一种非聚光空间太阳能电站制造技术

本发明专利技术提供一种非聚光空间太阳能电站，包括太阳电池阵、电站主结构、微波发射天线、太阳敏感器、控制计算机、以及导电旋转关节。太阳电池阵包括多个独立的太阳电池子阵，每个太阳电池子阵上设置有多个太阳电池子阵模块。每个太阳电池子阵通过设置在其两侧的导电旋转关节可转动地支撑于电站主结构上，并通过其上设置的太阳敏感器和相应的控制计算机实现对日定向。本发明专利技术实现了太阳能电池阵和发射天线间的相对运动，大幅降低了每个导电旋转关节的导电功率，避免了传统航天器设计中最重要的导电旋转关节单点失效的问题，单个太阳能电池子阵的失效不会影响整个系统的运行，便于进行模块化维护。解决了空间太阳能电站系统主要的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种非聚光空间太阳能电站，包括太阳电池阵、电站主结构、微波发射天线、太阳敏感器、控制计算机、以及导电旋转关节。太阳电池阵包括多个独立的太阳电池子阵，每个太阳电池子阵上设置有多个太阳电池子阵模块。每个太阳电池子阵通过设置在其两侧的导电旋转关节可转动地支撑于电站主结构上，并通过其上设置的太阳敏感器和相应的控制计算机实现对日定向。本专利技术实现了太阳能电池阵和发射天线间的相对运动，大幅降低了每个导电旋转关节的导电功率，避免了传统航天器设计中最重要的导电旋转关节单点失效的问题，单个太阳能电池子阵的失效不会影响整个系统的运行，便于进行模块化维护。解决了空间太阳能电站系统主要的技术难题。【专利说明】一种非聚光空间太阳能电站
本专利技术属于空间
，具体地，涉及一种由空间向地面进行大功率电力传输 的非聚光空间太阳能电站。
技术介绍
世界正在面临严重的能源和环境问题，人们对化石能源消费严重依赖，到目前为 止，还没有找到一类有希望替代化石燃料的新能源。目前发展的多种可再生能源和新能源， 包括地面太阳能、风能、水能、核能、海洋能、地热能和生物能，都存在能量不稳定、能量总量 受限或者安全性等问题，主要作为辅助能源利用，还难以大规模替代传统化石能源的地位。 太阳能是最丰富、最清洁的能源，由于受到昼夜、大气和天气等的影响，能量密度的波动非 常大，地面太阳能必须依靠大规模的蓄电装置才能保证供电的稳定。从长远考虑，在所有可 大规模开发的可再生能源中，核聚变能源和空间太阳能电站（SPS-Space Power Satellite 或SSPS-Space Solar Power Station),也称为太空发电站，是最有可能提供大规模稳定能 源的方式。在空间利用太阳能，不受季节、昼夜变化等的影响，接收的能量密度高，约为每平 方米1353瓦左右。同时，也不受大气的影响，非常适合于太阳能的大规模开发利用。特别 在地球同步轨道，99%的时间内可以稳定地接收太阳辐射，并能够向地面固定接收站进行 稳定的能量传输。 为了实现对空间太阳能的综合利用和开发，近年来很多国家都投入了大量的人力 和物力开展空间太阳能电站技术的研究，为空间太阳能电站的发展奠定了很好的基础。但 是空间太阳能电站的发展仍然面临着巨大的挑战，能量高、尺寸重量大、寿命长，特别是为 了保证空间太阳能电站的高效率工作，需要太阳电池阵（或聚光器）对日定向、发射天线对 地球接收站定向。在一个轨道周期内，太阳电池阵（或聚光器）与发射天线间的相对位置 变化达到360度，必须采用大型旋转机构。由于空间太阳能电站体积、质量巨大，特别是功 率巨大，给旋转机构技术带来很大的困难，如何解决已成为世界性的难题。目前，已经提出 了几十种空间太阳能电站的概念，主要分为如下几种情况： 1)采用单一的大功率导电旋转关节，技术难度极大； 2)采用聚光方案，利用聚光器系统的旋转，可以消除大功率导电旋转关节，； 3)采用微波反射方式，通过驱动微波反射器，可以消除大功率导电旋转关节； 4)无旋转机构，发射天线与电池阵的相对位置固定，以损失系统效率为代价等。 由于空间太阳能电站的主要优点是实现连续的能量传输，所以对于无旋转机构的 方案，即不能进行连续能量传输的系统不是主要发展方向。而对于微波反射方式，由于增加 了微波反射器，效率降低，特别是控制难度的增加，也不是主要的发展方向。 传统的非聚光空间太阳能电站采用类似传统卫星的方案，构型简单，最大的技术 难题之一是高功率的电力传输和管理，特别是连接太阳电池阵和发射天线的高达GW级功 率的导电旋转关节是一个巨大的技术挑战。 聚光空间太阳能电站通过对称聚光系统的对日定向和二次反射，消除了高功率导 电旋转关节，可大幅降低太阳电池阵的面积，但增加了复杂的聚光系统，特别是高聚光比下 三明治结构系统的散热成为一个重要的技术挑战，而且由于光学系统对于结构和控制精度 要求非常高，对于整个系统的姿态和位置控制也提出很大的挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种面向大功率电力传 输的非聚光空间太阳能电站。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案包括： 一种非聚光空间太阳能电站，包括：太阳电池阵、电站主结构、微波发射天线、太阳 敏感器、控制计算机、以及导电旋转关节，其中，所述太阳电池阵包括多个太阳电池子阵，每 个太阳电池子阵上设有多个太阳电池子阵模块，所述太阳电池子阵模块能够将太阳能转换 为电能；每个太阳电池子阵通过设置在其两侧的导电旋转关节可转动地支撑于所述电站主 结构的上部、并电连接至所述电站主结构；每个太阳电池子阵上都布置有太阳敏感器，每个 太阳电池子阵上的太阳敏感器将其感知到的太阳方位信息发送给相应的控制计算机，由控 制计算机计算得出相应太阳电池子阵上的导电旋转关节需转动的角度，并给导电旋转关节 发出相应的控制指令，以实现太阳电池子阵的对日定向；所述微波发射天线固定于所述电 站主结构下部的中间位置处，并与所述电站主结构电连接，从而能够将来自所述太阳电池 子阵模块的电能转换为微波能发射至地面接收站。 进一步地，每个太阳电池子阵包括子阵主桁架、中部连接桁架、以及所述多个太阳 电池子阵模块，其中，所述子阵主桁架为矩形框架，所述中部连接桁架跨接在所述子阵主桁 架的两个长边之上、并且所述中部连接桁架的两端分别自所述子阵主桁架的长边伸出；所 述多个太阳电池子阵模块嵌装于所述子阵主桁架中，且所述中部连接桁架位于所述多个太 阳电池子阵模块的背阳面；所述中部连接桁架上布置有传输电缆，所述多个太阳电池子阵 模块与所述中部连接桁架上的传输电缆电连接，使得所述多个太阳电池子阵模块转换的电 能均汇总至所述中部连接桁架；所述中部连接桁架的每一端均电连接有一个导电旋转关 节，每个导电旋转关节进一步固定、并电连接至所述电站主结构。 进一步地，所述电站主结构包括南北向主桁架、多个上下向桁架、加强桁架组件、 以及第一导电旋转关节连接桁架和第二导电旋转关节连接桁架，其中，所述加强桁架组件 包括呈"T"形布置的南北向加强桁架和上下向加强桁架，所述上下向加强桁架的下端连接 至所述南北向主桁架的中心，上端连接至所述南北向加强桁架的中部；每个上下向桁架的 下端垂直连接至所述南北向主桁架，多个上下向桁架彼此间隔地、且并列地布置在所述南 北向主桁架上，并且所述多个上下向桁架关于所述上下向加强桁架对称地分布在所述南北 向主桁架上；所述南北向加强桁架的两端分别连接至相邻的两个上下向桁架；在位于所述 上下向加强桁架每一侧的多个并列布置的上下向桁架中，位于边上的两个上下向桁架中的 每一个的上端与一个第一导电旋转关节连接桁架的一端连接，该第一导电旋转关节连接桁 架的另一端与一个导电旋转关节的固定端固定连接；而位于中部的上下向桁架的上端连接 至第二导电旋转关节连接桁架的中部，该第二导电旋转关节连接桁架的两端各自与一个导 电旋转关节的固定端固定连接；安装于相邻的两个上下向桁架上的两个导电旋转关节的转 动端之间连接有一个太阳电池子阵，并且所述南北向主桁架、多个上下向桁架、以及第一导 电旋转关节连接桁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非聚光空间太阳能电站，其特征在于，包括：太阳电池阵、电站主结构、微波发射天线(206)、太阳敏感器、控制计算机、以及导电旋转关节(104)，其中，所述太阳电池阵包括多个太阳电池子阵，每个太阳电池子阵上设有多个太阳电池子阵模块(102)，所述太阳电池子阵模块(102)能够将太阳能转换为电能；每个太阳电池子阵通过设置在其两侧的导电旋转关节(104)可转动地支撑于所述电站主结构的上部、并电连接至所述电站主结构；每个太阳电池子阵上都布置有太阳敏感器，每个太阳电池子阵上的太阳敏感器将其感知到的太阳方位信息发送给相应的控制计算机，由控制计算机计算得出相应太阳电池子阵上的导电旋转关节需转动的角度，并给导电旋转关节发出相应的控制指令，以实现太阳电池子阵的对日定向；所述微波发射天线(206)固定于所述电站主结构下部的中间位置处，并与所述电站主结构电连接，从而能够将来自所述太阳电池子阵模块的电能转换为微波能发射至地面接收站。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯欣宾，王立，张兴华，王慧，贾海鹏，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11