利用平流层物理条件进行太阳能发电的装置制造方法及图纸

一种利用平流层物理条件进行太阳能发电的装置，包括：由翼片组成的受阳光照射的遮阳带、设置在翼片外层的太阳能发电膜、固定缆索、系统控制线、电能输送导线、与电能输送导线和系统控制线相连的控制柜。由于本实用新型专利技术中接受光照的遮阳带是由多个翼片组成，每个翼片面积较小，制造方便，而且便于按实际需要组成面积大的遮阳带；并且在遮阳带中如若有个别的翼片损坏了也不会影响发电装置的工作。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种采用空间技术在地球大气层内的平流层内的条件下进行太阳能发电的装置。
技术介绍
地球的温室效应问题是ー个必须解决的世界性难题，温室效应的加剧与化石能源的大量使用以及化石能源燃烧后排放大量的ニ氧化碳有直接的关系，化石燃料的燃烧不但増加了地球大气环境内的热量，而且燃烧排放的ニ氧化碳远远多于植物光合作用吸收的ニ氧化碳，ニ氧化碳在大气层中的含量不断增加导致地球周围的热量不能有效排出大气层；化学物质的过分使用导致臭氧层遭到破坏，臭氧层的破坏导致太阳对地球的辐射热量提升……众多的因素导致地球及其周围大气层的环境温度不断升高，最终导致冰川融化、海平面增高、土壌中水分的蒸发量上升、旱灾频发、土地沙漠化加剧、生存环境温度恶性提升(沙漠化严重区域如新疆等地，夏季环境气温频繁高达44°C以上)、江河断流、平原地区小溪消失殆尽......人类的生存环境受到严重危害。专家预測如果地球的温室效应问题得不到有效缓解，仍然按照目前的速度继续恶化，在2(Γ30年内人类的生存环境将会遭受灭顶之灾。因而，对解决温室效应问题，世界各国政府及科研机构都十分重视，投入大量的人力、资金进行了深入的研究，提出了许多有益的方法和设想，进行了大胆的尝试。如在能源应用方面尽量使用可再生的清洁能源減少碳的排放量、控制化石燃料的使用量、采用节能环保技术、设备、材料等；在減少太阳能辐射量方面科学家尝试采用雾化海水在地球周围的一定范围内形成有带有盐晶的水雾遮挡和反射阳光、准备尝试采用在大气层内注入ニ氧化硫气体形成反射层阻止过多的太阳能射入地球周围、正在研究在地球周围建立太阳能遮光罩阻止阳光的射入量等；在吸收大气中的ニ氧化碳方面科学家们试验了在海洋中注入某种元素如铁，加速海藻的生长吸收大量的ニ氧化碳，意在减少大气中的ニ氧化碳含量，同时，海藻可为海洋生物提供大量的食物。有的科学家试验了城市ニ氧化碳吸收树系统(ー种通过循环装置让空气反复通过氢氧化钠溶液，使之吸收空气中的ニ氧化碳，通过エ厂再生这种溶液释放并收集ニ氧化碳，将收集的ニ氧化碳注入深海海底的方法。)减少大气中过多的ニ氧化碳含量……科学家们进行的探讨研究很多，但因种种原因收效甚微，有的方法不具备技术可行性、有的方法不具备经济可行性，推广及大面积实施受到限制。地球温室效应仍在快速加剧。目前，太阳能发电站以地面电站为主，但是，在地面上大量建造大型太阳能电站几乎是不可能的首先，由于气候的原因，不是所有地区都有充足的阳光；其次对于土地资源本已十分紧张的人类来说，不可能拿出大量的土地建设规模庞大的太阳能电站，就算是没有多大利用价值的沙漠，也逃不了云、冰、霜、雪、雨、沙尘暴等气候因素的影响，沙丘不停的移动、重复覆盖是不可抗拒的现实，在这种恶劣的地面条件下，在沙漠区域的地面建造大量的太阳能接收设施，不但防护措施复杂、固定成本很高，实施难度大，而且，设备维护费用 也十分高昂。于是，众多的科学家都把目光投向了太空将太阳能发电站搬到天上，即利用地球同步卫星在轨道上吸收太阳能并发电，然后将电能以微波或激光的形式传回地球，但由于高昂的发射成本以及电能传输的技术问题等原因，一直停留在设想阶段。由于距离地面高度为8-50Km左右的大气平流层内，空气干燥，灰尘和水汽很少，大气流动平稳，几乎没有有害气体的影响，在平流层建太阳能电站与同一规模的地面太阳能电站相比，接收的太阳能要高出5 10倍，虽然比同步轨道上日照时间短，但这里距离地地面很近(最近处约十公里左右)，电能可以用导线直接传输，比同步轨道电站的传输方式简单，电能传输效率高，建造成本低。因此，在平流层内建设太阳能发电站存在一定的可行性。专利申请号为201020536850. O的技术专利，就提供了 “ー种平流层悬浮充气平台太阳能发电站”，它是在ー种上表面为近似平面的刚性充气平台做为太阳能电池载体，平台内充氢气或氦气，平台上表面载有太阳能电池，将平台放入平流层，用缆绳将平台固定在地面上，平台上的太阳能电池所发电能可以通过导线直接传到地面换流站；该专利为人类短时间内摆脱能源危机和环境污染提供了一个设想方案。但是，要制成这种充气平台必须使用具有刚性的金属材料，为了减轻重量，保证浮力，需要采用重量轻的材料，若设想其充气平台用I毫米左右厚的铝合金板焊接而成，平台内充有氢气，为了能够保持一定的真空度，焊接エ艺要求严格，所以制作难度大，造价高，而且充气平台容易漏气。使用寿命短，发电效果难以保证。目前，以纳米油墨为技术支持的卷对卷印刷技术，将柔性太阳能发电薄膜的制造技术提高到一个新的高度，美国Konarka的有机柔性电池，采用卷对卷技术，总厚度仅为50^250// m，重量轻仅为50g/ m2，成本低仅为晶体硅电池组件的1/5，可弯曲可粘贴在各种物体表面。另外，美国的Nanosolar公司、First Solar公司、德国的Shell Solar GmbH公司等的柔性电池技术也都实现了产业化，柔性、超薄、重量轻、转换效率高的薄膜太阳能电池的产业化为在平流层内建设太阳能发电站提供了柔性薄膜电池技术和产品保证。碳纤维技术的日益成熟和抗拉能力超过钢材数倍的碳纤维材料的广泛使用，使得平流层内放飞的翼片和地球之间的固定技术以及不同翼片之间的串接连接技术变得既可靠又轻便。翼型翼片的空气动力学研究已相当成熟，制造满足具有风向改变而翼片无需转向的多向迎风飞行功能的翼片，在不同条件下获得合适的升力并使阻力相对较小的翼型结构、飞行迎角，如何获得适侯性好、质量轻的翼片材质等一系列问题都得到了深入的研究，为我们选用、制造适合平流层气动条件下大規模放置的飞行翼片提供了可靠的技术保证。对于低速飞行的翼片的飞行升力、阻力有如下计算公式Gi =C1RV7S,在上述两式中翼片的升力、C1翼片的升力系数、巧翼片的阻力、Cf翼片的阻力系数、V翼片的飞行速度、S翼片的正投影面积、R翼片所处位置大气的密度，翼片的升力系数Ci和翼片的阻力系数Cf是一个受翼片结构、迎角等多种因素影响的ー个综合系数，对于低速飞行的翼型翼片，4°为最小阻カ迎角，在4°左右的迎角范围升阻比较大，可以获得较好的升力而飞行阻カ较小，较小的阻カ对大量飞行的翼片的固定、相互串接都是十分必要的。当迎角在(Γ4°的迎角范围进行调整，翼片的升力系数Ct的范围会在O. 2、. 7之间，我们选择较小值如0. 2，则在V=20m/s (取低值夏季平流层内的流速较低时约为20m/s、冬季约在50 m/s)时，在离地面15km左右的平流层内空气的密度约为R=0. 156kg/m3，単位面积(I ,3 )的升カ为·GFz =CiAF2S=0. 2X0. 156X20X20X 1=12. 48kgf，计算表明在平流层内以20m/s飞行的结构合理的翼片能够产生相应的升力，当采用50g/ B*3的薄膜电池、应用碳纤维材料作翼片的骨架材料时I層2的总重量不会超过4. 5kg，即使加上I W2面积对应的串接缆索和电源输送线等的重量每平方的平均重量不会超过5. 5kg，単位面积翼片产生的升力足以托起翼片本身及其辅助材料的重量的。实际中，合理设计、合理设定迎角后翼片的升力系数会大于O. 2数倍，在合理的阻力范围内增大迎角，如迎角増大到10°以上，翼片可以获得较大的升力系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种利用平流层物理条件进行太阳能发电的装置，包括由翼片组成的受阳光照射的遮阳带、设置在翼片外层的太阳能发电膜、固定缆索、系统控制线、电能输送导线、与电能输送导线和系统控制线相连的控制柜，其特征在于翼片组由连接缆索(3)串联，翼片组由支连接缆索和串接在其上的翼片(2)组成，遮阳带中至少有三分之一的翼片外层设置有太阳能发电膜(5);固定缆索(I)与连接缆索(3)相连接；支连接缆索的两端分别连接在固定缆索(I)上，固定缆索(I)的最高部位与连接缆索(3)的交汇处或固定缆索(I)的最高端与连接缆索(3)及支连接缆索的交汇处至少设置有四个能在平流层内悬浮的囊体(4)，所设悬浮囊体(4)的位置在整个翼片组的端部；电能输送导线(6)和系统控制线(7)，敷设在翼片(2)的下方并与每片翼片(2)相连，它们通过吊环(8)悬挂于连接缆索(3)和固定缆索(I)上，固定缆索(I)下端与绞盘(9)连接，绞盘(9)固定在绞盘固定装置(10)上，绞盘固定装置(10)固定在地球上；控制柜(11)通过系统控制线(7)、电能输送导线(6)与翼片(2)、柔性太阳能...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万仁，陈小爽，刘中敏，郑锦华，梁年良，
申请(专利权)人：河南瑞邦能源科技开发有限公司，
类型：实用新型
国别省市：