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浅谈SSPS太阳能收集系统的研究现状及发展趋势

发布时间:2018-08-04 11:57所属分类:理工论文浏览:1

摘要:太阳能是重要的能源,为此人们建立了太阳收集系统,并把该系统应用到SSPS(未来空间太阳能电站)中。基于研究现状,阐述这项技术未来的发展方向。 关键词:SSPS太阳能收集系统,OMEGA方案,光电转换材料 0引言 能源是世界各国关注的核心问题之一。从整体情况

  摘要:太阳能是重要的能源,为此人们建立了太阳收集系统,并把该系统应用到SSPS(未来空间太阳能电站)中。基于研究现状,阐述这项技术未来的发展方向。

  关键词:SSPS太阳能收集系统,OMEGA方案,光电转换材料

太阳能

  0引言

  能源是世界各国关注的核心问题之一。从整体情况分析,世界上的能源呈现是不断减少的趋势,且有些能源不可再生。故太阳能收集系统是在空间内收集太阳能,并用装置把太阳能转化为电能传回地面,以为人们提供清洁能源。但必须注意的是,空间太阳能电站过程的核心是收集系统,它使用的材料、技术会直接影响SSPS的性能。1SSPS太阳能收集系统的研究现状从SSPS概念提出后,很多国家纷纷展开了这方面的研究,已经提出了几十种具体的设计方案。下面简单举例。

  1.1PeterGlaser提出的原始方案

  Peter在1968年提出SSPS的初步设想,设计了结构。该结构共有三部分,分别是直径达到2km的圆盘天线、直径达到数千米的电池阵、负责两者衔接的电源管。这是最初的系统设计方案[1]。

  1.2太阳帆、太阳塔方案

  该方案是美国在1996年提出。它采用的是模块化的设计方案,提出的构想是让发射天线对准地面,其使用的太阳能发射系统是由数百个可聚光的发电模块组合而成,每个模块最小为50m,最大不超过60m,每个模块的连接方式是以PMAD系统为媒介。整体设备通电后,产生的直流电会通过电缆发射到天线上。

  1.3分布绳系方案

  该方案是由日本提出。其目的是简化系统,保证系统的质量。这个方案具体的操作是,选择一个单元板,长度为100m,宽度是95m,卫星平台、悬索。其中,单元板的作用是在多个设备间起到媒介的作用,组合后可以形成多个夹层,且该系统使用的模块超过了3800个。这个方案的具体应用,有利于实现系统的重组,为维护提供便利。但它的不足是,光伏电池不可以随着太阳的光照移动,收集率较低。

  1.4OMEGA方案

  这是由我国研究人员杨阳等人提出,它的中文是球型薄膜能量收集阵。系统具体应用时,会使用单向光学薄膜材料,这个材料在某些环境中可以反射太阳光,而负责主反射的球形物体无需调整,有良好的可靠性。系统使用的微波发射天线会以悬索为媒介,连接球体的两极,减轻了整体结构的质量。球形的主反射体会根据设定的中心轴做回转运动,除面对阴影区域外,其他部分都可以接收到稳定的太阳能。

  这几种方案的变化是从整体向模块化的发展,其中最原始方案的构造以整体为主,构形简单,效率稳定。但它的不足是,不可以向其他位置拓展,线缆过长。后三种方式均为模块化的构形,但各有优势不足,比如太阳帆、太阳塔方案,它的优势是便于组装,但劣势是不可移动,吸收效率较低;而OMEGA方案虽然可以稳定操作,便于控制,但它的天线、电池只有同时转动,系统才可以运行。

  2发展方向

  从上述几种方案的分析,不难发现,多个方案都存在不同方面的不足,这些不足出现的原因可能是技术不成熟,或是制造工艺较为落后。故其未来的发展趋势是,发现并运用新材料,设计新的结构,引入新技术[2]。

  2.1新材料

  系统可以使用的新材料包括光电转换材料、热处理材料与石墨烯等,这几种材料各有优势与不足。其一,光电转换材料是砷化镓,它在系统中的使用,可以加快光电转化的速度,但必须用散热装置辅助,这会增加系统整体的质量;其二,光伏电池会由于太阳光波等因素的干扰,在表面形成废热,引发热问题,而为解决热问题,研究人员可使用热处理材料,加快能源的转化;其三,系统收集的效率是决定系统运行是否高效的标准之一,石墨烯是纳米材料,是当下所有纳米材料中最薄、最轻的材料,它使用后可以提高系统运行产生的功率质量比。

  2.2新结构

  其新结构有三类,分别是高效、容易控制的系统、可拓展的结构与高度模块的设计。这三种结构中,高度的模块化设计可以让整体的结构适当简化,降低了建设的难度,实现多个模块批量生产。而把整个结构拆分开,分别根据不同元件、部件的特点,优化设计,并完成批量生产,能够提升整体的生产效率,控制成本的投入。用模块化的设计完成结构的拼装后,如果某个零部件受损,其他部分受到的影响较小,系统依然可以正常运行,让系统更加可靠。上文中没有介绍的ALPHA方案,就是高度模块化的结构设计,模块包括六角总线、连接件等。

  3结语

  SSPS太阳能收集系统的运行,可以实现太阳能与电能之间的转化,所以部件的尺寸、系统质量与运行效率,都会影响设计方案的成本可行性。故为增加可行性,需在方案设计中使用的新材料与新技术,并适当加入新的理论,以此弥补现有系统构形的不足,实现空间的向外拓展,减少成本。

  参考文献:

  [1]王虎,武永鑫,王聪.槽式太阳能集热器用光谱选择性吸收涂层的研究进展[J].分布式能源,2016(1):52-56.

  [2]张兴华,侯欣宾,王立,等.空间太阳能电站聚光模式研究[J].中国空间科学技术,2016(2):1-12.

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