聚光式空間太陽能電源系統(tǒng)

童靖宇楊亦強(qiáng)

（1 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）（2 北京東方計(jì)量測試研究所，北京 100086）

1 引言

太陽能電源是目前航天器普遍采用的一次電源。研究新型太陽能電源系統(tǒng)，提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，是空間技術(shù)發(fā)展面臨的重要課題。

太陽能電源主要分光熱式和光伏式（硅電池、砷化鎵電池等光伏電池）。光熱式主要用于空間太陽能電站、大型和超大型空間平臺(tái)。絕大部分航天器均采用太陽光伏電池作為主要發(fā)電裝置。

1個(gè)天文單位處與陽光垂直表面接受的太陽輻照度為1 367 W／m2。這樣的功率密度產(chǎn)生的溫度，不足以驅(qū)動(dòng)太陽光熱電源系統(tǒng)正常工作，所以必須采取一定的太陽能會(huì)聚技術(shù)，在焦點(diǎn)處獲得太陽光熱電源系統(tǒng)工作所需的高溫。

目前，空間太陽光伏電池陣主要采用非聚光太陽輻射入射方式。但是，太陽光伏電池存在轉(zhuǎn)換效率低、成本高、空間環(huán)境耐受性差等缺點(diǎn)?？臻g應(yīng)用的硅電池片轉(zhuǎn)換效率為16%左右，三結(jié)砷化鎵電池可達(dá)26%～29%。從硅電池片到三結(jié)砷化鎵電池片，光電轉(zhuǎn)換效率由16%提高到27%，但是電池片制造成本和技術(shù)復(fù)雜度卻大大提高。從目前技術(shù)現(xiàn)狀看，短時(shí)期內(nèi)再大幅度提高電池片光電轉(zhuǎn)化效率難度非常大。所以，研究太陽能聚光電源系統(tǒng)，采用新的技術(shù)途徑提高空間太陽能的利用效率非常有意義。

2 太陽能聚光技術(shù)的原理

太陽能會(huì)聚技術(shù)基于幾何光學(xué)原理，主要包括反射式和折射式。反射式聚光器基于光的反射定律：光在反射表面的入射角等于其反射角。一束平行光入射到一定不同角度的表面被反射，使反射光會(huì)聚到一個(gè)焦點(diǎn)或焦面上產(chǎn)生會(huì)聚，典型的有拋物面反射聚光器。圖1是拋物面反射聚光的原理。

圖1 拋物面反射聚光原理Fig.1 Sketch of parabolic reflector for solar concentration

折射式聚光器利用光在兩種光學(xué)介質(zhì)界面?zhèn)鞑r(shí)的折射定律：光的入射角i的正弦與折射角r 的正弦之比等于兩種光學(xué)介質(zhì)絕對(duì)折射率n 的反比，即

常用的有透射棱鏡折射聚光器，入射光通過棱鏡兩個(gè)不平行表面后，其傳播方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其偏轉(zhuǎn)角為

式中：α是入射光與入射面法線的夾角；β是出射光與出射面法線的夾角；θ 是入射面與出射面的夾角。

將多個(gè)棱鏡按照拱形布置就形成了菲涅爾透鏡聚光器。雙曲面凸透鏡是透射棱鏡的一種特例，可以看作很多連續(xù)排列小棱鏡組成，相鄰棱鏡的棱邊長度之差趨于零，形成一個(gè)光滑的凸面曲線。圖2是棱鏡折射式聚光的原理圖。

無論是反射式聚光還是折射式聚光，都有點(diǎn)聚焦和線聚焦兩種形式。點(diǎn)聚焦的聚焦面積小，聚焦倍率高，一般應(yīng)用于太陽高溫光熱電源系統(tǒng)。點(diǎn)聚焦的最大缺點(diǎn)是對(duì)太陽指向的精度要求非常高，對(duì)太陽指向敏感器、跟蹤系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、聚光器幾何精度、光學(xué)參數(shù)精度的要求很嚴(yán)；另外，太陽能會(huì)聚面及發(fā)電裝置的溫度和熱流高，剩余熱量的利用和散熱也是需要考慮的問題。

線聚焦的聚焦面積大，對(duì)太陽指向的精度要求相對(duì)較低，適合于平板式光伏電池太陽翼，其缺點(diǎn)是聚焦倍率比較低。圖3是聚光式空間太陽能電源系統(tǒng)的分類。

圖2 棱鏡折射式聚光的原理圖Fig.2 Sketch of solar concentration with prism refraction

圖3 聚焦式空間太陽能電源系統(tǒng)分類Fig.3 Types of space solar concentration power system

盡管太陽能聚光器的原理和概念非常簡單，但是應(yīng)用在空間電源系統(tǒng)中卻具有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)性。空間聚光式太陽能電源系統(tǒng)由太陽聚光器和發(fā)電裝置兩部分組成，結(jié)構(gòu)上比常規(guī)的空間發(fā)電裝置復(fù)雜。在軌運(yùn)行時(shí)的太陽指向精度、控制精度、結(jié)構(gòu)幾何精度、光學(xué)參數(shù)精度、熱控設(shè)計(jì)都比常規(guī)空間電源系統(tǒng)要求高；而且，聚光倍數(shù)越高，對(duì)上述指標(biāo)的要求也越嚴(yán)。平衡聚光倍數(shù)及技術(shù)難度的關(guān)系，是研究中需要解決的問題。鑒于上述技術(shù)的困難和復(fù)雜性，聚光式空間太陽能電源系統(tǒng)僅進(jìn)行了有限規(guī)模的飛行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，離大規(guī)模的工程應(yīng)用尚有一定距離。

3 反射式太陽能聚光電源系統(tǒng)

20世紀(jì)60年代，國外就提出了空間太陽能聚光器的概念，通過大型拋物面反射鏡會(huì)聚陽光，利用焦點(diǎn)處的高溫做熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)的熱源，利用相變材料儲(chǔ)熱加熱氣體工質(zhì)，產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，就能夠?yàn)榭臻g設(shè)備提供連續(xù)電源。熱動(dòng)力系統(tǒng)包括蘭金（Rankine）循環(huán)、布拉頓（Brayton）循環(huán)和斯特林（Stirling）循環(huán)3種形式。圖4是Brayton循環(huán)熱機(jī)的原理圖。

圖4 閉式Brayton 循環(huán)的原理圖Fig.4 Sketch of close Brayton circle

圖5是美國Vanderbilt大學(xué)機(jī)械工程系開發(fā)的一種反射聚光式熱電發(fā)電裝置，由三維拋物面聚光器和空腔接受器組成［1］，聚光倍數(shù)為40 000。空腔接受器將太陽光轉(zhuǎn)換為熱，溫度可達(dá)2 000 K。一個(gè)離子熱電轉(zhuǎn)換器被用來產(chǎn)生電能，熱離子轉(zhuǎn)換器有1 個(gè)陰極和1 個(gè)陽極，陰極與陽極平行，間隔1mm 左右。陰極被加熱時(shí)，將發(fā)射熱電子，熱電子被陽極接收，形成電流。圖6是離子熱電轉(zhuǎn)換器示意圖。

美國復(fù)合材料光學(xué)研究所研究了一種太陽翼聚光板技術(shù)［2-3］。聚光模塊是由很多聚光單元組成，每個(gè)聚光單元是一個(gè)由4面反射壁組成的光槽，每個(gè)反射壁有很高的太陽反射系數(shù)。每個(gè)光槽底部安裝1片太陽電池。光槽的每個(gè)反射壁的剖線為拋物線，入射陽光一部分直接輻照到太陽電池片上，其它部分陽光在光槽壁反射會(huì)聚輻照到太陽電池片上。該模塊作為1999年3月發(fā)射升空的天文衛(wèi)星小型探測者／寬場紅外探測者（SMEX／WIRE）主電源的一部分進(jìn)行了空間飛行實(shí)驗(yàn)。模塊電壓32V，功率16 W。在軌運(yùn)行最初6個(gè)月的飛行數(shù)據(jù)表明，聚光模塊達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。聚光模塊選擇3倍的低聚光倍數(shù)，對(duì)太陽指向精度要求不高，可以放寬到±20°。圖7是聚光單元聚光原理圖，圖8是SMEX／WIRE衛(wèi)星聚光式太陽電池板照片。

圖5 反射聚光式熱電發(fā)電裝置Fig.5 Sketches of parabolic dish concentrator and receiver

圖6 熱離子熱電轉(zhuǎn)換器示意圖Fig.6 Schematic showing the components of a thermionic power device

波音公司BSS-702 衛(wèi)星平臺(tái)是地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)［4-6］，已應(yīng)用于加拿大阿尼克-F1、F2（Anik-F1、F2）、美國泛美衛(wèi)星（PanAmSat）公司的銀河-11、泛美衛(wèi)星-1、7（PAS-1、7）等通信衛(wèi)星。為了研制成本低、質(zhì)量輕的太陽電池陣，衛(wèi)星平臺(tái)采用了反射式太陽聚光技術(shù)。在太陽電池陣的兩側(cè)安裝了兩塊平板形反光鏡，入射到反光鏡的陽光以一定角度反射到太陽電池片上，增強(qiáng)了太陽電池片上的太陽輻照強(qiáng)度，如圖9所示。這些衛(wèi)星入軌后均發(fā)生了相似的故障，太陽電池陣輸出功率突然出現(xiàn)了永久性的下降。尤其是PAS-7在2001年9月6日早晨出陰影區(qū)時(shí)，太陽電池陣功率突然發(fā)生永久性下降25%。由于缺乏在軌診斷數(shù)據(jù)，官方一直沒有發(fā)布正式的故障原因。公開資料中推測的原因有兩種［4-6］：一種是太陽電池陣采用了高反射系數(shù)的反射鏡，其表面光電發(fā)射率幾乎為零。衛(wèi)星出陰影區(qū)后，反射鏡面仍然帶幾千伏的負(fù)電位。電池陣由于表面光電子發(fā)射，迅速由負(fù)電位上升為幾伏的正電位。這樣反光鏡與太陽電池陣間存在很大的電位差，在某種外界因素觸發(fā)下導(dǎo)致反光鏡和太陽電池陣間發(fā)生靜電放電。放電產(chǎn)生的熔化、汽化物濺射使反光鏡和太陽電池片性能退化。另一種推測的原因是入射到太陽電池陣的聚光高密度熱流使材料大量出氣，導(dǎo)致反光鏡和太陽電池片嚴(yán)重污染。BSS-702衛(wèi)星平臺(tái)的教訓(xùn)表明，正確、有效的空間環(huán)境效應(yīng)防護(hù)及高密度熱流熱控設(shè)計(jì)是空間太陽能聚光技術(shù)須要研究的重要內(nèi)容。

圖7 聚光單元聚光原理圖Fig.7 Basic light concentrating panel element operation

圖8 SMEX／WIRE 衛(wèi)星聚光式太陽電池板照片F(xiàn)ig.8 Light concentrating panel implemented as SMEX platelet

圖9 太陽電池板太陽光增強(qiáng)示意圖Fig.9 Schematic diagram of sunlight enhancement on the solar panel

近年來，美國Mevicon研究所開發(fā)了一種自支撐六邊形薄膜聚光反射面結(jié)構(gòu)［7］，其具有更小、更輕、更便宜、可折疊的特點(diǎn)，可以使很多空間應(yīng)用目標(biāo)獲益，也可以應(yīng)用于太陽聚光器、精密射頻反射面、太陽帆、薄膜太陽陣、太陽罩等。這種技術(shù)采用聚酰亞胺和聚酯薄膜材料，通過適當(dāng)?shù)闹圃旃に嚕共牧闲纬捎谰眯詮澢?，獲得保持形狀的自支撐承重結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不需要拉緊裝置或充壓結(jié)構(gòu)，可以采用緊湊的卷動(dòng)折疊技術(shù)，并且在折疊變形應(yīng)力的作用下有很強(qiáng)的自展開能力。彎曲表面的六邊形薄膜結(jié)構(gòu)，具有能夠滾動(dòng)折疊收藏、被動(dòng)自展開、采用最小質(zhì)量和尺寸的支撐結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。圖10是六邊形薄殼結(jié)構(gòu)照片。

圖10 邊緣六邊形的薄殼結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.10 Photograph of membrane aperture shells with hexagonal boundary edges

邊緣六邊形的薄殼結(jié)構(gòu)具有緊湊的卷折疊和很強(qiáng)的自展開性能。圖11為6片薄殼片形成1個(gè)較大面積的聚光結(jié)構(gòu)的展開過程，6片薄殼片分別卷在各自支撐桿上，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，6根支撐桿合攏，減小了占用空間。衛(wèi)星入軌后，隨著支撐展開，6片卷起的薄膜片在變形應(yīng)力的作用下自行展開，形成1個(gè)較大面積的聚光結(jié)構(gòu)。通過每根支桿上增加分支，并采用一定折疊方法，可以不斷增加聚光鏡的展開面積。薄膜聚光反射面技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合適的薄膜片曲率及組合后聚光表面的曲率，能夠形成理想的拋物面尺寸。

充氣結(jié)構(gòu)是未來太陽能聚光技術(shù)發(fā)展的方向之一［8-13］。NASA、美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）研究了一種充氣式太陽聚光結(jié)構(gòu)，即一個(gè)直徑5m 的對(duì)稱拋物面聚光器，通過優(yōu)化充氣壓力，采用實(shí)時(shí)數(shù)字照相形變測量，能制造1mm 均方根誤差形變的聚光器，焦點(diǎn)功率可達(dá)15.4kW。存儲(chǔ)2年后，充氣展開的形狀均方根誤差為1.14mm，證明長時(shí)間存儲(chǔ)對(duì)展開形狀的影響很小。該結(jié)構(gòu)需要研究的技術(shù)有太陽指向和聚焦、主動(dòng)充氣控制、主動(dòng)可充氣支撐、整片聚光器結(jié)構(gòu)、聚酰亞胺薄膜材料、總體設(shè)計(jì)等。圖12是直徑5m 的對(duì)稱拋物面聚光器樣機(jī)照片。

圖11 6片薄殼片形成1個(gè)較大面積的聚光結(jié)構(gòu)展開過程示意圖Fig.11 Compact roll stowage approach to enable larger diameter aperture from 6segmented shells

圖12 直徑5m 的對(duì)稱拋物面聚光器樣機(jī)照片F(xiàn)ig.12 5mInflatable concentrator during shape measurement tests

4 折射式太陽能聚光電源系統(tǒng)［14-18］

這種技術(shù)基于三棱鏡折射聚光原理，最初研究的是點(diǎn)聚焦結(jié)構(gòu)，目前以線聚焦為主流技術(shù)。

1986年NASA 的劉易斯（Lewis）研究中心開始研發(fā)拱形菲涅爾透鏡聚光器技術(shù)，最初的樣機(jī)為一個(gè)微型的穹隆型聚光器，點(diǎn)聚焦結(jié)構(gòu)。多個(gè)微型的穹隆型聚光器組成陣列，可以在太陽電池板上形成聚光平面。1994年，這種自支撐穹隆形點(diǎn)聚焦太陽陣模塊在PASP＋（Photovoltaic Array Space Power Plus）飛行中作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一。透鏡由DC93-500硅酮制造，涂敷原子氧和紫外防護(hù)多層膜。圖13是多個(gè)微型的穹隆型聚光器組成陣列的照片。

圖13 PASP＋飛行實(shí)驗(yàn)的微型的穹隆型聚光器陣列照片F(xiàn)ig.13 Mini-dome lens array for PASP Plus flight experiment

1992年，NASA 的Lewis研究中心開始了線聚焦折射式聚光鏡概念研究。線聚焦比點(diǎn)聚焦存在兩個(gè)優(yōu)勢：一是太陽指向跟蹤的精度要求比較低，而且是單軸驅(qū)動(dòng)；二是聚光器透鏡材料便宜。1995年，AEC-Able工程研究所與ENTECH 研究所開發(fā)了一個(gè)功率1 300 W 的太陽電池陣，稱作SCARLET-1，在“流星”（METEOR）衛(wèi)星上進(jìn)行飛行實(shí)驗(yàn)。由于METEOR 衛(wèi)星發(fā)射失敗，SCARLET-1 沒有進(jìn)入軌道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究的第二代SCARLET 太陽陣，采用雙結(jié)砷化鎵電池片和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）研制的深空1號(hào)（DS-1）空間探測器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，DS-1于1998年7月發(fā)射成功，SCARLET 成功的作為深空1號(hào)主電源并為離子推進(jìn)器提供電源。

這種折射式聚光器采用了獨(dú)特的拱形結(jié)構(gòu)可以使透鏡形狀誤差的影響降到最小。透鏡入射面是光滑的平面，出射面是三棱形結(jié)構(gòu)。聚光器太陽電池陣面積比功率為200 W／m2，質(zhì)量比功率為45 W／kg。

為了進(jìn)一步降低質(zhì)量，提高太陽電池陣的面積比功率和質(zhì)量比功率，第二代聚光器去除了玻璃拱形和透鏡框架。柔性透鏡隨薄殼展開，支撐在柔性透鏡兩端的拱形支架上。太陽電池陣采用了復(fù)合材料輻射器板，是SCARLET 太陽陣質(zhì)量的1／5。去除玻璃拱形和透鏡框架后，減少了入射光損失，面積比功率達(dá)到300 W／m2，質(zhì)量比功率為300 W／kg。圖14是三棱透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，圖15是拱形結(jié)構(gòu)折射聚光原理示意圖。圖16是拱形結(jié)構(gòu)折射式聚光器展開后的照片。圖17是拱形結(jié)構(gòu)折射式聚光器4塊板太陽翼樣機(jī)展開照片。

最新的設(shè)計(jì)方案是菲涅爾透鏡為一個(gè)柔性毯，熱輻射器和光電池片制成第二個(gè)柔性毯，兩個(gè)毯迭在一起，卷成非常緊湊的體積便于發(fā)射，在軌道上可以自動(dòng)展開。光伏電池采用了美國空軍研究所的一種薄膜電池技術(shù)。質(zhì)量比功率為300 W／kg～500 W／kg，體積比功率為80kW／m3～120kW／m3。

圖14 三棱透鏡結(jié)構(gòu)示意圖Fig.14 Schematic of the lens cross-section

圖15 拱形結(jié)構(gòu)折射聚光原理示意圖Fig.15 Refraction concentrator with smooth convex outer Fresnel lens

圖16 拱形結(jié)構(gòu)折射式聚光器展開后的照片F(xiàn)ig.16 Stretched lens module in deployed mode

圖17 拱形結(jié)構(gòu)折射式聚光器4塊板太陽翼樣機(jī)展開照片F(xiàn)ig.17 Four-panel prototype wing of stretched lens array in deployed mode

5 評(píng)述

隨著人類大型空間活動(dòng)的發(fā)展，研究如何提高空間電源系統(tǒng)容量的技術(shù)途徑將變得迫切。

（1）提高空間電源系統(tǒng)容量的傳統(tǒng)方法是增加太陽翼的面積。除此之外，改進(jìn)太陽能利用率也是提高空間電源系統(tǒng)容量的途徑之一。從目前技術(shù)現(xiàn)狀看，短時(shí)期內(nèi)再大幅度提高電池光電轉(zhuǎn)化效率難度非常大，同時(shí)高效空間太陽電池的成本也非常高。采用聚光空間光伏電源系統(tǒng)，利用簡單、低成本的聚光器減少昂貴的高效太陽電池用量，是一種降低大功率空間電源系統(tǒng)成本的主要途徑之一，其關(guān)鍵在于聚光器的設(shè)計(jì)、研制。國外已提出了多種聚光器的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了深入的研究、試驗(yàn)，并有了成功的空間應(yīng)用。

（2）大面積太陽電池陣直接暴露于空間環(huán)境中，遭受輻射、帶電、空間碎片、原子氧等影響，空間環(huán)境損傷的風(fēng)險(xiǎn)很高。采用太陽能聚光技術(shù)，在環(huán)境耐受性能較強(qiáng)的聚光鏡材料保護(hù)下，太陽電池陣環(huán)境效應(yīng)損傷風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著降低。

（3）目前，太陽能聚光技術(shù)主要有反射式和折射式兩種。聚光方式又包括點(diǎn)聚焦和線聚焦兩種。點(diǎn)聚焦倍率高，可以達(dá)到數(shù)千倍，但是聚焦面積比較小，適合于太陽能高溫?zé)犭娤到y(tǒng)。線聚焦倍率比較低，一般為數(shù)倍到十幾倍，但聚焦面積比較大，對(duì)太陽指向跟蹤精度要求比較低，適合于光伏太陽電池陣系統(tǒng)。拱形菲涅爾透鏡線聚焦聚光器是目前該領(lǐng)域的主流技術(shù)。

（4）空間太陽能聚光技術(shù)的功能是會(huì)聚太陽輻射能量，但不能放大能量。如果不考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的能量損失，電源系統(tǒng)可利用的最大能量不超過聚光鏡上接受的太陽光輻射能量。所以，這項(xiàng)技術(shù)雖然節(jié)約了太陽電池片的面積，但不能減小聚光鏡的面積。剛性結(jié)構(gòu)的太陽能聚光電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)太陽電池陣相比，在發(fā)射質(zhì)量和體積方面沒有任何優(yōu)勢，一般適合用于在軌組裝的大型空間太陽能電站、大型空間站平臺(tái)等。對(duì)于一次整體發(fā)射的各類航天器，采用柔性、卷折疊、自展開、自支撐的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢更明顯。大功率太陽光熱發(fā)電裝置，采用高聚焦倍率的充氣式結(jié)構(gòu)是目前的發(fā)展趨勢。太陽光伏電池發(fā)電裝置采用線聚焦的柔性菲涅爾透鏡技術(shù)，比傳統(tǒng)太陽電池陣結(jié)構(gòu)有明顯優(yōu)勢。除太陽光能量利用率高、發(fā)射體積小、質(zhì)量輕外，其環(huán)境耐受性也會(huì)明顯提高，特別對(duì)低軌高壓太陽電池電源系統(tǒng)，由于受到柔性聚光鏡薄膜保護(hù)，電池陣的導(dǎo)電部分不會(huì)直接暴露在空間等離子體環(huán)境，大大降低了高壓太陽電池陣等離子體放電和電流泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）太陽能聚光空間電源系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的影響主要表現(xiàn)在動(dòng)力學(xué)行為和太陽指向?qū)ψ藨B(tài)控制精度的要求，需要根據(jù)不同聚光器結(jié)構(gòu)具體分析。對(duì)太陽指向精度的要求須根據(jù)技術(shù)難度、成本、風(fēng)險(xiǎn)權(quán)衡考慮，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不是越高越好。必要時(shí)，對(duì)線聚焦電源系統(tǒng)可適當(dāng)加寬電池串的寬度尺寸，保證在一定指向誤差范圍內(nèi)聚光束能全部落在電池片上。大型點(diǎn)聚焦反射面結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮與平臺(tái)敏感器視場、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流的遮擋干涉問題。聚光鏡材料通常采用聚酰亞胺、硅酮等聚合物，除需要對(duì)這些材料進(jìn)行輻射、原子氧等環(huán)境防護(hù)改性處理外，真空下材料出氣率必須嚴(yán)格控制，避免對(duì)太陽電池片的分子污染。關(guān)于高密度熱流的熱控制問題，對(duì)中小功率的聚光器，可采用高效輻射散熱器降低電池陣的溫度。對(duì)大功率聚光器，可利用溫差發(fā)電等技術(shù)將高溫余熱轉(zhuǎn)換為有用的能量。

6 結(jié)束語

太陽能聚光空間電源系統(tǒng)原理雖然簡單，但工程實(shí)現(xiàn)難度較大。太陽能聚光空間電源系統(tǒng)由聚光器和發(fā)電裝置兩部分組成，其折迭技術(shù)、展開技術(shù)、支撐技術(shù)、太陽指向跟蹤技術(shù)都比傳統(tǒng)太陽翼復(fù)雜得多?？臻g太陽能聚光電源系統(tǒng)涉及到材料、精密結(jié)構(gòu)、精密光學(xué)、精密指向跟蹤與控制、先進(jìn)的光伏電池、空間動(dòng)力學(xué)、空間環(huán)境效應(yīng)與防護(hù)等多學(xué)科、多技術(shù)交叉。為此，集中國內(nèi)優(yōu)勢資源，合理分工，協(xié)同攻關(guān)，盡可能采用已有的研究成果，在短時(shí)間內(nèi)形成完整技術(shù)鏈條是可行的途徑。需要研究的關(guān)鍵技術(shù)有環(huán)境耐受性強(qiáng)的薄膜材料、薄膜太陽電池及柔性太陽陣在軌自展開、自固化、自支撐技術(shù)。同時(shí)，高精度指向跟蹤及控制、高密度熱流的散熱技術(shù)也是需要解決的難點(diǎn)。

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