一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]空間太陽(yáng)能輻照穩(wěn)定、能流密度大、照射時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)利用空間太陽(yáng)能資源對(duì)緩解地面能源短缺、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要的意義?？臻g太陽(yáng)能電站通過(guò)聚光光伏發(fā)電，并將電能以微波的形式傳輸?shù)降孛妫且环N新型的太陽(yáng)能利用方案?？臻g太陽(yáng)能電站主要由太陽(yáng)光聚集傳輸系統(tǒng)、光伏電池陣以及微波發(fā)射器組成。其中太陽(yáng)光聚集傳輸系統(tǒng)承擔(dān)太陽(yáng)光束的收集匯聚與傳輸調(diào)控功能，是空間太陽(yáng)能電站關(guān)鍵組成部分之一。
[0003]空間太陽(yáng)能是一種資源豐富且穩(wěn)定的可再生新能源，開(kāi)發(fā)利用空間太陽(yáng)能資源對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善生態(tài)環(huán)境十分重要?？臻g太陽(yáng)能電站是開(kāi)發(fā)利用空間太陽(yáng)能資源的有效手段，已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能聚集與傳輸系統(tǒng)是空間太陽(yáng)能電站的關(guān)鍵組成部分之一，執(zhí)行太陽(yáng)能聚集與調(diào)配功能。根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)不同，目前已有兩種空間太陽(yáng)能電站太陽(yáng)能聚集與傳輸方案。
[0004]在中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上，查到與本發(fā)明相關(guān)的專利2項(xiàng)，具體信息如下:
[0005](I)發(fā)明名稱:應(yīng)用于空間太陽(yáng)能電站的對(duì)稱式兩級(jí)平面反射聚集方法
[0006]申請(qǐng)?zhí)?2014100033804
[0007]發(fā)明人:孟憲龍；夏新林；孫創(chuàng)；戴貴龍
[0008]摘要:應(yīng)用于空間太陽(yáng)能電站的對(duì)稱式兩級(jí)平面反射聚集方法，涉及一種對(duì)稱式兩級(jí)平面反射聚集方法。為了解決目前的太陽(yáng)能量聚集系統(tǒng)方案存在聚集能流分布不均勻、光斑形狀與太陽(yáng)電池形狀不匹配和跟蹤難度高的問(wèn)題。建立反射系統(tǒng):在太陽(yáng)能電池板的兩側(cè)分別布置一個(gè)一級(jí)偏軸拋物反射面，兩個(gè)一級(jí)偏軸拋物反射面以垂直于太陽(yáng)能電池板的光軸為軸對(duì)稱設(shè)置，在兩個(gè)一級(jí)偏軸拋物反射面的焦點(diǎn)兩側(cè)分別對(duì)稱布置一個(gè)二級(jí)斜平面反射鏡；使太陽(yáng)能電池板表面呈現(xiàn)的兩個(gè)橢圓型光斑完全重合，求取反射系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)反射系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤誤差調(diào)控；通過(guò)在兩個(gè)維度下調(diào)控在軌運(yùn)行的反射系統(tǒng)，使太陽(yáng)能電池陣實(shí)現(xiàn)聚集能流。它用于空間太陽(yáng)能電站聚集能流。
[0009](2)發(fā)明名稱:一種功率密度可調(diào)的薄膜反射聚光式空間太陽(yáng)能聚能站
[0010]申請(qǐng)?zhí)?201410060933X
[0011]發(fā)明人:賈海鵬；楊杰；侯欣賓；王立；張興華
[0012]摘要:一種功率密度可調(diào)的薄膜反射聚光式空間太陽(yáng)能聚能站，包括航天器平臺(tái)、光學(xué)系統(tǒng)和光路調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述的光學(xué)系統(tǒng)包括主聚光鏡、副聚光鏡和平面反射鏡；主聚光鏡和副聚光鏡反向布置且光軸重合，通過(guò)光路調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整主聚光鏡和副聚光鏡之間的法向距離，改變輸出光束的功率密度；通過(guò)光路調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整平面反射鏡的角度，進(jìn)而改變輸出光束的方向；太陽(yáng)光經(jīng)主聚光境聚光反射至副聚光鏡，由副聚光鏡將反射的光線進(jìn)行二次聚光后反射至平面反射鏡，由平面反射鏡將光束反射至目標(biāo)。
[0013]現(xiàn)有空間太陽(yáng)能電站光路聚集與傳輸方案的最大不足為跟蹤精度和反射器面型要求高，由于空間太陽(yáng)能電站聚集器的尺寸很大(半徑為千米級(jí))，滿足跟蹤與面型精度要求非常困難，技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種跟蹤精度要求低、反射器面型精度低、無(wú)需主動(dòng)冷卻的大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，有效降低空間太陽(yáng)能電站光路傳輸?shù)募夹g(shù)難度，有效提高空間太陽(yáng)能電站的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性和工程實(shí)用價(jià)值。
[0015]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，包括一三維CPC，三維CPC的出射口設(shè)有一光伏電池陣，所述的三維CPC的上方懸掛有一次反射鏡，一次反射鏡為平面結(jié)構(gòu)，三維CPC的入射口平行設(shè)置有若干散流器，散流器為具有高反射表面的錐形；三維CPC、散流器和光伏電池陣組成一相對(duì)固定的系統(tǒng)單元，在空間軌道上，該系統(tǒng)單元與一次反射鏡共同構(gòu)成一個(gè)重力梯度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；一次反射鏡將入射太陽(yáng)光束反射傳向三維CPC，反射太陽(yáng)光束到達(dá)三維CPC入射口時(shí)，光束照射到散流器上，被散流器的表面反射，改變傳輸方向，以無(wú)序狀態(tài)進(jìn)入三維CPC腔內(nèi)，經(jīng)三維CPC壁面幾次反射，最后均勻照射在光伏電池陣表面，完成光電轉(zhuǎn)換。
[0016]所述的散流器為倒立錐形結(jié)構(gòu)。
[0017]所述的散流器為圓錐結(jié)構(gòu)或棱錐結(jié)構(gòu)。
[0018]所述的散流器的錐角為2 β，三維CPC的接收角為2 α，2 β〈 α，β =0.5α -(3。?5。)；
[0019]其中，α是三維CPC的接收半角，α =40°?50°。
[0020]所述的一次反射鏡可以繞中心點(diǎn)自由擺動(dòng)，調(diào)整方向。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022](I) 一次反射鏡可以繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，將較大角度范圍內(nèi)入射的太陽(yáng)光束反射傳輸?shù)诫姵匕?，有效延長(zhǎng)電站在軌發(fā)電時(shí)間。
[0023](2)三維CPC的入射口布置有散流器，通過(guò)散流器表面反射，將入射太陽(yáng)光束以無(wú)序狀態(tài)射入三維CPC腔內(nèi)，能有效改善光伏電池陣列表面的太陽(yáng)能流密度分布均勻性。提高光伏陣列的發(fā)電效率。
[0024](3)三維CPC是基于邊緣光線原理設(shè)計(jì)的一種聚集器，在接收角內(nèi)射入的太陽(yáng)光束都能傳輸?shù)匠錾淇诘墓夥姵匕迳?，大大降低了聚集系統(tǒng)的跟蹤精度要求。同時(shí)太陽(yáng)光束主要在三維CPC腔內(nèi)反射傳輸，每次的傳輸距離較短，大大降低三維CPC的面型精度要求。
【附圖說(shuō)明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為圖1中散流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為圖1中散流器的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為圖1中散流器的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031]參考圖1，本發(fā)明提供的一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，包括一三維CPC I，三維CPC I的出射口設(shè)有一光伏電池陣2，三維CPC I的上方懸掛有一次反射鏡3，一次反射鏡3為平面結(jié)構(gòu)，一次反射鏡3可以繞中心點(diǎn)自由擺動(dòng)，調(diào)整方向。三維CPC I的入射口平行設(shè)置有若干散流器4，散流器4為具有高反射表面的倒立錐形結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例的散流器為圓錐形結(jié)構(gòu)；
[0032]結(jié)合圖2，本實(shí)施例的散流器的錐角為2 β，三維CPC的接收角為2 α，為保證所有的二次反射光束傳輸方向在三維CPC接收半角范圍內(nèi)，2β〈α，β =0.5 a-(3°?5° )；
[0033]其中，α是三維CPC的接收半角，α =40°?50°。
[0034]三維CPC 1、散流器4和光伏電池陣2組成一相對(duì)固定的系統(tǒng)單元，在空間軌道上，該系統(tǒng)單元與一次反射鏡共同構(gòu)成一個(gè)重力梯度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；一次反射鏡3將入射太陽(yáng)光束反射傳向三維CPC 1，反射太陽(yáng)光束到達(dá)三維CPCl入射口時(shí)，光束照射到散流器4上，被散流器4的表面反射，改變傳輸方向，以無(wú)序狀態(tài)進(jìn)入三維CPC I腔內(nèi)，經(jīng)三維CPC I壁面幾次反射，最后均勻照射在光伏電池陣表面，完成光電轉(zhuǎn)換。
[0035]在上述實(shí)施例中，散流器4為倒立的圓錐結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。此外散流器4還可以設(shè)計(jì)成倒立的正棱錐結(jié)構(gòu)，如圖3所示的底面是四方形的四棱錐結(jié)構(gòu)，或者底面為六邊形的六棱錐結(jié)構(gòu)，如圖4所示出的。
[0036]以上實(shí)例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，包括一三維CPC，三維CPC的出射口設(shè)有一光伏電池陣，其特征在于，所述的三維CPC的上方懸掛有一次反射鏡，一次反射鏡為平面結(jié)構(gòu)，三維CPC的入射口平行設(shè)置有若干散流器，散流器為具有高反射表面的錐形；三維CPC、散流器和光伏電池陣組成一相對(duì)固定的系統(tǒng)單元，在空間軌道上，該系統(tǒng)單元與一次反射鏡共同構(gòu)成一個(gè)重力梯度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；一次反射鏡將入射太陽(yáng)光束反射傳向三維CPC,反射太陽(yáng)光束到達(dá)三維CPC入射口時(shí)，光束照射到散流器上，被散流器的表面反射，改變傳輸方向，以無(wú)序狀態(tài)進(jìn)入三維CPC腔內(nèi)，經(jīng)三維CPC壁面幾次反射，最后均勻照射在光伏電池陣表面，完成光電轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的散流器為倒立錐形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的散流器為圓錐結(jié)構(gòu)或棱錐結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的散流器的錐角為2β，三維CPC的接收角為2α，2β〈α，β =0.5α-(3°?5° ); 其中，α是三維CPC的接收半角，α =40°?50°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述的一次反射鏡可以繞中心點(diǎn)自由擺動(dòng)，調(diào)整方向。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大容差空間太陽(yáng)能電站光路聚集傳輸系統(tǒng)，包括一三維CPC，三維CPC的出射口設(shè)有一光伏電池陣，所述的三維CPC的上方懸掛有一次反射鏡，一次反射鏡為平面結(jié)構(gòu)，三維CPC的入射口平行設(shè)置有若干散流器，散流器為具有高反射表面的錐形；三維CPC、散流器和光伏電池陣組成一相對(duì)固定的系統(tǒng)單元，在空間軌道上，該系統(tǒng)單元與一次反射鏡共同構(gòu)成一個(gè)重力梯度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；一次反射鏡將入射太陽(yáng)光束反射傳向三維CPC，反射太陽(yáng)光束到達(dá)三維CPC入射口時(shí)，光束照射到散流器上，被散流器的表面反射，改變傳輸方向，以無(wú)序狀態(tài)進(jìn)入三維CPC腔內(nèi)，經(jīng)三維CPC壁面幾次反射，最后均勻照射在光伏電池陣表面，完成光電轉(zhuǎn)換。
【IPC分類】H02S40-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104617869
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410829837
【發(fā)明人】戴貴龍, 杜曉瑞, 侯根富
【申請(qǐng)人】福建工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日