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空间太阳能电站(SSPS)是在空间收集太阳能的电力系统,其将太阳能转化为电能,再利用无线能量传输技术(WPT)将能量传输到地面,最终经过地面接收系统整流转换为直流电接入地面电网。典型的SSPS主要由三部分组成:太阳能收集转换装置、能量转换和发射装置、地面接收和转换装置。由于日光辐射方向实时改变,现有的GW级SSPS方案均设计了尺寸巨大、结构复杂的定日跟踪系统,导致工程实现难度极大、发射组装成本极高,成为严重制约SSPS建设的瓶颈问题。 为此,本文提出一种新型聚光系统创新方案,即SSPS-TENT方案。本文首先提出SSPS-TENT的整体方案,聚光系统为一种基于零折射率材料的折射、反射混合聚光器,采用几何对称式物理结构,主要包含固定外围结构、中心反射镜、“三明治”结构和纵向连接桁架四个部分,避免了巨型聚光系统整体或大量分块反射镜的定日跟踪运动,可显著降低聚光结构和控制系统的复杂度,同时几何对称式的结构保证了系统在一个周期内较小的收集功率波动。 其次,对SSPS-TENT进行了光学特性分析模拟,分析了其聚光原理,研究了外围、反射镜结构参数对聚光性能的影响,采用基于蒙特卡罗随机抽样方法的光线追踪方法,建立聚光系统的仿真模型,优化得到空间收集功率 GW级时的结构参数,在此基础之上分析了系统的聚光特性,并估算系统质量,结果显示各时刻收集效率为92%以上,TENT方案总体性能良好。 最后针对部分时刻能量分布不均的问题,提出了一种聚光特性的动态控制方法,中心镜面为若干单独可控的独立镜面,采用动态叠加方法,通过对每个镜面姿态控制,进一步降低了局部最大聚光比,提高了能量分布均匀度,达到了更优的总体性能。