空間太陽(yáng)能電站發(fā)展綜述及對(duì)構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的影響(編輯修改稿)
2025-02-04 10:27 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 已開展太陽(yáng)能電站具體研究工作，目前正處于研究試驗(yàn)階段。 三、 空間太陽(yáng)能電站關(guān)鍵技術(shù) 與類型 通過對(duì)十幾種空間太陽(yáng)能電站概念進(jìn)行分析和比較，可從運(yùn)行軌道、構(gòu)型、無線能量傳輸方式、發(fā)電方式、電源管理等幾個(gè)主要方面對(duì)于空間太陽(yáng)能電站進(jìn)行分類 (表 1) 。空間太陽(yáng)能電站概念的發(fā)展重點(diǎn)是以輕型化、模塊化等為目標(biāo)，重點(diǎn)解決系統(tǒng)的控制、大功率電力管理、散熱等難題。 表 1 空間太陽(yáng)能電站概念的比較 運(yùn)行軌道 空間太陽(yáng)能電站可能的運(yùn)行軌道包括 : LEO( 低地球軌道 ) 、GEO( 地球靜止軌道 ) 、 SSO( 太陽(yáng)同步軌道 ) 、 L1( 太陽(yáng) 地球第一拉格朗日點(diǎn) ) 、月球及行星環(huán)繞軌道等。 低地球軌道的優(yōu)點(diǎn)是軌道高度較低、發(fā)射或接收天線面積較小、運(yùn)輸成本較低、可利用空間站進(jìn)行組裝維護(hù) 。 缺點(diǎn)是每個(gè)軌道內(nèi)需經(jīng)歷較大的陰影期，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電，地面需多個(gè)接收站與之配合，運(yùn)行控制和姿態(tài)軌道維持較為復(fù)雜。低地球軌道較適于小型試驗(yàn)系統(tǒng)。 太陽(yáng)同步軌道可較好地保持太陽(yáng)電池陣的對(duì)日定向和發(fā)射天線的對(duì)地球定向，全年的大部分時(shí)間均可連 續(xù)工作 。 缺點(diǎn)是地面需要非常多的接收站與之配合，才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電，控制非常復(fù)雜。 地球同步軌道是空間太陽(yáng)能電站的最佳運(yùn)行軌道，可以很好地實(shí)現(xiàn)與地面接收站間的定點(diǎn)傳輸，易于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池陣的對(duì)日定向和發(fā)射天線的對(duì)地定向，全年的大部分時(shí)間均可連續(xù)工作 。 缺點(diǎn)是軌道高度高、距離地球遠(yuǎn)，因此發(fā)射天線和接收天線面積大、運(yùn)輸成本高、維護(hù)困難。 日地 L1 點(diǎn)軌道作為日地第一平動(dòng)點(diǎn)，僅需很小的姿態(tài)控制即可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池陣的對(duì)日定向和發(fā)射天線的對(duì)地球定向 。 缺點(diǎn)是距離地球遠(yuǎn) ( 約 150 萬 km) ，發(fā)射天線面積大、運(yùn)輸成本高、維 護(hù)困難，且地面需多個(gè)接收站與之配合。 月球及行星環(huán)繞軌道主要用于月球和行星 ( 火星 ) 探索的供電。目前已提出基于行星環(huán)繞軌道的供電方案，為行星表面移動(dòng)目標(biāo)、極地陰影區(qū)探測(cè)器和行星基地供電。 國(guó)際上也提出了利用月球表面建立月球空間太陽(yáng)能電站的構(gòu)想。從目前的軌道分析，大規(guī)模能源利用最優(yōu)的空間太陽(yáng)能電站運(yùn)行軌道為 GEO 軌道，但空間太陽(yáng)能電站構(gòu)建的關(guān)鍵在軌組裝過程，應(yīng)從運(yùn)載能力和裝配能力角度考慮 LEO 和 GEO 兩種軌道。 3. 2 結(jié)構(gòu)型式 空間太陽(yáng)能電站從構(gòu)型角度可分為兩大類 : 一類是聚光空間太陽(yáng)能電站概念，保持聚光器對(duì)日定向，并利用聚光器改變太陽(yáng)光的方向，入射到太陽(yáng)電池陣上 。 另一類是非聚光空間太陽(yáng)能電站概念，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)保持太陽(yáng)電池陣列對(duì)太陽(yáng)指向或不對(duì)太陽(yáng)定向。 非聚光空間太陽(yáng)能電站的代表為 1979 SPS 基準(zhǔn)系統(tǒng)。系統(tǒng)配置相對(duì)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展功率水平，但也存在一些難題，特別是高功率傳輸和電源管理的挑戰(zhàn)。其主要技術(shù)特點(diǎn)包括 : ①構(gòu)型簡(jiǎn)單，太陽(yáng)電池陣適合采用較輕的薄膜太陽(yáng)電池 。 通過增加太陽(yáng)電池陣列模塊可輕松實(shí)現(xiàn)功率的擴(kuò)展 。 ②需采用高功率旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，維持太陽(yáng)電池陣指向太陽(yáng) 。 ③將 電能從太陽(yáng)電池陣傳輸?shù)轿⒉ㄆ骷?，需大量的輸電電纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大功率的電力傳輸，會(huì)產(chǎn)生較大的功率損耗。 聚光空間太陽(yáng)能電站是空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的新方向，典型代表為最新提出的聚光系統(tǒng)方案。主要技術(shù)特點(diǎn)包括 : ①采用聚光系統(tǒng)確保發(fā)射天線對(duì)地球定向的同時(shí)，入射太陽(yáng)光可反射到太陽(yáng)電池表面 。 ②消除了高功率導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 。 ③采用高效率聚光電池，減小電池陣的面積 。 ④采用夾層結(jié)構(gòu)很好地解決了長(zhǎng)距離電力傳輸問題 。 ⑤由于增加了聚光系統(tǒng)，通常包括主聚光器和二級(jí)聚光器以及支撐結(jié)構(gòu)，構(gòu)型和控制變得非常復(fù)雜，系統(tǒng)規(guī)模很難擴(kuò)展 。 ⑥ 在高聚光比情況下系統(tǒng)散熱將成為一個(gè)重要問題，
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