CN104539235B - 一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，包括一次反射镜、一次抛物面聚集器、二次抛物面聚集器以及光伏电池板，一次反射镜以及二次抛物面聚集器和光伏电池板的中心点均在同一条对称轴上，二次抛物面和光伏电池板之间沿对称轴两侧对称设置有一次抛物面聚集器，一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的开口正对,并且一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的焦点重合聚焦在对称轴上；入射太阳光束经一次反射镜反射，沿对称轴方向平行入射到一次抛物面聚集器，一次抛物面聚集器通过反射，将太阳光束聚集到二次抛物面聚集器，二次抛物面聚集器能将经过公共焦点的太阳光束，平行且均匀地投射到光伏电池表面，完成光电转换。

Description

一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，具体的说，本发明涉及一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构。

背景技术

由于空间太阳能辐射能流密度大，稳定性好，持续时间长。利用空间太阳能电站技术开发利用空间太阳能，对地面节能减排和环境保护具有重要的意义。空间太阳能电站主要由太阳光聚集系统、光伏电池阵以及微波发射器组成。太阳光聚集系统汇聚太阳光束并传输到光伏电池阵上，产生电能，同时微波发射器将电能以微波的形式传输到地面接收站，接收站再将微波转变成电能，供地面使用。

空间太阳能是一种资源丰富的新能源，开发利用空间太阳能资源对节能减排、改善生态环境十分重要。空间太阳能电站已引起国内外的广泛关注，是开发利用空间太阳能资源的有效手段，太阳能聚集与传输系统是空间太阳能电站的关键组成部分之一，根据技术特点不同，目前已有两种空间太阳能电站太阳能聚集与传输方案。

在中华人民共和国国家知识产权局网站上，查到与本发明相关的专利2项，具体信息如下：

(1)发明名称：应用于空间太阳能电站的对称式两级平面反射聚集方法

申请号：2014100033804

发明人：孟宪龙；夏新林；孙创；戴贵龙

摘要：应用于空间太阳能电站的对称式两级平面反射聚集方法，涉及一种对称式两级平面反射聚集方法。为了解决目前的太阳能量聚集系统方案存在聚集能流分布不均匀、光斑形状与太阳电池形状不匹配和跟踪难度高的问题。建立反射系统：在太阳能电池板的两侧分别布置一个一级偏轴抛物反射面，两个一级偏轴抛物反射面以垂直于太阳能电池板的光轴为轴对称设置，在两个一级偏轴抛物反射面的焦点两侧分别对称布置一个二级斜平面反射镜；使太阳能电池板表面呈现的两个椭圆型光斑完全重合，求取反射系统的最佳结构参数，对反射系统进行跟踪误差调控；通过在两个维度下调控在轨运行的反射系统，使太阳能电池阵实现聚集能流。它用于空间太阳能电站聚集能流。

(2)发明名称：一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站

申请号：201410060933X

发明人：贾海鹏；杨杰；侯欣宾；王立；张兴华

摘要：一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，包括航天器平台、光学系统和光路调节机构；所述的光学系统包括主聚光镜、副聚光镜和平面反射镜；主聚光镜和副聚光镜反向布置且光轴重合，通过光路调节机构调整主聚光镜和副聚光镜之间的法向距离，改变输出光束的功率密度；通过光路调节机构调整平面反射镜的角度，进而改变输出光束的方向；太阳光经主聚光境聚光反射至副聚光镜，由副聚光镜将反射的光线进行二次聚光后反射至平面反射镜，由平面反射镜将光束反射至目标。

目前的空间太阳能电站太阳能聚集传输系统由于结构原因，传输到光伏电池表面的聚集能流密度分布不均匀，影响光伏电池的发电效率和使用寿命，实用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种聚集能流密度分布均匀，聚光比适中，结构相对简单的空间太阳能电站光路聚集与传输结构，有效提高空间太阳能电站光路传输的工程应用价值。

本发明提供的技术方案是：一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，包括一次反射镜、一次抛物面聚集器、二次抛物面聚集器以及光伏电池板，一次反射镜以及二次抛物面聚集器和光伏电池板的中心点均在同一条对称轴上，二次抛物面聚集器和光伏电池板之间设置有一次抛物面聚集器，一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的焦点重合聚焦在对称轴上；入射太阳光束经一次反射镜反射，沿对称轴方向平行入射到一次抛物面聚集器，一次抛物面聚集器通过反射，将太阳光束聚集到二次抛物面聚集器，二次抛物面聚集器能将经过公共焦点的太阳光束，平行且均匀地投射到光伏电池表面，完成光电转换。

所述的一次反射镜悬挂在二次抛物面聚集器的上方，绕其中心点自由转动，将入射太阳光束反射传输到一次抛物面。

一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的开口正对且两者焦点重合聚焦在对称轴上，或者，

一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的开口同向设置且两者焦点重合聚焦在对称轴上。

本发明的有益效果如下：

(1)一次反射镜、一次抛物面聚集器、二次抛物面聚集器和光伏电池板的中心点均在对称轴上，整个系统的重心集中在下方的光伏电池板上，系统在轨运行的重力梯度稳定性好；

(2)一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器正对共焦布置，一次抛物面聚集传输到二次聚集器的太阳光束，经二次聚集器反射，能够均匀且平行地投射到光伏电池表面，有效提高光伏电池的发电效率；

(3)整个结构系统，只有一次反射镜绕中心点转动，反射收集入射光束，其它结构部件可以保持不动，有效降低系统的操作运行难度；

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

参考图1，本发明提供一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，包括一次反射镜1、一次抛物面聚集器2、二次抛物面聚集器3以及光伏电池板4，一次反射镜1以及二次抛物面聚集器3和光伏电池板4的中心点均在同一条对称轴5上，二次抛物面聚集器3和光伏电池板4之间设置有一次抛物面聚集器2，一次抛物面聚集器2和二次抛物面聚集器3的开口正对,并且一次抛物面聚集器2和二次抛物面聚集器3的焦点共焦布置，重合聚焦在对称轴5上的焦点6上；一次反射镜1悬挂在二次抛物面聚集器3的上方，绕其中心点7自由转动，入射太阳光束经一次反射镜1反射，沿对称轴5方向平行入射到一次抛物面聚集器2，一次抛物面聚集器2通过反射，将太阳光束聚集到二次抛物面聚集器3，二次抛物面聚集器3能将经过公共焦点6的太阳光束，平行且均匀地投射到光伏电池4表面，完成光电转换。

光伏电池表面的聚光比等于一次抛物面聚集器与二次抛物面聚集器截光面积之比，通过合理设计抛物面聚集器的截光面积参数，可以得到期望的聚光比，使光伏电池处于最佳工作状态。

实施例2：

参考图2，本发明提供一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，包括一次反射镜1、一次抛物面聚集器2、二次抛物面聚集器3以及光伏电池板4，一次反射镜1以及二次抛物面聚集器3和光伏电池板4的中心点均在同一条对称轴5上，二次抛物面聚集器3和光伏电池板4之间设置有一次抛物面聚集器2，一次抛物面聚集器2和二次抛物面聚集器3的开口同向向上设置，并且一次抛物面聚集器2和二次抛物面聚集器3的焦点共焦布置，重合聚焦在对称轴5上的焦点6上；一次反射镜1悬挂在二次抛物面聚集器3的上方，绕其中心点7自由转动，入射太阳光束经一次反射镜1反射，沿对称轴5方向平行入射到一次抛物面聚集器2，一次抛物面聚集器2通过反射，将太阳光束聚集到二次抛物面聚集器3，二次抛物面聚集器3能将经过公共焦点6的太阳光束，平行且均匀地投射到光伏电池4表面，完成光电转换。

光伏电池表面的聚光比等于一次抛物面聚集器与二次抛物面聚集器截光面积之比，通过合理设计抛物面聚集器的截光面积参数，可以得到期望的聚光比，使光伏电池处于最佳工作状态。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，其特征在于，包括一次反射镜、一次抛物面聚集器、二次抛物面聚集器以及光伏电池板，一次反射镜以及二次抛物面聚集器和光伏电池板的中心点均在同一条对称轴上，二次抛物面聚集器和光伏电池板之间设置有一次抛物面聚集器，一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的焦点重合聚焦在对称轴上的一点处，形成一个公共焦点；入射太阳光束经一次反射镜反射，沿对称轴方向平行入射到一次抛物面聚集器，一次抛物面聚集器通过反射，将太阳光束聚集到二次抛物面聚集器，二次抛物面聚集器能将经过公共焦点的太阳光束，平行且均匀地投射到光伏电池表面，完成光电转换。

2.根据权利要求1所述的一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，其特征在于，所述的一次反射镜悬挂在二次抛物面聚集器的上方，绕其中心点自由转动，将入射太阳光束反射传输到一次抛物面。

3.根据权利要求1所述的一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，其特征在于，一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的开口正对。

4.根据权利要求1所述的一种能流密度均匀分布的空间太阳能电站光路传输结构，其特征在于，一次抛物面聚集器和二次抛物面聚集器的开口同向设置。