一种可扩展的空间太阳能电池板结构

技术领域

本发明涉及空间太阳能电站技术领域，提供一种可扩展的空间太阳能电池板结构。

背景技术

随着社会的快速发展，我们所需要的电能量也会越来越大。而我们发电所需要的煤炭、石油、天然气等能源是有限的，加之燃烧这些能源对环境危害很大，所以在未来淘汰旧的发电方式发展清洁的新能源发电站是历史必然的。太空中的太阳光不会因大气衰减，也不受季节、昼夜变化的影响，太阳辐照强度稳定，约为1353 W/m

空间太阳能电站(SSPS，Space solarpower station)以其独特的优势吸引越来越多的国内外专家的研究。国际上已提出几十种空间太阳能电站概念构想。美国、日本、欧盟等已开展了多年的研究，分别提出了1979 SPS 基准系统、集成对称聚光系统、分布式绳系太阳能电站和太阳帆塔等空间太阳能发电站方案。国内在也提出了多旋转关节空间太阳能电站和OMEGA型空间太阳能电站概念等概念。

收集太阳能是空间太阳能电站的第一步，空间太阳能电池板结构是空间太阳能电站的重要组成部分。假设要建一个供电功率为1GW的空间太阳能电站。在这种情况下，考虑硅整流天线效率80%。因此，在地面整流天线位置需要1.25千兆瓦的微波功率来产生如此多的电输出。空间卫星发射天线发射的地面1.25 GW的微波功率。假设波束效率为87%，发射天线所需微波功率为1.44千兆瓦。在太空卫星上，有DC微波转换装置可将DC的能量转换成微波。因此，DC至微波转换效率70%所需的DC功率为2GW。光伏发电用于在太空中将太阳能转换成DC能量。光伏发电有20%的太阳能到DC的电力转换效率。因此，在空间端需要10千兆瓦的太阳能来提供地球上1千兆瓦的可用电能。产生2千兆瓦DC功率输出所需的光伏阵列大小约为10平方公里(2千米×5千米)。如此庞大的光伏阵列不可能一次发射到太空，必须分批发射上去。但是，上述空间太阳能电站的太阳能电池板结构灵活性不足，不满足实际要求，且不能随着空间太阳能电站供电功率的提升增加太阳能电池板的数量。

发明内容

本发明的目的在于克服已有空间太阳能电站方案中太阳能电池板结构的灵活性不足、不满足实际要求、且不能随着空间太阳能电站供电功率的提升增加太阳能电池板的数量等缺点，提供一种灵活性好，满足实际要求的空间太阳能电池板结构。

本发明的技术方案是：本发明公开了一种可扩展的空间太阳能电池板结构，包括空心桁架结构、折叠式太阳能电池板子阵、连接关节、推动轨道装置和控制电路等组成部分，其特征在于，所述空心桁架结构由内外两个圆柱面构成。外圆柱面是由绝缘型材料构成的绝缘外筒，与连接关节、控制电路连接，内圆柱面为导电型材料构成的导电内筒，与折叠式太阳能电池板子阵相连向外输出电能；所述连接关节在空心桁架结构两端，由连接关节1和连接关节2组成。连接关节1有旋转关节1、旋转关节2和引出线分别与电机1、电机2和电机3连接，连接关节2上有圆孔。连接关节1和连接关节2通过连接固定结构相连；引出线和有圆孔的面上安装红外线校正器，用来校正引出线，使引出线刚好进入圆孔；所述推动轨道装置由电磁力推动轨道、电枢、电生磁模块构成。本发明提升了空间太阳能电池板结构的灵活性，可以随着空间太阳能电站供电功率的提升增加太阳能电池板的数量，具有良好的经济性与灵活性。

所述折叠式太阳能电池板子阵在空心桁架结构的左右两侧，太阳能电池板子阵的太阳能电池为三结砷化镓电池，其电能通过经导电旋转结构和导电内筒向外输出。

所述连接固定结构有连接固定结构1和连接固定结构2组成，用来固定两个连接关节，保证相连的两个空间太阳能电池板单元结构稳定可靠。

所述电磁力推动轨道在空心桁架结构的上侧，轨道为两个平行的铝合金凹槽，与电枢配合运输空间太阳能电池板单元。

所述电枢在空心桁架结构的下侧，由铝合金构成，其形状与电磁力推动轨道吻合，与电磁力推动轨道配合运输可扩展的空间太阳能电池板结构单元。

所述电生磁模块在空心桁架结构的内侧两端，是单相绕组，产生恒定磁场，为电磁力推动轨道提供磁场，且要求两侧的磁场方向相反。

所述控制电路分别于连接关节、推动轨道装置连接，控制其运行。

绝缘外筒、导电内筒由导电旋转结构连接；绝缘外筒内壁和导电内筒外壁均设有环绕其周向的多个凹槽，绝缘外筒内壁上所设的凹槽与导电内筒外壁上所设的凹槽一一对应，且每两个对应的凹槽之间设有导电旋转结构。

本发明的有益效果：

该方案空心桁架结构由外侧绝缘外筒和内侧导电内筒构成，两个圆柱面通过滚环连接，必要时通过旋转绝缘外筒调整太阳能电池板的角度，保证了太阳能电池板的灵活性；连接关节负责连接和拆分两个电池板单元，可灵活调整空间太阳能电池板结构单元的数量；推动轨道装置通过电磁力推电池板单元，通过控制电流大小和磁场方向调整推动力大小和方向。本发明具有灵活、经济、安全和结构稳定等优点。

附图说明

图1为种可扩展的空间太阳能电池板整体结构图。

图2为空间太阳能电池板单元结构图。

图3为空心桁架结构图。

图4为连接关节结构图。

图5为电磁力推动轨道结构图。

图6为电枢结构图。

图7为电生磁模块原理图。

图8为电磁力推动原理图。

图9为红外线校正器结构图。

附图标记说明：

(1)空心桁架结构；(2)折叠式太阳能电池板子阵；(3)连接关节；(4)推动轨道装置；(101)绝缘外筒；(102)导电内筒；(103)导电旋转结构；(104)凹槽；(105)电机4；(301)连接关节1；(302)连接关节2；(303)电机1、(304)电机2；(305)电机3；(306)圆孔；(307)旋转关节1；(308)旋转关节2；(309)引出线；(310)红外线校正器；(3101)红外线发射器；(3102)传感接受面；(401)电磁力推动轨道；(402)电枢；(403)电生磁模块；(404)电机5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种可扩展的空间太阳能电池板结构，可以随空间太阳能电站的容量的提升增加太阳能电池板的数量。图2为空间太阳能电池板单元结构图，包括空心桁架结构、折叠式太阳能电池板子阵、连接关节、推动轨道装置和控制电路等组成部分。图3为空心桁架结构图，空心桁架结构的绝缘外筒分别与电磁力推动轨道、电枢、旋转关节和折叠式太阳能电池板子阵固定连接。图4为连接关节结构图，主要负责连接并固定两个空间太阳能电池板单元。从折叠式太阳能电池板子阵过来的电能通过空心桁架结构的导电内筒向外输出电能。图5、图6和图7为推动轨道结构图，本发明主要利用电磁力来推动要连接空间太阳能电池板单元。图9为红外线校正器结构图，保证两个空间太阳能电池板单元的电路连接。

所述空心桁架结构的绝缘外筒、导电内筒、导电旋转结构和电机4组成，控制电路可以通过控制电机来完成对折叠式太阳能电池板子阵的角度调整。绝缘外筒是空心桁架结构的外侧，主要作用是保护内部结构和连接各个结构部分（内有导电部分、控制电路和电机等；外部与推动轨道装置和折叠式太阳能电池板子阵连接）。导电内筒、导电旋转结构的作用是导电并在外部折叠式太阳能电池板子阵与绝缘外筒旋转调整时保证稳定安全通电。电机4是为折叠式太阳能电池板子阵与绝缘外筒旋转调整时提供动力。

所述推动轨道装置在空心桁架结构的上侧，轨道为两个平行的铝合金凹槽，与电枢和电生磁模块配合运输空间太阳能电池板单元。空间太阳能电池板单元的电枢与电磁力推动轨道对准之后，控制电路给电磁力推动轨道和电生磁模块供电，当电磁力推动轨道和电生磁模块通电之后电枢部分就可受到电磁力

式中：

该方案的电生磁模块在空心桁架结构的内侧两端，是单相绕组，通入直流电流产生恒定磁场，为电磁力推动轨道提供磁场。磁场强度的计算公式为：

式中：

所述连接关节在空心桁架结构两端，由连接关节1和2组成。连接关节1有旋转关节1、旋转关节2和引出线分别与电机1、电机2和电机3连接，连接关节2上有圆孔，如图4所示。此外还有固定装置保证两个连接关节的安全性，确保连接牢固。

所述连接固定装置分别位于连接关节1和连接关节2上，如图4所示，连接关节1中连接固定部分是较厚的圆柱，中间开了大的圆孔，大圆孔周围开了若干个小的圆孔。连接关节2上对应连接关节1的圆孔有几个圆柱体，中间大的圆柱体通过大圆孔与引出线连接，没有起固定连接作用，中间大的圆柱体周围小的圆柱由圆柱体和圆锥体组合而成与小圆孔配合起到固定两个连接关节的作用。

所述红外线校正器由红外线发射器和接受面组成，为控制电路提供校正角度。接受面包围圆孔，接受面有多个光传感器组成。当引出线与圆孔不对应时，红外线会照射在接受面上，接受面上的传感器会产生电压，此时我们可知到产生的电压位置，与圆孔的位置比较就可得到引出线需要调整的角度。当把圆心为坐标原点（0,0），把圆孔的坐标设置为（

所述控制电路，与所述连接关节的多个电机、所述推动轨道装置的轨道和电生磁模块、所述空心桁架结构的控制电机分别连接。当空间太阳能电池板单元的电枢进入电磁力推动轨道时，根据所述连接关节1的对应的固定装置与所述连接关节2的对应的固定装置连接时所需的动能，对加入电磁轨道和电生磁模块的电流大小和方向进行控制。与所述连接关节和桁架结果中的多个电机连接，控制其旋转的角度，并且与红外光传感器连接计算引出线需要调整距离并控制电机进行调整。

下面说明各个部分的具体运行过程。

从地面发射载有空间太阳能电池板的卫星，与空间太阳能电站对接，此时通过调整空间太阳能电池板单元在推动轨道上。空间太阳能电池板单元的电枢与电磁力推动轨道对准之后，工作人员通过控制电路给电磁力推动轨道和电生磁模块供电，当电磁力推动轨道和电生磁模块通电之后电枢部分就可受到电磁力

当空间太阳能电池板结构单元2滑过来时，控制电路控制电机1逆时针旋转180°，然后控制电机2旋转180°。当连接关节1和连接关节2连接固定后，控制电机5旋转电枢，与电磁力推动轨道分离，再控制电机2反方向旋转180°，此时两个空间太阳能电池板结构单元在一条线上，然后两个连接面上的红外线校准器工作判断连接关节1引出线和连接关节2上的圆孔是否在同一水平面上，如果不在红外线校准器计算需要校正的角度反馈给控制装置，控制装置命令电机4完成校正工作。最后控制电机3，使引出线插入连接关节2上的圆孔。此时，两个太阳能电池板单元连接完成。最后控制电路控制电机1顺时针旋转180°，两个间太阳能电池板单元的推动轨道相互对接，可按上述步骤扩展太阳能电池板的数量。