[发明专利]一种可扩展线聚焦空间太阳能电站及方法

说明书

本发明属于太阳能领域，具体涉及一种可扩展线聚焦空间太阳能电站及方法，其特征在于，至少包括主支撑结构、薄膜反射镜、光伏电池阵、电力传输系统及微波发射天线；所述的薄膜反射镜和光伏电池阵包括多组，薄膜反射镜和光伏电池阵连接至主支撑结构上，薄膜反射镜跟踪太阳光并将其反射至光伏电池阵，光伏电池阵进行光电转换后输出直流电，直流电经过电力传输系统传送至微波发射天线，由微波发射天线将直流电转换为高功率电磁波后发射至地面接收系统。它提供了一种具有光收集波动小、调整策略简单、散热难度低、同时系统具备可扩展能力的可扩展线聚焦空间太阳能电站及方法。

技术领域

本发明属于太阳能领域，具体涉及一种可扩展线聚焦空间太阳能电站及方法。

背景技术

能源和环境问题是关系到国家安全、社会经济和民众生活的基础问题。我国人口基数大，环保问题严峻，须积极寻找丰富、安全、清洁的能源形式，以支撑未来经济和社会的可持续发展。在太空直接利用太阳能具有光照时间长、功率密度高，不受地理、昼夜和气候等因素影响，可连续、稳定地提供丰富的清洁能源。空间太阳能电站Space Solar PowerStation, SSPS可在太空中直接收集太阳光并将其转换为电能，再经微波能量传输装置输送至地面接收器，是一种能够大规模稳定利用太阳能的方式，具有很大发展空间。为此，世界范围内提出了几十种概念方案，主要如下：

1) “参考系统”方案采用巨型平板光伏电池阵收集太阳光，电池阵为整体构型，面积高达40 km²。

2 太阳塔方案采用聚光发电模块收集太阳光，但中心桁架长度超过10 km，且电池模块存在自遮挡现象。

3 集成对称聚光方案可调整反光镜、电池阵的相对位置来获取一定的聚光比，但单个反光镜的直径长达400m，巨大的聚光系统调整难度大。

4 分布绳系方案采用“三明治”夹层结构，但整个系统模块数高达9,400个，且由于无法跟踪太阳光，发电效率波动大。

5 ALPHA方案采用模块化设计思路，降低了系统建造难度。但4,000多组反射镜须单独调整，反射镜存在干涉和漏光现象，且系统无法扩展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光收集波动小、调整策略简单、散热难度低、同时系统具备可扩展能力的可扩展线聚焦空间太阳能电站及方法。

为此，本发明目的的技术方案包括：一种可扩展线聚焦空间太阳能电站，其特征在于，至少包括主支撑结构、薄膜反射镜、光伏电池阵、电力传输系统及微波发射天线；所述的薄膜反射镜和光伏电池阵包括多组，薄膜反射镜和光伏电池阵连接至主支撑结构上，薄膜反射镜跟踪太阳光并将其反射至光伏电池阵，光伏电池阵进行光电转换后输出直流电，直流电经过电力传输系统传送至微波发射天线，由微波发射天线将直流电转换为高功率电磁波后发射至地面接收系统；

在地球静止轨道上，面向空间入射光的多组薄膜反射镜通过旋转机构进行单自由度旋转姿态调整，将入射光捕获；其余的薄膜反射镜通过线聚焦的方式将入射光反射至光伏电池阵；光伏电池阵通过导电关节旋转端实现定日；光伏电池阵通过光电转换将反射光转换为直流电；直流电经过导电关节旋转端、导电关节非旋转端和中央传输电缆汇聚至微波发射天线；振荡器、移相器和放大器将直流电转换为高功率电磁波，最终由天线阵面辐射至地面接收装置。

所述的主支撑结构包括主桁架、横向增强桁架、环形桁架、及纵向增强桁架，主桁架的一端连接至微波发射天线，横向增强桁架平行于主桁架并等间隔地连接至环形桁架，四根两两呈90°布置的纵向增强桁架的一端同环形桁架相连，另一端连接至主桁架。

所述的薄膜反射镜由反射镜支撑结构、高反射率薄膜、连接索、及旋转机构组成，反射镜支撑结构为矩形，通过连接索与高反射率薄膜相连；旋转机构连接反射镜支撑结构和环形桁架；旋转机构控制薄膜反射镜，实现薄膜反射镜对日定向，当薄膜反射镜与太阳的相对位置发生变化时，调整薄膜反射镜使反射镜中心法线与入射光的方向向量垂直。