空間太陽熱發電系統及其發電方法技術方案

本發明專利技術提供了一種空間太陽熱發電系統，包括：熱源子系統，用于太陽能輻射的聚集，將太陽能轉換為熱能，并將部分熱能通過相變儲能方式進行存儲；熱電轉換子系統，與熱源子系統連接，用于將熱源子系統的部分熱能轉換成電能；輻射散熱子系統，與熱電轉換子系統連接，用于將熱電轉換過程中產生的多余廢熱以輻射散熱的方式排放至空間；電源管理子系統，與熱電轉換子系統連接，用于向航天器供電，同時為電源系統上各單元供電配電。本發明專利技術的太陽熱發電系統用熱電轉換發電裝置，代替了傳統的利用太陽帆板進行光電轉換的發電裝置，采用太陽熱發電系統能夠有效減輕電源系統重量，在具有30Kw及以上功率需求的航天器上應用具有顯著優勢。

Space solar thermal power generation system and its generation method

The invention provides a space solar thermal power generation system, which includes: a heat source subsystem, which is used for the accumulation of solar radiation, converting solar energy into heat energy, and storing part of the heat energy through phase change energy storage; a thermoelectric conversion subsystem, which is connected with the heat source subsystem, is used to convert part of the heat energy of the heat source subsystem into electric energy; a radiation and heat dissipation subsystem, which is connected with the thermoelectric conversion The subsystem connection is used to discharge the excess waste heat generated in the thermoelectric conversion process to the space in the way of radiation and heat dissipation; the power management subsystem is connected with the thermoelectric conversion subsystem to supply power to the spacecraft, and to supply power and distribution for each unit on the power system. The solar thermal power generation system of the invention uses the thermoelectric conversion power generation device instead of the traditional power generation device which uses the solar array to carry out the photoelectric conversion. The adoption of the solar thermal power generation system can effectively reduce the weight of the power system, and has significant advantages in the application of the spacecraft with the power demand of 30kW and above.

【技術實現步驟摘要】
空間太陽熱發電系統及其發電方法
本專利技術涉及太陽能發電設備
，具體地，涉及一種空間太陽熱發電系統及其發電方法，尤其涉及一種適用于大功率航天器的空間太陽熱發電系統及其發電方法。
技術介紹
隨著工業技術水平的發展和任務需求的進一步提高，遙感衛星的時間分辨率、空間分辨率、遙感數據定量化應用等水平不斷提升，以滿足更精確、更快速獲取大范圍內對地遙感的應用需求。衛星時、空分辨率和遙感數據的定量化應用等水平的提高，帶動了載荷的技術發展，使得遙感載荷都向著大型化、復雜化方向發展，載荷體積和質量越來越大，功耗也越來越高。例如，后續靜止軌道微波衛星的功率需求將達到1MW。載荷質量和功耗的提高對衛星平臺提出了更高的要求，不僅要求衛星平臺載荷承載能力強，而且要求平臺提供超大功率電源能力。傳統衛星平臺采用太陽帆板作為衛星獲取能源的主要方式，該方式利用光伏發電技術，具有技術成熟、配置簡單和系統可靠性高等特點，在衛星供電系統中獲得了廣泛應用。但是對于具有超大功率電源需求的衛星，若采用傳統的太陽帆板供電方案，一方面，太陽帆板的面積很大，帆板包絡空間無法滿足運載整流罩要求；其次，電源系統的蓄電池體積非常大，重量重，導致整個電源系統的重量也很大，從而不利于提高衛星承載比，因此，采用傳統電源系統設計方案難以滿足后續衛星總體應用需求。近年來，基于空間太陽熱發電技術受到了重視，空間太陽熱發電利用空間太陽能，受季節、晝夜變化等環境因素的影響小，接收的能量密度高，具有安全、清潔、資源豐富等優點，利用儲能和蓄能的優勢實現衛星不間斷供電，能夠滿足微波、通信等衛星對超大功率電源的供電需求，具有十分廣闊的應用前景，必將促進空間能源技術、核電技術和一大批相關高新技術的發展。經過對現有技術的檢索，申請號為的201410405010.3專利技術專利公開了一種非聚光空間太陽能電站，包括太陽電池陣、電站主結構、微波發射天線、太陽敏感器、控制計算機、以及導電旋轉關節。太陽電池陣包括多個獨立的太陽電池子陣，每個太陽電池子陣上設置有多個太陽電池子陣模塊。每個太陽電池子陣通過設置在其兩側的導電旋轉關節可轉動地支撐于電站主結構上，并通過其上設置的太陽敏感器和相應的控制計算機實現對日定向。該空間太陽能電站不能滿足微波、通信等衛星對超大功率電源的供電需求，也無法儲存電能。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種空間太陽熱發電系統及其發電方法。根據本專利技術提供的一種空間太陽熱發電系統，包括，熱源子系統，用于太陽能輻射的聚集，將太陽能轉換為熱能，并將部分熱能通過相變儲能方式進行存儲；熱電轉換子系統，與熱源子系統連接，用于將熱源子系統的部分熱能轉換成電能；輻射散熱子系統，與熱電轉換子系統連接，用于將熱電轉換過程中產生的多余廢熱以輻射散熱的方式排放至空間；電源管理子系統，與熱電轉換子系統連接，用于向航天器供電，同時為電源系統上各單元供電配電。進一步地，所述熱源子系統包括太陽能聚集器和蓄熱器，所述蓄熱器與熱電轉換子系統連接，所述太陽能聚集器用于太陽能輻射的聚集，所述蓄熱器將太陽能轉換為熱能，并將部分熱能通過相變儲能方式進行存儲。進一步地，所述太陽能聚集器采用兩組偏軸太陽能聚集器，所述蓄熱器為熱轉換-儲能器。進一步地，所述偏軸太陽能聚集器具有一拋物面，所述拋物面焦距f0＝3.5m，偏心距y0＝9.96m，有效聚光投影圓的半徑R＝5.06m。進一步地，所述熱電轉換子系統包括渦輪、發電機、回熱器、預冷器和壓氣機，所述渦輪、發電機、壓氣機共軸連接，所述渦輪、壓氣機通過管路與回熱器連接，所述壓氣機、回熱器通過管路與預冷器連接，所述回熱器、渦輪通過管路與熱源子系統連接，從而形成封閉回路。進一步地，所述輻射散熱子系統包括可展開式熱管輻射器和機械泵，所述機械泵驅動流體回路將熱量從熱電轉換系統中帶出，并通過管路傳輸到可展開式熱管輻射器上。進一步地，所述輻射散熱子系統氣態工質的入口溫度為500K，出口溫度為390K，所需散熱功率為70kW，所需的輻射散熱面積為50m2。進一步地，所述可展開式熱管輻射器包括多個雙面熱管輻射器，每個雙面熱管輻射器的輻射散熱面積共為8m2。進一步地，所述電源管理子系統包括電力轉化裝置，所述電力轉化裝置將熱電轉換子系統產生的電能轉化后實現凈電輸出，為航天器供電，同時為電源系統上各單元供電配電。本專利技術還提供一種空間太陽熱發電系統的發電方法，包括以下步驟：S1、通過太陽能聚集器把太陽輻射聚集在蓄熱器內；S2、聚集在蓄熱器內的熱量中，一部分熱量通過熱轉換方式加熱流經的氣態工質，一部分熱量通過相變儲能的方式進行存儲，此時加熱的氣態工質達到整個循環的最高溫度；S3、經過步驟S2加熱的氣態工質流入渦輪機，膨脹產生機械功，一部分機械功驅動壓氣機產生高壓氣體流入回熱器的高壓側，剩余部分機械功驅動發電機產生電能；S4、發電機產生的電能經電力轉化裝置為航天器供電；S5、步驟S3中，流入渦輪機的氣態工質膨脹產生機械功后，溫度和壓力都降低，然后氣態工質離開渦輪機流入回熱器的低壓側，并將其很大一部分余熱傳給從壓氣機出來的高壓氣體；S6、從回熱器出來后的低壓氣體(只包括S5中的氣態工質)流經預冷器，與輻射散熱子系統進行熱交換，通過機械泵驅動可展開式熱管輻射器內的流體回路，將熱量傳輸至可展開式熱管輻射器的遠端，通過可展開式熱管輻射器將多余的熱量以輻射形式散入太空；S7、經預冷器流出的低溫氣體進入壓氣機，通過壓氣機使氣態工質增壓產生高壓氣體；S8、壓氣機產生的高壓氣體流入回熱器，經渦輪機流出的氣態工質在回熱器中通過熱交換方式對高壓氣體進行第一次加熱；S9、加熱后的高壓氣體進入蓄熱器，完成二次加熱，并進入下一個工作循環。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：1、本專利技術的太陽熱發電系統用熱電轉換發電裝置，代替了傳統的利用太陽帆板進行光電轉換的發電裝置，采用太陽熱發電系統能夠有效減輕電源系統重量，在具有30Kw及以上功率需求的航天器上應用具有顯著優勢。2、本專利技術的太陽熱發電系統用熱電轉換發電裝置，采用相變儲能系統儲能，較之蓄電池儲能具有體積小，重量輕和壽命長的優勢。3、本專利技術的太陽熱發電系統用熱電轉換發電裝置，利用儲能和蓄能的優勢實現衛星不間斷供電，能夠滿足大功率微波載荷連續開機工作需求。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術空間太陽熱發電系統的結構示意圖；圖2為本專利技術空間太陽熱發電系統中太陽能聚集器的結構參數示意圖；圖3為本專利技術空間太陽熱發電系統中輻射散熱子系統的結構示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種空間太陽熱發電系統，其特征在于，包括，/n熱源子系統，用于太陽能輻射的聚集，將太陽能轉換為熱能，并將部分熱能通過相變儲能方式進行存儲；/n熱電轉換子系統，與熱源子系統連接，用于將熱源子系統的部分熱能轉換成電能；/n輻射散熱子系統，與熱電轉換子系統連接，用于將熱電轉換過程中產生的多余廢熱以輻射散熱的方式排放至空間；/n電源管理子系統，與熱電轉換子系統連接，用于向航天器供電，同時為電源系統上各單元供電配電。/n

【技術特征摘要】
1.一種空間太陽熱發電系統，其特征在于，包括，
熱源子系統，用于太陽能輻射的聚集，將太陽能轉換為熱能，并將部分熱能通過相變儲能方式進行存儲；
熱電轉換子系統，與熱源子系統連接，用于將熱源子系統的部分熱能轉換成電能；
輻射散熱子系統，與熱電轉換子系統連接，用于將熱電轉換過程中產生的多余廢熱以輻射散熱的方式排放至空間；
電源管理子系統，與熱電轉換子系統連接，用于向航天器供電，同時為電源系統上各單元供電配電。


2.根據權利要求1所述的空間太陽熱發電系統，其特征在于，所述熱源子系統包括太陽能聚集器和蓄熱器，所述蓄熱器與熱電轉換子系統連接，所述太陽能聚集器用于太陽能輻射的聚集，所述蓄熱器將太陽能轉換為熱能，并將部分熱能通過相變儲能方式進行存儲。


3.根據權利要求2所述的空間太陽熱發電系統，其特征在于，所述太陽能聚集器采用兩組偏軸太陽能聚集器，所述蓄熱器為熱轉換-儲能器。


4.根據權利要求3所述的空間太陽熱發電系統，其特征在于，所述偏軸太陽能聚集器具有一拋物面，所述拋物面焦距f0＝3.5m，偏心距y0＝9.96m，有效聚光投影圓的半徑R＝5.06m。


5.根據權利要求1所述的空間太陽熱發電系統，其特征在于，所述熱電轉換子系統包括渦輪、發電機、回熱器、預冷器和壓氣機，所述渦輪、發電機、壓氣機共軸連接，所述渦輪、壓氣機通過管路與回熱器連接，所述壓氣機、回熱器通過管路與預冷器連接，所述回熱器、渦輪通過管路與熱源子系統連接，從而形成封閉回路。


6.根據權利要求1所述的空間太陽熱發電系統，其特征在于，所述輻射散熱子系統包括可展開式熱管輻射器和機械泵，所述機械泵驅動流體回路將熱量從熱電轉換系統中帶出，并通過管路傳輸到可展開式熱管輻射器上。


7.根據權利要求6所述的空間太陽熱發電系統，其特征在于，所述輻射散熱子系統氣態工質的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李文龍，孔祥龍，趙毅，楊麗麗，許浩，錢勇，陳昌亞，
申請(專利權)人：上海衛星工程研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31