、导电系统及发射天线组成。曼金斯方案是模块化集合而成，但因其聚光器为酒杯状，因此各个模块在一天的时间内需要不断的调整，调整复杂，聚光光路复杂且不容易控制。二次对称聚光方案则是整体镜面需要旋转，这种大型空间旋转结构降低了整体结构的可靠性。新方案中聚光器为球形，其回转体特性及单向透光薄膜或对日镜面打开调整方法保证其在同步轨道运行的时候，不需要大规模旋转调整。

OMEGA-SSPS方案最重要的特征就是利用球面聚光收集能量，聚光方式为线聚焦。平行光入射至半球面后，光线将会经球面反射全部集中在置于球面底部0～R/2的线(圆柱)上。然而实际聚光效果将会受到各方面已知的和未知的因素的影响，如实际加工误差、光线入射角度误差等等。理论仿真无法保证其实际的聚光效果，其研究不应单从理论仿真的角度展开，应建立相应的有效的实物模型，以实现两个功能：一方面，通过实验获取海量数据，从而验证软件仿真球面聚光线聚焦方式收集能量的有效性及正确性；另一方面，该实物可作为基础，探索影响球面聚光的影响因素，并对未来球面聚光系统的搭建的提出指导性的建议。从这两个功能需求出发，需设计搭建一种球面聚光器聚光效果验证的实验装置。该实物应该具备专用性，需特殊设计，然而，现有的公开资料中未见到能满足需求的实验装置的报道。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种球面聚光器聚光效果验证的实验装置，以验证球面聚光效果，实现对球面聚光理论研究的验证、修正及启示作用。

本发明的技术方案是：一种球面聚光器聚光效果验证的实验装置，包括球面反射镜聚光器，球面支撑架，球面内轨道，轨道小车平台，以及聚焦馈源载体，所述球面反射镜聚光器固定在球面支撑架上，球面内轨道固定在球面反射镜聚光器内表面上，轨道小车平台车以滚动副方式连接在球面轨道上，聚焦馈源载体固定在轨道小车平台上可随轨道小车平台运动而运动。

上述球面反射镜聚光器为半球形反射面，半球形反射面的实验样件的材料为铝合金，通过单片数控精铣加工为圆片，再进行焊接成为半球，然后对内型面进行抛光以及镀层得到半球形反射面。

上述球面支撑架为钢骨架结构，包括支撑腿，环形支撑和保形肋。整个结构由六条支撑腿支撑，环形支撑固定于支撑腿上端，保形肋与环形支撑固定连接；环形支撑、保形肋与球面反射镜聚光器扣合接触相连，以保证球面反射镜聚光器球面的形状。