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光伏+无线:太空太阳能真的是幻想吗?

发表于:2015-12-15 16:15:01     来源:电力电子技术

3、空间无线能.传输技术

无线能量传输技术是太阳能传输系统的基础,也是实现SSPS运行的核心关键技术。国际无线电科学联盟于2007年正式发表了《空间太阳能电站白皮书》,对于SSPS的发展进行了广泛的分析,并重点从无线传输的角度对空间太阳能电站的可行性和可能造成的影响进行了评估。
 

在DOE/NASA卫星动力系统方案研究和论证计划中,太阳能发电卫星将电力通过微波波束传输到地面的硅整流二极管天线。此计划提出后许多国家开始验证微波无线能量传输技术。2012年,NASA的SPS-ALPHA计划再次将微波无线能量传输技术作为空间太阳能的传输方式。

对于提出的分布式网络太阳能电站,其子发射器对主发射器的发射频率为5.8GHz,而主发射器对地面的发射频率为2.54GHz。子站采用更高频率进行能量传输主要是为了避免各独立子站之间的干扰,并可以大大减小电力电子功率变换器件的体积。此外,主发射器的体积较大,需要运载火箭和助推器等大型重载发射技术。

各子发射器到主发射器的距离大致为350m,而考虑各太阳能电池板均有最佳入射角,那么其排列的半径大致为100m,各子太阳能阵的间距大致为35m。由于微波无线能量传输技术中波束发散角较大,由在静止轨道运行的SSPS传输至地面接收天线时,地面接收微波辐照的设备面积大致为2km2。此外,主发射器的发射功率和发射角度接受地面指令进行控制,可进行子系统发电调度,而且分布式网络结构有助于降低部件损坏导致整个系统瘫痪的风险,提高系统冗余度。

4、系统效率评估

将太阳能电池的直流电压转换为2.54GHz的微波效率为83%,功率从子发射器转换为主发射器(2.54GHz微波转换为5.8GHz微波)效率约为70%,而从5.84GH:微波转换为地面直流的效率大致为85%,这样该系统整体效率在50%左右,随着技术和器件材料的进步以及系统优化,该分布式网络太阳能电站的效率还有进一步提升的空间。

5、结论与展望

空间太阳能的利用可以最大限度避免外部因素,提高太阳能利用效率,而无线能量传输技术是空间太阳能利用的必经途径,两者结合是发展ssPs的核心关键技术。

此处结合当前国外研究现状和我国国情,讨论了分布式网络结构的ssPs实施构想,该结构可降低目前ssPs太空组装难度及发射难度,系统效率可接受,对我国发展ssPs具有借鉴意义。

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