[發明專利]一種非聚光空間太陽能電站

有效

• 申請號: 201410405010.3
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104158471A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 侯欣賓;王立;張興華;王慧;賈海鵬
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H02S10/00
• 分類號: H02S10/00;H02S20/32;H02S40/30;H02J17/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 莊恒玲

技術領域

本發明屬于空間技術領域，具體地，涉及一種由空間向地面進行大功率電力傳輸的非聚光空間太陽能電站。

背景技術

世界正在面臨嚴重的能源和環境問題，人們對化石能源消費嚴重依賴，到目前為止，還沒有找到一類有希望替代化石燃料的新能源。目前發展的多種可再生能源和新能源，包括地面太陽能、風能、水能、核能、海洋能、地熱能和生物能，都存在能量不穩定、能量總量受限或者安全性等問題，主要作為輔助能源利用，還難以大規模替代傳統化石能源的地位。太陽能是最豐富、最清潔的能源，由于受到晝夜、大氣和天氣等的影響，能量密度的波動非常大，地面太陽能必須依靠大規模的蓄電裝置才能保證供電的穩定。從長遠考慮，在所有可大規模開發的可再生能源中，核聚變能源和空間太陽能電站(SPS-Space?Power?Satellite或SSPS-Space?Solar?Power?Station)，也稱為太空發電站，是最有可能提供大規模穩定能源的方式。在空間利用太陽能，不受季節、晝夜變化等的影響，接收的能量密度高，約為每平方米1353瓦左右。同時，也不受大氣的影響，非常適合于太陽能的大規模開發利用。特別在地球同步軌道，99％的時間內可以穩定地接收太陽輻射，并能夠向地面固定接收站進行穩定的能量傳輸。

為了實現對空間太陽能的綜合利用和開發，近年來很多國家都投入了大量的人力和物力開展空間太陽能電站技術的研究，為空間太陽能電站的發展奠定了很好的基礎。但是空間太陽能電站的發展仍然面臨著巨大的挑戰，能量高、尺寸重量大、壽命長，特別是為了保證空間太陽能電站的高效率工作，需要太陽電池陣(或聚光器)對日定向、發射天線對地球接收站定向。在一個軌道周期內，太陽電池陣(或聚光器)與發射天線間的相對位置變化達到360度，必須采用大型旋轉機構。由于空間太陽能電站體積、質量巨大，特別是功率巨大，給旋轉機構技術帶來很大的困難，如何解決已成為世界性的難題。目前，已經提出了幾十種空間太陽能電站的概念，主要分為如下幾種情況：

1)采用單一的大功率導電旋轉關節，技術難度極大；

2)采用聚光方案，利用聚光器系統的旋轉，可以消除大功率導電旋轉關節，；

3)采用微波反射方式，通過驅動微波反射器，可以消除大功率導電旋轉關節；

4)無旋轉機構，發射天線與電池陣的相對位置固定，以損失系統效率為代價等。

由于空間太陽能電站的主要優點是實現連續的能量傳輸，所以對于無旋轉機構的方案，即不能進行連續能量傳輸的系統不是主要發展方向。而對于微波反射方式，由于增加了微波反射器，效率降低，特別是控制難度的增加，也不是主要的發展方向。

傳統的非聚光空間太陽能電站采用類似傳統衛星的方案，構型簡單，最大的技術難題之一是高功率的電力傳輸和管理，特別是連接太陽電池陣和發射天線的高達GW級功率的導電旋轉關節是一個巨大的技術挑戰。

聚光空間太陽能電站通過對稱聚光系統的對日定向和二次反射，消除了高功率導電旋轉關節，可大幅降低太陽電池陣的面積，但增加了復雜的聚光系統，特別是高聚光比下三明治結構系統的散熱成為一個重要的技術挑戰，而且由于光學系統對于結構和控制精度要求非常高，對于整個系統的姿態和位置控制也提出很大的挑戰。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種面向大功率電力傳輸的非聚光空間太陽能電站。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案包括：

一種非聚光空間太陽能電站，包括：太陽電池陣、電站主結構、微波發射天線、太陽敏感器、控制計算機、以及導電旋轉關節，其中，所述太陽電池陣包括多個太陽電池子陣，每個太陽電池子陣上設有多個太陽電池子陣模塊，所述太陽電池子陣模塊能夠將太陽能轉換為電能；每個太陽電池子陣通過設置在其兩側的導電旋轉關節可轉動地支撐于所述電站主結構的上部、并電連接至所述電站主結構；每個太陽電池子陣上都布置有太陽敏感器，每個太陽電池子陣上的太陽敏感器將其感知到的太陽方位信息發送給相應的控制計算機，由控制計算機計算得出相應太陽電池子陣上的導電旋轉關節需轉動的角度，并給導電旋轉關節發出相應的控制指令，以實現太陽電池子陣的對日定向；所述微波發射天線固定于所述電站主結構下部的中間位置處，并與所述電站主結構電連接，從而能夠將來自所述太陽電池子陣模塊的電能轉換為微波能發射至地面接收站。