CN104617869B - 一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，包括一三维CPC，三维CPC的出射口设有一光伏电池阵，所述的三维CPC的上方悬挂有一次反射镜，一次反射镜为平面结构，三维CPC的入射口平行设置有若干散流器，散流器为具有高反射表面的锥形；三维CPC、散流器和光伏电池阵组成一相对固定的系统单元，在空间轨道上，该系统单元与一次反射镜共同构成一个重力梯度稳定的结构；一次反射镜将入射太阳光束反射传向三维CPC，反射太阳光束到达三维CPC入射口时，光束照射到散流器上，被散流器的表面反射，改变传输方向，以无序状态进入三维CPC腔内，经三维CPC壁面几次反射，最后均匀照射在光伏电池阵表面，完成光电转换。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，具体的说，本发明涉及一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统。
背景技术
空间太阳能辐照稳定、能流密度大、照射时间长，开发利用空间太阳能资源对缓解地面能源短缺、促进生态文明建设具有重要的意义。空间太阳能电站通过聚光光伏发电，并将电能以微波的形式传输到地面，是一种新型的太阳能利用方案。空间太阳能电站主要由太阳光聚集传输系统、光伏电池阵以及微波发射器组成。其中太阳光聚集传输系统承担太阳光束的收集汇聚与传输调控功能，是空间太阳能电站关键组成部分之一。
空间太阳能是一种资源丰富且稳定的可再生新能源，开发利用空间太阳能资源对调整能源结构、节能减排、改善生态环境十分重要。空间太阳能电站是开发利用空间太阳能资源的有效手段，已引起国内外的广泛关注。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，执行太阳能聚集与调配功能。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。
现有空间太阳能电站光路聚集与传输方案的最大不足为跟踪精度和反射器面型要求高，由于空间太阳能电站聚集器的尺寸很大(半径为千米级)，满足跟踪与面型精度要求非常困难，技术可实现性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种跟踪精度要求低、反射器面型精度低、无需主动冷却的大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，有效降低空间太阳能电站光路传输的技术难度，有效提高空间太阳能电站的技术可实现性和工程实用价值。
本发明提供的技术方案是：一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，包括一三维CPC，三维CPC的出射口设有一光伏电池阵，所述的三维CPC的上方悬挂有一次反射镜，一次反射镜为平面结构，三维CPC的入射口平行设置有若干散流器，散流器为具有高反射表面的锥形；三维CPC、散流器和光伏电池阵组成一相对固定的系统单元，在空间轨道上，该系统单元与一次反射镜共同构成一个重力梯度稳定的结构；一次反射镜将入射太阳光束反射传向三维CPC，反射太阳光束到达三维CPC入射口时，光束照射到散流器上，被散流器的表面反射，改变传输方向，以无序状态进入三维CPC腔内，经三维CPC壁面几次反射，最后均匀照射在光伏电池阵表面，完成光电转换。
所述的散流器为倒立锥形结构。
所述的散流器为圆锥结构或棱锥结构。
所述的散流器的锥角为2β，三维CPC的接收角为2α，2β<α，β＝0.5α-(3°～5°)；
其中，α是三维CPC的接收半角，α＝40°～50°。
所述的一次反射镜可以绕中心点自由摆动，调整方向。
本发明的有益效果是：
(1)一次反射镜可以绕中心点自由转动，将较大角度范围内入射的太阳光束反射传输到电池板，有效延长电站在轨发电时间。
(2)三维CPC的入射口布置有散流器，通过散流器表面反射，将入射太阳光束以无序状态射入三维CPC腔内，能有效改善光伏电池阵列表面的太阳能流密度分布均匀性。提高光伏阵列的发电效率。
(3)三维CPC是基于边缘光线原理设计的一种聚集器，在接收角内射入的太阳光束都能传输到出射口的光伏电池板上，大大降低了聚集系统的跟踪精度要求。同时太阳光束主要在三维CPC腔内反射传输，每次的传输距离较短，大大降低三维CPC的面型精度要求。
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为图1中散流器的结构示意图；
图3为图1中散流器的另一实施例的结构示意图；
图4为图1中散流器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。
参考图1，本发明提供的一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，包括一三维CPC 1，三维CPC 1的出射口设有一光伏电池阵2，三维CPC 1的上方悬挂有一次反射镜3，一次反射镜3为平面结构，一次反射镜3可以绕中心点自由摆动，调整方向。三维CPC 1的入射口平行设置有若干散流器4，散流器4为具有高反射表面的倒立锥形结构,本实施例的散流器为圆锥形结构；
结合图2，本实施例的散流器的锥角为2β，三维CPC的接收角为2α，为保证所有的二次反射光束传输方向在三维CPC接收半角范围内，2β<α，β＝0.5α-(3°～5°)；
其中，α是三维CPC的接收半角，α＝40°～50°。
三维CPC 1、散流器4和光伏电池阵2组成一相对固定的系统单元，在空间轨道上，该系统单元与一次反射镜共同构成一个重力梯度稳定的结构；一次反射镜3将入射太阳光束反射传向三维CPC 1，反射太阳光束到达三维CPC1入射口时，光束照射到散流器4上，被散流器4的表面反射，改变传输方向，以无序状态进入三维CPC 1腔内，经三维CPC 1壁面几次反射，最后均匀照射在光伏电池阵表面，完成光电转换。
在上述实施例中，散流器4为倒立的圆锥结构，见图2。此外散流器4还可以设计成倒立的正棱锥结构，如图3所示的底面是四方形的四棱锥结构，或者底面为六边形的六棱锥结构，如图4所示出的。
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 (5)
1.一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，包括一三维CPC，三维CPC的出射口设有一光伏电池阵，其特征在于，所述的三维CPC的上方悬挂有一次反射镜，一次反射镜为平面结构，三维CPC的入射口平行设置有若干散流器，散流器为具有高反射表面的锥形；三维CPC、散流器和光伏电池阵组成一相对固定的系统单元，在空间轨道上，该系统单元与一次反射镜共同构成一个重力梯度稳定的结构；一次反射镜将入射太阳光束反射传向三维CPC，反射太阳光束到达三维CPC入射口时，光束照射到散流器上，被散流器的表面反射，改变传输方向，以无序状态进入三维CPC腔内，经三维CPC壁面几次反射，最后均匀照射在光伏电池阵表面，完成光电转换。
2.根据权利要求1所述的一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，其特征在于，所述的散流器为倒立锥形结构。
3.根据权利要求2所述的一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，其特征在于，所述的散流器为圆锥结构或棱锥结构。
4.根据权利要求2所述的一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，其特征在于，所述的散流器的锥角为2β，三维CPC的接收角为2α，2β<α，β＝0.5α-(3°～5°)；
其中，α是三维CPC的接收半角，α＝40°～50°。
5.根据权利要求1所述的一种大容差空间太阳能电站光路聚集传输系统，其特征在于，所述的一次反射镜可以绕中心点自由摆动，调整方向。
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