空间太阳能发电站(SSPS),主要是指将同步轨道(GEO)上的太阳能,通过新的工程技术手段进行有效采集并传输到地面成为电能的系统。目前SSPS主要由三大功能系统组成:将太阳能转换为直流电的太阳能收集器、将直流电转换为微波发射机以及将微波传送到地面的大型天线。此外,整个SSPS系统还应包括卫星平台、地面接收站、空间热控系统,其中地面接收站利用整流天线或光电池将微波能转换为直流电,而且可以直接接入现有电网中。
一个有效的SSPS的工作过程,可分解为以下三个过程(如图):
1、太阳能转换为微波
在GEO处的太阳能辐射密度可以达到1.37kW/m2,远高于地面所接收到的相应数据,而且不受大气、季节和昼夜的影响。但由于受太阳辐射特性的限制,很难直接有效收集并远距离定向传输到地面处,因此必须将太阳能转换为微波或激光,从而实现远距离定向传输。
太阳能转换为微波的方式一般为采用光电池将太阳能转换为电能,再利用放大器件将电能转换为微波。
2、微波或激光能远距离传输到地面或其它应用平台 由于最终需要把太阳能量传输到地面使用,因此需要把微波能进行高效率、高精度和高密度地向地面传输。其中微波传输主要是靠巨型相控阵天线(直径可达千米),从而实现相干传输。为了保证地面站能够稳定、高效地接收上述的微波能量,需要在传输的过程中,必须对波束质量和波束指向进行有效控制。
3、微波转换为电能
当微波能量传输到地面后,需要通过微波合成、微波-电能转换以及后端的电能汇聚实现并网发电。
(段宝岩)