發(fā)布時間：2018-08-04所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:太陽能是重要的能源，為此人們建立了太陽收集系統(tǒng)，并把該系統(tǒng)應(yīng)用到SSPS(未來空間太陽能電站)中。基于研究現(xiàn)狀，闡述這項技術(shù)未來的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞:SSPS太陽能收集系統(tǒng),OMEGA方案,光電轉(zhuǎn)換材料 0引言 能源是世界各國關(guān)注的核心問題之一。從整體情況
摘要:太陽能是重要的能源，為此人們建立了太陽收集系統(tǒng)，并把該系統(tǒng)應(yīng)用到SSPS(未來空間太陽能電站)中。基于研究現(xiàn)狀，闡述這項技術(shù)未來的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:SSPS太陽能收集系統(tǒng),OMEGA方案,光電轉(zhuǎn)換材料
0引言
能源是世界各國關(guān)注的核心問題之一。從整體情況分析，世界上的能源呈現(xiàn)是不斷減少的趨勢，且有些能源不可再生。故太陽能收集系統(tǒng)是在空間內(nèi)收集太陽能，并用裝置把太陽能轉(zhuǎn)化為電能傳回地面，以為人們提供清潔能源。但必須注意的是，空間太陽能電站過程的核心是收集系統(tǒng)，它使用的材料、技術(shù)會直接影響SSPS的性能。1SSPS太陽能收集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀從SSPS概念提出后，很多國家紛紛展開了這方面的研究，已經(jīng)提出了幾十種具體的設(shè)計方案。下面簡單舉例。
1.1PeterGlaser提出的原始方案
Peter在1968年提出SSPS的初步設(shè)想，設(shè)計了結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)共有三部分，分別是直徑達(dá)到2km的圓盤天線、直徑達(dá)到數(shù)千米的電池陣、負(fù)責(zé)兩者銜接的電源管。這是最初的系統(tǒng)設(shè)計方案[1]。
1.2太陽帆、太陽塔方案
該方案是美國在1996年提出。它采用的是模塊化的設(shè)計方案，提出的構(gòu)想是讓發(fā)射天線對準(zhǔn)地面，其使用的太陽能發(fā)射系統(tǒng)是由數(shù)百個可聚光的發(fā)電模塊組合而成，每個模塊最小為50m，最大不超過60m，每個模塊的連接方式是以PMAD系統(tǒng)為媒介。整體設(shè)備通電后，產(chǎn)生的直流電會通過電纜發(fā)射到天線上。
1.3分布繩系方案
該方案是由日本提出。其目的是簡化系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的質(zhì)量。這個方案具體的操作是，選擇一個單元板，長度為100m，寬度是95m，衛(wèi)星平臺、懸索。其中，單元板的作用是在多個設(shè)備間起到媒介的作用，組合后可以形成多個夾層，且該系統(tǒng)使用的模塊超過了3800個。這個方案的具體應(yīng)用，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)的重組，為維護(hù)提供便利。但它的不足是，光伏電池不可以隨著太陽的光照移動，收集率較低。
1.4OMEGA方案
這是由我國研究人員楊陽等人提出，它的中文是球型薄膜能量收集陣。系統(tǒng)具體應(yīng)用時，會使用單向光學(xué)薄膜材料，這個材料在某些環(huán)境中可以反射太陽光，而負(fù)責(zé)主反射的球形物體無需調(diào)整，有良好的可靠性。系統(tǒng)使用的微波發(fā)射天線會以懸索為媒介，連接球體的兩極，減輕了整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。球形的主反射體會根據(jù)設(shè)定的中心軸做回轉(zhuǎn)運動，除面對陰影區(qū)域外，其他部分都可以接收到穩(wěn)定的太陽能。
這幾種方案的變化是從整體向模塊化的發(fā)展，其中最原始方案的構(gòu)造以整體為主，構(gòu)形簡單，效率穩(wěn)定。但它的不足是，不可以向其他位置拓展，線纜過長。后三種方式均為模塊化的構(gòu)形，但各有優(yōu)勢不足，比如太陽帆、太陽塔方案，它的優(yōu)勢是便于組裝，但劣勢是不可移動，吸收效率較低;而OMEGA方案雖然可以穩(wěn)定操作，便于控制，但它的天線、電池只有同時轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)才可以運行。
2發(fā)展方向
從上述幾種方案的分析，不難發(fā)現(xiàn)，多個方案都存在不同方面的不足，這些不足出現(xiàn)的原因可能是技術(shù)不成熟，或是制造工藝較為落后。故其未來的發(fā)展趨勢是，發(fā)現(xiàn)并運用新材料，設(shè)計新的結(jié)構(gòu)，引入新技術(shù)[2]。
2.1新材料
系統(tǒng)可以使用的新材料包括光電轉(zhuǎn)換材料、熱處理材料與石墨烯等，這幾種材料各有優(yōu)勢與不足。其一，光電轉(zhuǎn)換材料是砷化鎵，它在系統(tǒng)中的使用，可以加快光電轉(zhuǎn)化的速度，但必須用散熱裝置輔助，這會增加系統(tǒng)整體的質(zhì)量;其二，光伏電池會由于太陽光波等因素的干擾，在表面形成廢熱，引發(fā)熱問題，而為解決熱問題，研究人員可使用熱處理材料，加快能源的轉(zhuǎn)化;其三，系統(tǒng)收集的效率是決定系統(tǒng)運行是否高效的標(biāo)準(zhǔn)之一，石墨烯是納米材料，是當(dāng)下所有納米材料中最薄、最輕的材料，它使用后可以提高系統(tǒng)運行產(chǎn)生的功率質(zhì)量比。
2.2新結(jié)構(gòu)
其新結(jié)構(gòu)有三類，分別是高效、容易控制的系統(tǒng)、可拓展的結(jié)構(gòu)與高度模塊的設(shè)計。這三種結(jié)構(gòu)中，高度的模塊化設(shè)計可以讓整體的結(jié)構(gòu)適當(dāng)簡化，降低了建設(shè)的難度，實現(xiàn)多個模塊批量生產(chǎn)。而把整個結(jié)構(gòu)拆分開，分別根據(jù)不同元件、部件的特點，優(yōu)化設(shè)計，并完成批量生產(chǎn)，能夠提升整體的生產(chǎn)效率，控制成本的投入。用模塊化的設(shè)計完成結(jié)構(gòu)的拼裝后，如果某個零部件受損，其他部分受到的影響較小，系統(tǒng)依然可以正常運行，讓系統(tǒng)更加可靠。上文中沒有介紹的ALPHA方案，就是高度模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，模塊包括六角總線、連接件等。
3結(jié)語
SSPS太陽能收集系統(tǒng)的運行，可以實現(xiàn)太陽能與電能之間的轉(zhuǎn)化，所以部件的尺寸、系統(tǒng)質(zhì)量與運行效率，都會影響設(shè)計方案的成本可行性。故為增加可行性，需在方案設(shè)計中使用的新材料與新技術(shù)，并適當(dāng)加入新的理論，以此彌補現(xiàn)有系統(tǒng)構(gòu)形的不足，實現(xiàn)空間的向外拓展，減少成本。
參考文獻(xiàn):
[1]王虎，武永鑫，王聰.槽式太陽能集熱器用光譜選擇性吸收涂層的研究進(jìn)展[J].分布式能源，2016(1):52-56.
[2]張興華，侯欣賓，王立，等.空間太陽能電站聚光模式研究[J].中國空間科學(xué)技術(shù)，2016(2):1-12.
