空间太阳能发电站聚光器的研究和设计

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1、ｍｎＩｔＫ１＾ｐ＾Ｈ赚毛丢觀如国§硕±学位论文—！．翁／空间太阳能发电站聚光器的研究和设计ｊ作者姓名陈耶南＾｜学校导师姓名Ｖ职疏张菊香副教授．企业导ｇｇｊ１）巧姓名、取疏李観高工ｚｌ由请送位类别工程硕击学校代码10701学号1304122228分类号TM615密级公开西安电子科技大学硕士学位论文空间太阳能发电站聚光器的研究和设计作者姓名：陈亚南领域：控制工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：张菊香副教授企业导师姓名、职称：李艳林高工学院：机电工程学院提交日期：2015年12月Researchand

2、DesignofConcentratorforSpaceSolarPowerSatelliteAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlEngineeringByChenYaNanSupervisor:ZhangJuXiangAssociateProfessorLiYanLinSeniorEngineer西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我

3、个人在导师指导下进斤的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。么１任、也Ｉ曰本人签名；日期若目；２＾巧商年西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定；，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西

4、安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿＿本人签名；祿玉名；姊爲ｉ部导师签么Ｉ訓長中明日）（Ｓｉ２１日期：日期：＞ｊ摘要摘要随着世界人口的增长及工业的发展，人类对能源的需求与日俱增，但人类主要依赖的化石能源逐渐枯竭，环境污染问题和气候问题变得更加严重。这种矛盾在未来会变得更加突出。寻找新能源来替代传

5、统的化石能源变得刻不容缓。空间太阳能相对地面太阳能、风能、水能、核能等其他新能源具有储量巨大、安全、持续稳定的优点。美国的曼金斯教授2011年提出了解决空间太阳能发电的一种新的方案：SPS-ALPHA(SolarPowerSatelliteviaArbitrarilyLargePhasedArray)，即任意大型相控阵太阳能卫星。但对外公开的资料并没有SPS-ALPHA具体的实现过程。本文的目的就是在研究SPS-ALPHA的基础上设计出SPS-ALPHA聚光器并实现它的建模和仿真，最终能够在光伏板上得到高聚光比和高均匀度的光斑。首先，在详细分析了SPS-ALPHA的结构的

6、基础上，对聚光器主镜的母线方程参数进行优化。在matlab中建立SPS-ALPHA三维模型，截取一天内整点时刻的等效照射面积，通过图像处理的方法计算出其面积，当总面积最大的时候，母线方程的参数即最优；并分析了同层反射镜和上下层反射镜之间的制约关系。其次，针对SPS-ALPHA大规模建模问题，提出了利用SolidWorks二次开发技术建立SPS-ALPHA聚光器主镜的模型，实现自动化建模；利用OptisWorks光学仿真软件在SolidWorks环境下对SPS-ALPHA进行光学仿真，实现了SPS-ALPHA建模仿真的一体化。然后，提出了确定聚光器主焦点的方法。在二次镜母线

7、为抛物线和双曲线的基础下，分析了次镜焦距和主焦点的关系，建立SPS-ALPHA的物理数学模型，利用蒙特卡洛光线追迹方法优化出聚光器主焦点，从而确定次镜的焦距，并在SolidWorks中用OptisWorks仿真验证结果的正确性。最后，在SolidWorks中，对聚光器模型的每层块数和板间距进行对比优化，确定最佳值，使光斑能流密度最大，均匀度较好。关键词：SPS-ALPHA，聚光器，SolidWorks二次开发，蒙特卡洛法IABSTRACTABSTRACTWiththegrowthofworld’spopulationandth