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美国模块化可展开天基太阳能发电系统取得新突破
更新日期:2019-4-24    作者:贾平    编辑:admin    点击量:244

美国模块化可展开天基太阳能发电系统取得新突破

来源:星际智汇

作者:贾平

2019-04-24

 

近日,加州理工学院和诺•格公司通过“天基太阳能倡议”项目联合研发的天基太阳能发电样机的面密度从1500/平方米降低至600/平方米,向制造轻质和高效天基太阳能发电系统更进一步。

美国模块化可展开天基太阳能发电系统取得新突破

一、技术方案

美国“天基太阳能倡议”发电系统在地球静止轨道运行,通过吸收太阳能并将其转换成射频能,再无线传输到地面发电。该系统结构采用模块化可展开设计,尺寸3千米×3千米,由2500个超轻模块以编队飞行形式在轨运行。模块尺寸60米×60米,由大量长1.5米的可折叠瓦条拼接而成,入轨前被折叠成直径1米,高1.5米的圆柱,入轨后展开。瓦条由尺寸10厘米×10厘米的瓦片组成,每个瓦片都包括发电装置、直流-射频转换与传输装置,且具有计时控制和热管理功能。整个发电系统最终将由9亿个瓦片构成。该系统装有姿态控制系统调整模块姿态,以确保始终有一面朝向太阳。被阳光照射的表面铺有一层纳米材料结构以吸收太阳能,另一层结构将其转换为射频能,射频能经定向无线传输装置输送至地面。“天基太阳能倡议”项目将采取“先少量再大量模块编队”“先低轨再高轨验证”的思路逐步提高技术成熟度。

瓦片、瓦条、模块和模块编队飞行概念图

二、发展背景

在太空中,太阳光不受大气影响和昼夜限制,太阳能是在地表的10倍以上。从20世纪60年代末开始,美国科学家就提出“太阳能发电卫星”概念。此后,世界多个国家都开始研究相关技术。2015年,加州理工学院和诺•格公司签署协议,投入1750万美元研究天基太阳能系统。

三、发展历程

20175月,首个能收集太阳能并进行无线传输的超轻集成样机开展验证,样机面密度1500/平方米。201712月,第二个样机开展验证,该样机集成了光伏、能量传输电路和光束控制器,面密度1000/平方米,比首个样机轻33%2018年,样机完成收集太阳能、转换电能,以及无线传输试验,面密度达600/平方米。未来,该发电系统面密度将降低至160/平方米,功率2千瓦/千克,使天基太阳能发电系统比地面发电系统更具成本竞争力。

四、发展前景

天基太阳能发电系统可解决地面能源短缺和偏远地区供电困难等问题,一旦突破并实现低成本部署,不仅可为地面国防装备、军民建筑和设施提供源源不断的电力,还可为大型航天器供电,延长其使用寿命。

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