CN109866909A - 一种用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，包括高空气球球体、吊舱、太阳能电池阵列和调整机构；所述吊舱设置于所述高空气球球体下部，所述太阳能电池阵列与所述吊舱连接，所述调整机构设置于所述吊舱上，用于控制所述太阳能电池阵列的结构状态；所述太阳能电池阵列包括太阳能发电板形成的若干太阳能子阵，所述太阳能子阵通过连接组件实现串列式排布；本发明太阳能发电板装置能够降低对框架强度的要求，以减小重量；并可以实现在不同时间段采集太阳能功率的最大化。

Description

一种用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置

技术领域

本发明涉及浮空器技术领域，具体涉及一种用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置。

背景技术

高空气球是一种无动力推进装置和缆绳约束，通过风力和静浮力(由气囊内的浮升气体产生，浮升气体通常为氦气)作用下自由漂浮的浮空器。

高空气球一般需要长时间留在高空工作，其驻空时间可达到数天甚至数月。在没有地面补给的情况下，气球上的有效载荷和服务载荷需要足够的能源来维持其长时间工作。由于滞空时间长、燃料电池重量大等原因，考虑到高空太阳辐射强度很强，因此，可以采用太阳能发电板将太阳能转化为电能作为高空浮空器的能源。目前，高空气球设计中主要是采用太阳能电池和储能电池联合供电的方式。白天日照充足时将太阳能转化为昼夜飞行过程中的所需能源，并将部分能源通过储能电池子系统存储起来，夜晚通过储能电池放电，这样就可以保证气球能在高空长时间工作而不需要地面提供额外的能量。

现有高空气球的太阳能电池阵列装置通常将薄膜太阳能发电板安装在囊体顶部。这种安装的方法对球体的顶部半径以及太阳能发电板的柔性提出比较高的要求，要求球体的体积不宜太小，且要求太阳能发电板的柔性较大。在气球充气过程中，太阳能发电板易损坏。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，包括高空气球球体、吊舱、太阳能电池阵列和调整机构；所述吊舱设置于所述高空气球球体下部，所述太阳能电池阵列与所述吊舱连接，所述调整机构设置于所述吊舱上，用于控制所述太阳能电池阵列的结构状态；所述太阳能电池阵列包括太阳能发电板形成的若干太阳能子阵，所述太阳能子阵通过连接组件实现串列式排布。

较佳的，所述太阳能电池阵列还包括安装框架、纵横支架和储能装置，所述连接组件包括框架缆绳和钢索，所述太阳能发电板设置于所述安装框架上，所述储能装置设置于所述吊舱内；所述太阳能子阵通过导线和所述储能装置连接；两所述安装框架通过所述纵横支架活动连接，两所述安装框架均可绕对应的所述纵横支架转动，所述安装框架通过所述框架缆绳与所述调整机构连接，所述纵横支架通过所述钢索与所述吊舱连接。

较佳的，所述导线缠绕在所述钢索上。

较佳的，所述调整机构包括电机、电机支撑杆、滚动轴，所述电机和所述滚动轴安装在所述电机支撑杆上，所述滚动轴为所述电机的输出轴，所述电机支撑杆安装在所述吊舱的两垂直对应的侧面上。

较佳的，每个所述框架拉绳的一端连接在所述滚动轴上，所述安装框架通过所述框架缆绳与所述电机的输出轴连接。

较佳的，所述太阳能电池阵列还包括竖直发电板，所述竖直发电板设置于所述吊舱的侧壁上。

较佳的，所述太阳能子阵的数量设置为2-5个。

较佳的，所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置还包括太阳能发电测试系统，所述太阳能发电测试系统与所述对太阳能子阵、所述调整机构连接，所述太阳能发电测试系统对各个所述太阳能子阵的输出特性进行检测，并控制所述调整机构调节所述太阳能电池阵列的结构状态。

较佳的，当所述太阳能发电测试系统检测到所述太阳能电池阵列发电功率小于功率门限时，通过调整两所述安装框架之间的角度使得各所述太阳能子阵接收太阳能的面积最大。

较佳的，所述功率门限的选取通过数值仿真或者前期试验确定。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明的太阳能发电板装置能够降低对框架强度的要求，以减小重量；2，本发明可以实现在不同时间段采集太阳能功率的最大化；3，本发明采用并联方式连接各个太阳能子阵列，可以提高系统可靠性；4，本发明具有一定调节飞行速度的功能。

附图说明

图1为本发明所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置展开状态结构图；

图2为本发明所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置折叠状态结构图；

图3为所述调整机构的结构视图。

图中数字表示：

1-高空气球球体；2-球体法兰；3-吊舱绳索；4-吊舱；5-竖直发电板；6-框架缆绳；7-钢索；8-安装框架；9-太阳能发电板；10-纵横支架；11-储能装置；12-电机支撑杆；13-电机；14-滚动轴。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1和图2所示，图1为本发明所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置展开状态结构图；图2为本发明所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置折叠状态结构图。

本发明用于高空气球的用串列式太阳能电池阵列包括高空气球球体1、吊舱4、框架缆绳6、钢索7和发电装置。所述发电装置通过所述框架缆绳6和所述钢索7与所述吊舱4连接，从而使所述高空气球球体1带动所述发电装置实现升空。所述吊舱4通过吊舱绳索3连接在球体法兰2上，所述球体法兰2安装在所述高空气球球体1的底部。

所述发电装置包括太阳能发电板9，所述太阳能发电板9在所述吊舱4下方一般设置为25个。每个所述太阳能发电板9为太阳能子阵，所述太阳能子阵通过所述框架缆绳6和所述钢索7的连接实现串列式排布。

所述发电装置包括太阳能电池阵列和调整机构。所述太阳能电池阵列设置于高空气球球体1的下方，所述调整机构设置于所述吊舱4上，用于控制所述太阳能电池阵列的结构状态。

具体的，所述太阳能电池阵列包括安装框架8、竖直发电板5、所述太阳能发电板9、纵横支架10和储能装置11。所述竖直发电板5设置于所述吊舱4的侧壁上，所述太阳能发电板9设置于所述安装框架8上，所述储能装置11设置于所述吊舱4内。

对应的两所述安装框架8通过所述纵横支架10连接，所述安装框架8通过所述框架缆绳6与所述调整机构连接，所述纵横支架10通过所述钢索7与所述吊舱4连接，从而实现所述太阳能电池阵列与所述吊舱4的连接。所述钢索7缠绕导线，所述导线连接所述阳能发电板9和所述储能装置11。所述太阳能发电板9设置于所述安装框架8上，将所述太阳能子阵形成的整个太阳能电池阵进行并联，利用太阳能发电测试系统对各个所述太阳能子阵的输出特性进行检测。

较佳的，所述安装框架8成对设置，对称的两所述安装框架8和一所述纵横支架10形成一安装层，根据不同的工作要求，同一所述高空气球球体1的下部可连接安装有若干所述安装层，从而形成串列式的多层结构。

两所述安装框架8通过所述纵横支架10活动连接，两所述安装框架8均可绕对应的所述纵横支架10转动，由于所述钢索7保持所述纵横支架10和所述吊舱4的相对位置基本不变，通过所述调整机构调节所述框架缆绳6的长度状态从而可调节对应两所述安装框架8之间的角度，通过调节两所述安装框架8之间的角度从而调节所述太阳能发电板9的倾斜角度。

如图3所示，图3为所述调整机构的结构视图，所述调整机构包括电机13、电机支撑杆12、滚动轴14。所述电机13和所述滚动轴14安装在所述电机支撑杆12上，所述滚动轴14为所述电机13的输出轴，所述电机支撑杆12安装在所述吊舱4的两垂直对应的侧面上，从而保证所述电机13设置于所述吊舱4的四个角上。

每个所述框架拉绳6的一端连接在所述滚动轴14上，且所述框架拉绳6对应所述安装框架8的边角连接。所述安装框架8通过所述框架缆绳6与所述电机13的输出轴连接。通过所述电机13的转动带动所述滚动轴14转动，从而使所述框架拉绳6缠绕在所述滚动轴14上或将缠绕在所述滚动轴14上的所述框架拉绳6的释放，从而改变所述框架缆绳6的长度状态，进而实现所述太阳能发电板9的倾斜角度调节。

较佳的，当所述太阳能发电测试系统检测到所述太阳能电池阵列发电功率小于功率门限时，通过调整两所述安装框架8之间的角度使得各所述太阳能子阵接收太阳能的面积最大。具体的，通过所述太阳能发电测试系统对各个所述太阳能子阵的输出特性进行检测以及记录子阵列功率。间隔固定时间对比所述太阳能子阵的发电功率和预先设定的功率门限。所述功率门限的选取需要通过数值仿真或者前期试验确定，并人工预先设定好调整两所述安装框架8之间角度的方式。同时值得指出的是，飞行状态下，通过电机拉动安装框架可调整太阳能发电板阵列的形状，改变飞行阻力，达到调节飞行速度的效果。

长航时高空气球飞行过程是悬浮于大气中的，地面无法补给能源，一般采用太阳能电池作为长时间供电的能量来源，本发明所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置采用串列式安装方式，框架小巧，降低对安装框架强度要求；同时增加电机，可以调节太阳能发电板的倾斜角，增大有效太阳光接收面积，提高太阳光吸收率。同时，利用不同形状的太阳能电池阵列的阻力不同，可以用于调节飞行阻力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，包括高空气球球体、吊舱、太阳能电池阵列和调整机构；所述吊舱设置于所述高空气球球体下部，所述太阳能电池阵列与所述吊舱连接，所述调整机构设置于所述吊舱上，用于控制所述太阳能电池阵列的结构状态；所述太阳能电池阵列包括太阳能发电板形成的若干太阳能子阵，所述太阳能子阵通过连接组件实现串列式排布。

2.如权利要求1所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述太阳能电池阵列还包括安装框架、纵横支架和储能装置，所述连接组件包括框架缆绳和钢索，所述太阳能发电板设置于所述安装框架上，所述储能装置设置于所述吊舱内；所述太阳能子阵通过导线和所述储能装置连接；两所述安装框架通过所述纵横支架活动连接，两所述安装框架均可绕对应的所述纵横支架转动，所述安装框架通过所述框架缆绳与所述调整机构连接，所述纵横支架通过所述钢索与所述吊舱连接。

3.如权利要求2所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述导线缠绕在所述钢索上。

4.如权利要求2所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述调整机构包括电机、电机支撑杆、滚动轴，所述电机和所述滚动轴安装在所述电机支撑杆上，所述滚动轴为所述电机的输出轴，所述电机支撑杆安装在所述吊舱的两垂直对应的侧面上。

5.如权利要求4所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，每个所述框架拉绳的一端连接在所述滚动轴上，所述安装框架通过所述框架缆绳与所述电机的输出轴连接。

6.如权利要求1所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述太阳能电池阵列还包括竖直发电板，所述竖直发电板设置于所述吊舱的侧壁上。

7.如权利要求1所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述太阳能子阵的数量设置为2-5个。

8.如权利要求2所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置还包括太阳能发电测试系统，所述太阳能发电测试系统与所述对太阳能子阵、所述调整机构连接，所述太阳能发电测试系统对各个所述太阳能子阵的输出特性进行检测，并控制所述调整机构调节所述太阳能电池阵列的结构状态。

9.如权利要求8所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，当所述太阳能发电测试系统检测到所述太阳能电池阵列发电功率小于功率门限时，通过调整两所述安装框架之间的角度使得各所述太阳能子阵接收太阳能的面积最大。

10.如权利要求9所述的用于高空气球的串列式太阳能电池阵列装置，其特征在于，所述功率门限的选取通过数值仿真或者前期试验确定。