公開(kāi)的系統(tǒng)和方法涉及太陽(yáng)能功率系統(tǒng)，并且更具體涉及用于控制太陽(yáng)能聚光器陣列的功率輸出的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
來(lái)自太陽(yáng)能或光伏電池的電功率生成繼續(xù)經(jīng)歷顯著的興趣。太陽(yáng)能電池將通常來(lái)自太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)能電池上的光強(qiáng)度可以被稱(chēng)為太陽(yáng)光的數(shù)量，其中1個(gè)太陽(yáng)光聚光度對(duì)應(yīng)于地球上1kw/m2的標(biāo)準(zhǔn)照度。
目前可用的太陽(yáng)能聚光器功率生成器采用平板技術(shù)，其中太陽(yáng)能功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的光伏電池(被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池)以二維陣列的方式被定位在相距多組反射器或聚光器的一距離處。陽(yáng)光從反射器反射出來(lái)，并且被引導(dǎo)到將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能電池。每個(gè)太陽(yáng)能電池的電壓在聚光器陣列電壓輸出處被收集，并且被遞送到負(fù)載。從聚光器陣列輸出的電功率的量由所使用的太陽(yáng)能電池的效率、以及聚光器陣列的面積和密度所確定。聚光器陣列可以以具有多個(gè)太陽(yáng)能電池和反射器組的單元的方式被提供，并且沿著平面進(jìn)行定位以形成更大的面板從而進(jìn)一步增加可從太陽(yáng)能陣列獲得的功率。
最近發(fā)展的太陽(yáng)能陣列包括可作為微機(jī)電系統(tǒng)(mems)反射器獲得的反射器。mems反射器包含小型化的鏡子和控制部件。被配置為將光引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電池的單個(gè)組mems反射器可以被實(shí)施為模塊。太陽(yáng)能電池和小型化的mems反射器或微聚光器可以以比典型太陽(yáng)能陣列中的太陽(yáng)能電池和反射器更高的密度被配置在聚光器陣列或微聚光器陣列(“mcm”)上。
太陽(yáng)能電池和反射器正在各種各樣的應(yīng)用中被使用。一個(gè)這樣的應(yīng)用是作為航天器上的電功率源。其他應(yīng)用包括陸地太陽(yáng)能功率源。當(dāng)航天器行進(jìn)遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，在航天器上使用太陽(yáng)能聚光器陣列的一個(gè)難題出現(xiàn)。對(duì)于具有更靠近太陽(yáng)的目的地的任務(wù)，航天器以太陽(yáng)能聚光器陣列生成所需的功率輸出開(kāi)始。當(dāng)航天器接近太陽(yáng)時(shí)，由于光的強(qiáng)度增加，太陽(yáng)能聚光器陣列生成過(guò)多功率。
在兩種情況下由太陽(yáng)能聚光器陣列生成的過(guò)多功率足以損壞未被列為用于那些功率水平的航天器系統(tǒng)，或損壞/燒毀太陽(yáng)能電池本身。相應(yīng)地，在太陽(yáng)能聚光器陣列的設(shè)計(jì)中采取措施以避免過(guò)多功率的損壞，從而提高了建造航天器的成本。被增添用于這樣的措施的部件也向結(jié)構(gòu)增添了重量。過(guò)多的可用功率也會(huì)將面板上的溫度增加至可能破壞面板本身(例如通過(guò)使被用來(lái)將太陽(yáng)能電池固定到玻璃襯底的粘合劑熔化)的水平。
本領(lǐng)域中存在對(duì)用于向航天器供應(yīng)電功率的解決以上問(wèn)題以及任何其他可能的問(wèn)題中的至少一些的系統(tǒng)和方法的需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于以上內(nèi)容，提供了用于利用聚光器陣列生成電功率的方法和系統(tǒng)的示例。在一個(gè)圖示性示例中，提供了一種用于控制聚光器陣列的功率輸出的方法，所述聚光器陣列包含多個(gè)光伏電池和被布置在反射器組中對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)光伏電池的多個(gè)反射器。所述方法包括，接收將所述聚光器陣列上的選定數(shù)量的反射器定位到光伏電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成功率輸出的信號(hào)。反射器的所述選定數(shù)量是所述多個(gè)反射器的聚光比(concentrationratio)。所述選定數(shù)量的反射器被定位到所述光伏電池激勵(lì)位置，以從所述聚光器陣列生成所述功率輸出。
在另一圖示性示例中，提供了一種太陽(yáng)能功率源。所述太陽(yáng)能功率源包括聚光器陣列，其包含多個(gè)太陽(yáng)能電池和多組反射器，每一組反射器對(duì)應(yīng)于所述太陽(yáng)能電池中的一個(gè)。功率輸出被連接到每個(gè)太陽(yáng)能電池，以當(dāng)光從所述反射器被反射到所述太陽(yáng)能電池上時(shí)，接收由每個(gè)太陽(yáng)能電池生成的電功率。太陽(yáng)能功率源包括控制模塊，其具有處理器和存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述可執(zhí)行指令被所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可操作為：
1.接收將所述聚光器陣列上的選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成功率輸出的信號(hào)，其中反射器的所述選定數(shù)量是所述多個(gè)反射器的聚光比；以及
2.將所述選定數(shù)量的反射器定位到所述太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成所述功率輸出。
在查看以下附圖和詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將會(huì)是或?qū)?huì)變得明顯。意圖是所有這樣的額外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都被包括在該描述內(nèi)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且被隨附的權(quán)利要求保護(hù)。
附圖說(shuō)明
圖示性示例的被確信為新穎性特征的特性在所附權(quán)利要求中闡述。然而，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，圖示性示例將會(huì)通過(guò)參考本公開(kāi)的圖示性示例的以下詳細(xì)描述來(lái)最好地進(jìn)行理解，其中：
圖1a是太陽(yáng)能聚光器陣列的示例的透視圖。
圖1b是用于為航天器提供電功率的太陽(yáng)能功率源的示例的示意圖。
圖2a是太陽(yáng)能電池和在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的對(duì)應(yīng)的反射器的示例的橫截面視圖。
圖2b是太陽(yáng)能電池和在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中的對(duì)應(yīng)的反射器的示例的橫截面視圖。
圖2c是太陽(yáng)能電池和當(dāng)光未垂直于太陽(yáng)能功率源時(shí)在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的對(duì)應(yīng)的反射器的示例的橫截面視圖。
圖2d是太陽(yáng)能電池和其中選定的反射器在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置和其他反射器在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置的對(duì)應(yīng)的反射器的示例的橫截面視圖。
圖3是圖示用于控制來(lái)自聚光器陣列的功率輸出的示例方法的操作的流程圖。
圖4是圖示用于針對(duì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)行進(jìn)的航天器改變聚光比的方法的示例的操作的流程圖。
圖5是圖示用于針對(duì)朝向太陽(yáng)行進(jìn)的航天器改變聚光比的方法的示例的操作的流程圖。
圖6a是圖示用于利用聚光比激勵(lì)太陽(yáng)能電池的方法的一個(gè)示例的示例太陽(yáng)能功率源的方框圖。
圖6b是圖示用于利用聚光比激勵(lì)太陽(yáng)能電池的方法的另一示例的示例太陽(yáng)能功率源的方框圖。
圖7是圖示來(lái)自改變聚光比的太陽(yáng)能功率源的功率輸出與不改變聚光比的太陽(yáng)能功率源的功率輸出的比較的曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖1a是用于從光生成電功率的聚光器模塊10的示例的透明透視圖。聚光器模塊10包括聚光器陣列12，所述聚光器陣列12包含覆蓋玻璃20、多個(gè)光伏電池22、襯底24、和多個(gè)反射器或聚光器30。聚光器模塊10還包括控制模塊32。
如在圖1a中示出的，光伏電池22可以以5×5陣列被布置在覆蓋玻璃20上，這導(dǎo)致總共二十五個(gè)光伏電池22被包括在聚光器陣列12內(nèi)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，聚光器陣列12可以包括任何數(shù)量的光伏電池22。反射器30可以被布置在反射器組40中，每個(gè)反射器組40與對(duì)應(yīng)的光伏電池22相關(guān)聯(lián)。被包括在反射器組40內(nèi)的每個(gè)反射器30可以相對(duì)于相關(guān)聯(lián)的光伏電池22被定位，以便將由光源(未圖示)生成的多個(gè)光束42聚焦或反射到光伏電池22上。
光源可以是任何類(lèi)型的輻射能源，諸如，例如，建筑物中的人造光、激光或太陽(yáng)等。每個(gè)反射器30可以是選擇性地可傾斜的，使得如果光源的位置改變，位于相關(guān)聯(lián)的反射器組40內(nèi)的每個(gè)反射器30可以被相應(yīng)地傾斜，以便跟蹤光源相對(duì)于相關(guān)聯(lián)的光伏電池22的改變位置。被定向?yàn)橐龑?dǎo)光朝向光伏電池的反射器在光伏電池激勵(lì)位置中。光伏電池激勵(lì)位置可以改變，并且被連續(xù)地更新。例如，如果光源是太陽(yáng)，那么位于相關(guān)聯(lián)的反射器組40內(nèi)的每個(gè)反射器30可以被相應(yīng)地傾斜，以便跟蹤光源太陽(yáng)一整天的改變位置。被定向?yàn)橐龑?dǎo)光遠(yuǎn)離光伏電池的反射器在光伏電池非激勵(lì)位置中。
聚光器模塊10可以在光能可以被轉(zhuǎn)換為電能的任何應(yīng)用中被使用。在本文中描述的實(shí)施方式的示例主要涉及聚光器模塊在太陽(yáng)能功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的使用。圖1a圖示了可以在相對(duì)緊湊的應(yīng)用(諸如，例如，薄型的口袋大小的便攜式功率生成器等)中被使用的單個(gè)聚光器模塊10。然而，單個(gè)聚光器模塊10可以與其他聚光器模塊電氣地連接或結(jié)合在一起，以便產(chǎn)生在更大規(guī)模的太陽(yáng)能功率生成器中被使用的多個(gè)聚光器模塊(未圖示)的二維或平鋪陣列。這樣的太陽(yáng)能功率生成器可以在諸如，例如陸地便攜式功率生成器、無(wú)人駕駛飛行器(uav)、或衛(wèi)星等的應(yīng)用中被使用。
覆蓋玻璃20可以由允許光束42穿過(guò)的任何透明材料(諸如，例如，玻璃、塑料、或二氧化硅等)制造。襯底24可以被用來(lái)支撐或安裝反射器30。在一個(gè)非限制性方面，襯底24可以由熔融石英制造。
控制模塊32為聚光器模塊10提供控制和遙測(cè)功能?？刂颇K32可以包括處理資源(諸如處理器等)以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力和用于執(zhí)行被編程的功能的指令。控制模塊32包括用于如在下面更詳細(xì)地進(jìn)行描述的用于控制反射器30的位置和定向的功能。在示例實(shí)施方式中，控制模塊32可以控制將光引導(dǎo)到其對(duì)應(yīng)的光伏電池22的反射器30或反射器組40的數(shù)量，其中這樣被控制的反射器組40的數(shù)量是聚光器陣列12上的反射器組40的總數(shù)量的聚光比?？刂颇K32還可以包括用于從例如其他計(jì)算機(jī)部件(諸如，例如，航天器上的飛行計(jì)算機(jī)等)接收信號(hào)或命令的通信接口。
在下面參照?qǐng)D1b-圖7描述的示例實(shí)施方式中，聚光器模塊10的示例在太陽(yáng)能功率源并且更具體地用于在航天器中使用的太陽(yáng)能功率源的背景下進(jìn)行描述。應(yīng)理解，本發(fā)明不限于任何特定應(yīng)用或使用，也不限于設(shè)備或方法的確切形式。此外，聚光器陣列的描述在下面將光伏電池稱(chēng)為太陽(yáng)能電池。應(yīng)理解，術(shù)語(yǔ)“光伏電池”和“太陽(yáng)能電池”可以被可互換地使用。
圖1b是用于為航天器110提供電功率的太陽(yáng)能功率源100的示例的示意圖。太陽(yáng)能聚光器系統(tǒng)100包含被配置為形成平坦的二維面板的多個(gè)聚光器模塊104a-i，所述平坦的二維面板可以被稱(chēng)為太陽(yáng)能翼板。聚光器模塊104a-i中的每一個(gè)從每個(gè)聚光器模塊104a-i中的太陽(yáng)能聚光器陣列108生成功率輸出。每個(gè)聚光器模塊104a-i的功率輸出被連接以提供聚光器陣列功率輸出vout，所述聚光器陣列功率輸出vout被用來(lái)為航天器110提供電功率。
航天器110包括電功率控制器112和通信模塊116。電功率控制器112被連接到聚光器陣列功率輸出(在vout處)，并且被配置為將電功率從太陽(yáng)能功率源100分配到航天器110中的各種負(fù)載。電功率控制器112也可以從太陽(yáng)能功率源100以及從航天器110收集數(shù)據(jù)，并且利用收集的數(shù)據(jù)來(lái)控制太陽(yáng)能功率源100。通信模塊116包括到無(wú)線電設(shè)備和天線的通信接口，以與地面控制系統(tǒng)(未示出)通信。電功率控制器112可以包括處理器114a和存儲(chǔ)器資源114b，以執(zhí)行與太陽(yáng)能功率源100的控制有關(guān)的功能。例如，存儲(chǔ)器資源114b可以包括用于存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由處理器114a執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可操作為執(zhí)行在本文中描述的功能。這樣的功能包括以下步驟：確定聚光比，以及以信號(hào)告知聚光器模塊104a-i根據(jù)聚光比將反射器定位在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中。這些和其他功能在下面更詳細(xì)地進(jìn)行描述。
在另一示例實(shí)施方式中，電功率控制器112可以針對(duì)處理和存儲(chǔ)器資源與航天器飛行計(jì)算機(jī)(未示出)通信。在這樣的示例實(shí)施方式中，飛行計(jì)算機(jī)可以利用由電功率控制器112提供的遙測(cè)信號(hào)向聚光器模塊104發(fā)送信號(hào)或命令，以控制太陽(yáng)能功率源100的總功率輸出。飛行計(jì)算機(jī)也可以為聚光器模塊104提供信令和命令。
應(yīng)注意，在執(zhí)行電功率控制功能中被使用的處理器114a和存儲(chǔ)器114b在本文中被描述為是電功率控制器112的部件。這種描述不意圖將用于執(zhí)行所描述的電功率控制功能的處理資源限制于電功率控制器112中的處理資源。如在上面提及的，航天器可以包括可以被用來(lái)執(zhí)行在本文中描述的電功率控制功能中的一些或全部的飛行計(jì)算機(jī)。還應(yīng)注意，電功率控制器112可以作為包含它自己的處理資源和軟件部件的獨(dú)立硬件部件、或作為被可操作地連接或集成在航天器飛行計(jì)算機(jī)內(nèi)的功能部件進(jìn)行操作。
多個(gè)聚光器模塊104a-i可以被結(jié)構(gòu)地集成以形成太陽(yáng)能功率源100的太陽(yáng)能翼板或面板。多個(gè)聚光器模塊104a-i在聚光器陣列功率輸出vout處具有連接的功率輸出，所述連接的功率輸出是太陽(yáng)能功率源100中的所有聚光器模塊104a-i的總功率輸出。每個(gè)聚光器模塊104a-i包括如在圖1b中的聚光器模塊104a中示出的控制模塊106和太陽(yáng)能聚光器陣列108。
每個(gè)聚光器模塊104a-i如在上面參照?qǐng)D1a描述的那樣進(jìn)行配置。聚光器陣列108包括在圖1b中被描繪為聚光器陣列108中的正方形的多個(gè)太陽(yáng)能電池和反射器組單元120。每個(gè)聚光器模塊104a-i中的控制模塊106可以包括處理器106a，所述處理器106a可以被實(shí)施為asic(專(zhuān)用集成電路)或fpga(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)。控制模塊106可以還包括存儲(chǔ)器106b，所述存儲(chǔ)器106b包括存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可操作為執(zhí)行聚光器模塊104a-i的功能。這樣的功能可以包括例如根據(jù)聚光比控制太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的反射器的選定數(shù)量?？刂颇K106可以包括到太陽(yáng)能電池和反射器組單元120的控制接口，通過(guò)所述控制接口執(zhí)行反射器組中的反射器的控制。
太陽(yáng)能功率源100的功率輸出可以被有利地控制，以根據(jù)聚光比生成為航天器110提供功率所需的最小值與最大可用功率輸出之間的期望功率輸出水平。通過(guò)確定可用功率輸出和航天器功率要求并且如在下面參照?qǐng)D4和5的描述中圖示的那樣調(diào)整聚光比以確保聚光器陣列功率輸出不過(guò)多但是足以滿足航天器功率要求，聚光比可以在任何給定的時(shí)刻進(jìn)行確定。
在另一示例中，聚光比可以被提供給控制模塊106，作為經(jīng)過(guò)地面控制通信從地面控制接收的設(shè)定點(diǎn)聚光比。地面控制可以在任務(wù)期間跟蹤航天器位置，并且確定來(lái)自太陽(yáng)的光的強(qiáng)度何時(shí)受航天器到太陽(yáng)的距離影響到由太陽(yáng)能功率源生成的功率不足或過(guò)多的程度(取決于航天器相對(duì)于太陽(yáng)的方向)。地面控制基于航天器到太陽(yáng)的距離而確定設(shè)定點(diǎn)聚光比，并且將設(shè)定點(diǎn)聚光比通信給航天器。如果航天器能夠在任務(wù)期間跟蹤其相對(duì)于太陽(yáng)的位置，航天器可以基于其相對(duì)于太陽(yáng)的位置而確定設(shè)定點(diǎn)聚光比。航天器然后可以將聚光比設(shè)定為由航天器確定的設(shè)定點(diǎn)聚光比。
聚光比可以根據(jù)被用來(lái)激勵(lì)太陽(yáng)能電池的反射器或聚光器的總數(shù)量的比進(jìn)行定義。各個(gè)反射器或聚光器可以被置于太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中以將光引導(dǎo)到太陽(yáng)能電池，或被置于太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中以引導(dǎo)光遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池。當(dāng)太陽(yáng)能電池被激勵(lì)時(shí)，太陽(yáng)能電池依據(jù)由太陽(yáng)能電池接收的光的光強(qiáng)度而生成電能。在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的反射器的總數(shù)量的聚光比可以導(dǎo)致所有太陽(yáng)能電池都被激勵(lì)，但只通過(guò)反射器的數(shù)量小于反射器的總數(shù)量導(dǎo)致功率輸出小于聚光器陣列108的最大功率輸出能力。
在另一示例中，聚光比可以是反射器組的聚光比，使得聚光比被定義為小于太陽(yáng)能功率源100上的總數(shù)量的太陽(yáng)能電池或?qū)?yīng)的反射器組的數(shù)量，該反射器組中的所有反射器都在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中。其余反射器組中的所有反射器都將會(huì)在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中。在另一示例中，聚光比可以被定義為小于太陽(yáng)能功率源100中的聚光器陣列108的總數(shù)量的聚光器陣列108的數(shù)量(假設(shè)所有聚光器模塊104a-i都包含具有相同數(shù)量的太陽(yáng)能電池的聚光器陣列108)。
在又一示例中，聚光比可以根據(jù)面積進(jìn)行定義。太陽(yáng)能功率源100可以包含均均勻分布的聚光器模塊104a-i，每個(gè)聚光器模塊具有均勻分布的太陽(yáng)能電池和反射器組120使得太陽(yáng)能電池被均勻地分布在太陽(yáng)能功率源100上?？紤]到這樣的均勻分布，聚光比也可以被定義為形成太陽(yáng)能功率源100的面板的總面積的一部分。例如，太陽(yáng)能聚光器陣列108可以具有30平方英寸的面積(具有30個(gè)一平方英寸的太陽(yáng)能電池)。當(dāng)被激勵(lì)時(shí)，每個(gè)太陽(yáng)能電池將會(huì)提供總功率能力的1/30。1/2的聚光比可以指的是30平方英寸的聚光器陣列108的一半，使得由聚光器陣列108的一半面積所包圍的15個(gè)太陽(yáng)能電池將會(huì)被激勵(lì)，而其他15個(gè)太陽(yáng)能電池將不會(huì)被激勵(lì)。
對(duì)于需要1kw的功率來(lái)操作的航天器，太陽(yáng)能功率源100的示例在總共100個(gè)太陽(yáng)能電池的情況下可以生成25kw的最大功率能力。聚光比可以根據(jù)功率輸出被指定為使得25：1聚光比對(duì)應(yīng)于被定向在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的所有反射器。當(dāng)航天器正在地球或近地球操作時(shí)，聚光比將會(huì)被設(shè)定為功率能力的1/25的初始聚光比?？紤]到該初始聚光比，航天器110將會(huì)控制太陽(yáng)能功率源將反射器的總數(shù)量的1/25置于太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中以生成1kw的電功率。
聚光比在任務(wù)期間被更改，以確保太陽(yáng)能功率源100生成所需的但不過(guò)多的功率輸出。例如，利用生成25kw的最大值的太陽(yáng)能功率源的需要1kw的功率來(lái)操作的航天器將會(huì)以1/25的初始聚光比開(kāi)始從地球(在1au的距離處)到木星(在5au的距離處)的任務(wù)。當(dāng)航天器行進(jìn)進(jìn)一步遠(yuǎn)離地球(和太陽(yáng))時(shí)，光強(qiáng)度降低，導(dǎo)致來(lái)自激勵(lì)的太陽(yáng)能電池的減少的功率輸出。因此，當(dāng)航天器行進(jìn)進(jìn)一步遠(yuǎn)離地球時(shí)，聚光比被增加，采用增加數(shù)量的太陽(yáng)能電池來(lái)生成電功率。到航天器抵達(dá)木星的時(shí)候，聚光比是25：1，激勵(lì)所有可用的太陽(yáng)能電池都來(lái)生成操作航天器所需的1kw。
具有比地球更靠近太陽(yáng)的目的地的航天器的太陽(yáng)能功率源100也可以利用聚光比進(jìn)行控制。例如，由在地球上具有1kw的最大能力的太陽(yáng)能聚光器陣列提供功率的執(zhí)行到金星的任務(wù)的航天器可以在地球上在所有太陽(yáng)能電池都被激勵(lì)的情況下開(kāi)始任務(wù)。然后，當(dāng)航天器接近金星時(shí)，聚光比可以被減小。因此當(dāng)航天器接近金星時(shí)，被激勵(lì)以為航天器提供功率的太陽(yáng)能電池的數(shù)量被減少。
如在上面提及的，聚光比在任務(wù)期間被改變，因?yàn)樘?yáng)能功率源100的可用功率輸出隨著航天器移動(dòng)更靠近或遠(yuǎn)離太陽(yáng)而改變。在一個(gè)示例實(shí)施方式中，聚光比可以由處理器114a確定，并且通過(guò)從電功率控制器112到每個(gè)聚光器模塊104a-i的每個(gè)控制模塊106的信號(hào)(在圖1b中的信號(hào)處)被提供給每個(gè)聚光器模塊104a-i。處理器114a可以這樣以信號(hào)告知至少一個(gè)聚光器陣列。每個(gè)聚光器模塊104a-i通過(guò)識(shí)別要定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置的選定數(shù)量的反射器而應(yīng)用聚光比，其中所述選定數(shù)量的反射器對(duì)應(yīng)于源自每個(gè)聚光器模塊104a-i中的反射器的總數(shù)量的反射器的聚光比。
聚光比也可以由處理器114a確定并用來(lái)計(jì)算源自反射器的總數(shù)量的太陽(yáng)能聚光器陣列108中要定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置的反射器的數(shù)量。電功率控制器112然后可以以信號(hào)告知每個(gè)聚光器模塊104a-i的每個(gè)控制模塊106要定向在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的反射器的數(shù)量。
圖2a是可以在圖1b中的聚光器陣列108中被使用的太陽(yáng)能電池和反射器組單元200的示例的橫截面視圖。圖2a中的太陽(yáng)能電池和反射器組單元200包括被安裝在第一平面襯底202上的太陽(yáng)能電池204，所述第一平面襯底202優(yōu)選由玻璃材料或如在上面參照?qǐng)D1a描述的一些其他合適的透明材料制作。對(duì)應(yīng)的反射器組包括被安裝在第二平面襯底208上的多個(gè)反射器206，所述第二平面襯底208與第一平面襯底202間隔開(kāi)并且平行，使得太陽(yáng)能電池204與反射器組中的反射器206直接相對(duì)。第一襯底202和第二襯底208被定向?yàn)槭沟霉?01入射到第一平面襯底202處的面板。雖然光201在圖2a中被示為以大體上垂直入射角被引導(dǎo)到第一平面襯底202，但是當(dāng)光201的入射角如在下面參照?qǐng)D2c描述的那樣移位遠(yuǎn)離垂直時(shí)，反射器206可以被調(diào)整以維持光被引導(dǎo)在太陽(yáng)能電池204處。光201朝向反射器組中的反射器206穿過(guò)透明的第一平面襯底201。反射器206將光205引導(dǎo)回來(lái)朝向第一平面襯底202上的太陽(yáng)能電池204。
在本文中描述的示例實(shí)施方式中，太陽(yáng)能電池204可以是接收光并生成表示光強(qiáng)度的電信號(hào)的任何合適的電子部件。對(duì)應(yīng)的反射器206包含被布置為將光反射回來(lái)朝向太陽(yáng)能電池204的鏡子。在示例實(shí)施方式中，反射器206可以被實(shí)施為包含小型化的鏡子和控制部件以增加聚光器陣列上的太陽(yáng)能電池和反射器組單元200的密度的微機(jī)電系統(tǒng)(mems)部件。每個(gè)反射器206可以通過(guò)致動(dòng)器210進(jìn)行控制，所述致動(dòng)器210被配置為通過(guò)關(guān)于一個(gè)或更多個(gè)維度旋轉(zhuǎn)鏡子而定向反射器206。致動(dòng)器210也可以通過(guò)移動(dòng)反射器更靠近或進(jìn)一步遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池204而提供平移定向。致動(dòng)器210可以從控制模塊106接收由控制模塊106所命令的移動(dòng)反射器206的信號(hào)。
通過(guò)控制每個(gè)反射器的定向，控制模塊106可以控制被引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)于反射器的太陽(yáng)能電池的光的強(qiáng)度。例如，控制模塊106可以向反射器組中的每個(gè)反射器206發(fā)送信號(hào)，以如在圖2a中示出的那樣將光205引導(dǎo)到太陽(yáng)能電池204。圖2a中的用于每個(gè)反射器206的這種位置可以被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置，這是允許反射器206將光引導(dǎo)到太陽(yáng)能電池204的反射器206的位置或定向。
圖2b是反射器206被定向在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中的太陽(yáng)能電池和反射器組單元200的橫截面視圖?？刂颇K106可以向致動(dòng)器210發(fā)送信號(hào)以將反射器206定向?yàn)槭构?03指向遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池204的方向。當(dāng)反射器206引導(dǎo)光203使得光203不激勵(lì)太陽(yáng)能電池204時(shí)，太陽(yáng)能電池204不生成電信號(hào)并且不對(duì)(圖1b中的)聚光器模塊104a的電功率輸出有所貢獻(xiàn)。圖2b中的反射器206被示為被定向?yàn)檠刂?01的入射角將光引導(dǎo)回來(lái)。然而，太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置可以是允許反射器206沿不朝向太陽(yáng)能電池204的任何方向引導(dǎo)光的反射器206的任何位置或定向。
如在上面提及的，聚光比可以根據(jù)所有反射器都在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的小于反射器組的總數(shù)量的反射器組的數(shù)量進(jìn)行定義。圖2a和2b圖示了以此方式被定義的聚光比如何可以被用來(lái)控制聚光器陣列108的功率輸出。如果每個(gè)太陽(yáng)能電池和反射器組單元120中的所有反射器206都被定向在如在圖2a中示出的太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中，每個(gè)太陽(yáng)能電池204大體上正在生成對(duì)應(yīng)于入射光強(qiáng)度的最大電輸出。如果每個(gè)太陽(yáng)能電池和反射器組120中的所有反射器206都被定向在如在圖2b中示出的太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中，實(shí)際上將會(huì)沒(méi)有來(lái)自每個(gè)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電池204的功率輸出。增加聚光比增加了所有反射器都在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的反射器組的數(shù)量，導(dǎo)致更高的功率輸出。減小聚光比減少了所有反射器都在非太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置的反射器組的數(shù)量，導(dǎo)致更低的功率輸出。
太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置可以在航天器110的操作期間改變。如在上面提及的，光在太陽(yáng)能功率源100的覆蓋面板上的入射角可以從大體上90°改變。航天器110可以包括控制太陽(yáng)能功率源100的定向和位置以當(dāng)航天器110在太空中行進(jìn)時(shí)維持大體上90°的入射角的硬件和軟件部件。航天器110維持光在太陽(yáng)能功率源100上的90°入射角不會(huì)總是可能的。如果光的大體上90°入射角不能被維持，激勵(lì)太陽(yáng)能電池204的反射器組中的反射器206可以被調(diào)整以維持激勵(lì)的太陽(yáng)能電池204上的最大強(qiáng)度。實(shí)際上，反射器206的太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置響應(yīng)于太陽(yáng)能功率源100的定向的改變而被更改。
圖2c是當(dāng)光201不垂直于太陽(yáng)能功率源100(圖1b)時(shí)太陽(yáng)能電池204和對(duì)應(yīng)的在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的反射器206的橫截面視圖。不像在圖2a和2b的示例中示出的光201的入射角，在圖2c中圖示的示例中的光201的入射角不是大體上90°。當(dāng)入射角改變遠(yuǎn)離垂直時(shí)，(圖1b中的)控制模塊106通過(guò)以信號(hào)告知致動(dòng)器210將反射器206定位為保持將光205引導(dǎo)到太陽(yáng)能電池204而控制反射器206。相應(yīng)地，反射器206的太陽(yáng)能激勵(lì)位置依據(jù)反射器并且依據(jù)光201的入射角而改變。
如在上面提及的，聚光比可以根據(jù)聚光器陣列中或太陽(yáng)能功率源中的反射器的總數(shù)量進(jìn)行定義。這可以導(dǎo)致將聚光比應(yīng)用于反射器組中的反射器的數(shù)量。圖2d是在選定的反射器206在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中而其他反射器212在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中的情況下的示例太陽(yáng)能電池204和對(duì)應(yīng)的反射器的橫截面視圖。當(dāng)被定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置的反射器206的選定數(shù)量小于反射器組中的所有反射器時(shí)，太陽(yáng)能電池204生成小于最大量的電功率。反射器組中的一些反射器206將會(huì)被置于太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置，而相同反射器組中的其他反射器212將會(huì)被置于如在圖2d中示出的太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中。聚光器陣列中被置于太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的選定的反射器206的總數(shù)量可以對(duì)應(yīng)于聚光器陣列中的反射器的總數(shù)量的聚光比。
使用聚光比用來(lái)控制聚光器陣列108的功率輸出有利地確保航天器功率要求得以滿足而不生成過(guò)度的功率水平。從地球行進(jìn)到木星的需要1kw的功率的航天器將會(huì)設(shè)定小于最大聚光比、足以生成1kw的功率的初始聚光比，并且增加聚光比直至在木星附近到達(dá)最大聚光比以生成相同的1kw的功率。類(lèi)似地，從地球行進(jìn)到金星的需要1kw的功率的航天器將會(huì)將初始聚光比設(shè)定為足以生成1kw的功率的最大聚光比，并且減小聚光比直至到達(dá)在金星上生成相同的1kw的功率所需的最小聚光比。
圖3-圖5是圖示用于利用聚光比來(lái)自控制聚光器陣列的功率輸出的方法的流程圖。應(yīng)注意，在圖3-圖5中圖示的方法假設(shè)聚光比是基于監(jiān)測(cè)可用功率輸出和航天器功率要求。如在上面提及的，聚光比可以利用其他方法(諸如但不限于到太陽(yáng)的距離)進(jìn)行確定。在圖3-圖5中的方法的以下描述中，參照在圖1b中示出的部件，除非另有說(shuō)明。圖3-圖5中的方法可以被實(shí)施為包含計(jì)算執(zhí)行指令的軟件部件，所述計(jì)算執(zhí)行指令被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并且由控制模塊106中或航天器110上的另一計(jì)算裝置中的處理器執(zhí)行。
圖3是圖示用于控制來(lái)自聚光器陣列108的功率輸出的第一示例方法300的操作的流程圖。在圖1b中圖示的非限制性示例實(shí)施方式中，電功率控制器112確定聚光比，并且將與聚光比有關(guān)的信息(或聚光比本身)通信給控制模塊106。在步驟302處，控制模塊106接收將選定數(shù)量的反射器定位在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中的信號(hào)或命令，其中反射器的選定數(shù)量是聚光器陣列108上的反射器的聚光比。
在步驟304處，控制模塊106將聚光器陣列108上的選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置，以從聚光器陣列108生成功率輸出?？刂颇K106通過(guò)以信號(hào)告知致動(dòng)器對(duì)應(yīng)于選定數(shù)量的反射器而定位反射器。
如在上面提及的，聚光比可以針對(duì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)行進(jìn)的航天器和針對(duì)朝向太陽(yáng)行進(jìn)的航天器而被有利地調(diào)整。
圖4是圖示用于針對(duì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)行進(jìn)的航天器改變聚光比的方法400的示例的操作的流程圖。圖4中的方法400可以由電功率控制器112執(zhí)行，以便確定聚光比從而以信號(hào)告知每個(gè)聚光器模塊104a-i中的控制模塊106。在一個(gè)替代性示例中，太陽(yáng)能功率源100可以利用單個(gè)聚光器模塊104a-i來(lái)實(shí)施，該單個(gè)聚光器模塊104a-i具有執(zhí)行在本文中針對(duì)電功率控制器112描述的操作的控制模塊106。
在步驟402處，小于最大聚光比的初始聚光比被確定。在上面針對(duì)行進(jìn)到木星的具有1kw的航天器功率要求的航天器和總共25kw的最大功率輸出能力的示例中，初始聚光比可以被設(shè)定為1/25以當(dāng)大體上在地球處時(shí)生成所需的1kw。對(duì)應(yīng)于1/25的反射器組的數(shù)量被選擇，并且被定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置。在步驟404處，電功率控制器112可以評(píng)估總線功率負(fù)載以確定航天器功率要求。在步驟406處，來(lái)自聚光器陣列108或多個(gè)陣列的可用功率輸出被測(cè)量。如在上面提及的，當(dāng)航天器行進(jìn)進(jìn)一步遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，由于光的強(qiáng)度降低，可用功率輸出將會(huì)減少。
在決策方框408處，可用功率輸出與航天器功率要求進(jìn)行比較。如果可用功率輸出高于航天器功率要求(是路徑)，聚光比可以保持不變。如果可用功率輸出小于航天器功率要求(否路徑)，聚光比可以在步驟410處被增加。應(yīng)注意，閾值可以被應(yīng)用，其中可用功率應(yīng)當(dāng)被維持在航天器功率要求加上閾值處。
方法400中的控制從決策方框408和步驟410兩者進(jìn)入到步驟404以連續(xù)地監(jiān)測(cè)航天器功率要求，并且然后進(jìn)入到步驟406以連續(xù)地監(jiān)測(cè)可用功率輸出。
圖5是圖示用于針對(duì)朝向太陽(yáng)行進(jìn)的航天器改變聚光比的方法500的示例的操作的流程圖。圖5中的方法500可以由電功率控制器112執(zhí)行，以確定聚光比從而以信號(hào)告知每個(gè)聚光器模塊104a-i中的控制模塊106。在一個(gè)替代性示例中，太陽(yáng)能功率源100可以利用單個(gè)聚光器模塊104a-i來(lái)實(shí)施，該單個(gè)聚光器模塊104a-i具有執(zhí)行在本文中針對(duì)電功率控制器112描述的操作的控制模塊106。
在步驟502處，在初始位置處的大于最小聚光比的初始聚光比被確定。在上面針對(duì)行進(jìn)到金星的具有1kw的功率要求的航天器和總共1kw的最大功率輸出能力的示例中，初始聚光比可以被設(shè)定為10:1以當(dāng)大體上在為地球的初始位置處時(shí)生成所需的1kw。對(duì)應(yīng)于10：1的反射器組的數(shù)量或所有反射器組被選擇，并且被定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置。在步驟504處，電功率控制器112可以評(píng)估總線功率負(fù)載，以確定所需的來(lái)自聚光器陣列108的功率。在步驟506處，來(lái)自聚光器陣列108或多個(gè)陣列的可用功率被測(cè)量。如在上面提及的，當(dāng)航天器110朝向太陽(yáng)行進(jìn)時(shí)，由于增加的光強(qiáng)度，功率輸出將會(huì)增加。
在決策方框508處，可用功率輸出與航天器功率要求進(jìn)行比較。如果可用功率輸出小于航天器功率要求(否路徑)加上閾值，聚光比可以保持不變。如果可用功率超過(guò)航天器功率要求加上閾值(是路徑)，聚光比可以在步驟510處被減小。應(yīng)注意，閾值可以是表示被認(rèn)為過(guò)多的功率水平的合適值。
方法500中的控制從決策方框508和步驟510兩者進(jìn)入到步驟504以連續(xù)地監(jiān)測(cè)航天器功率要求，并且然后進(jìn)入到步驟506以連續(xù)地監(jiān)測(cè)可用功率輸出。
如在上面描述的，聚光比可以被單獨(dú)地應(yīng)用于選定數(shù)量的反射器或被應(yīng)用在反射器組中。圖6a是包含由太陽(yáng)能功率源602提供功率的航天器610的示例太陽(yáng)能功率空間系統(tǒng)600的方框圖，圖示了根據(jù)聚光比來(lái)激勵(lì)反射器組。太陽(yáng)能功率源602包括多個(gè)微聚光器模塊(“mcm”)604a-i，每個(gè)mcm604a-i包含控制模塊606和微聚光器陣列608。圖6a中的微聚光器陣列608包括太陽(yáng)能電池和對(duì)應(yīng)的mems反射器組。mcm604a-i是在上面參照?qǐng)D1a和1b描述的聚光器模塊10和104a-i的示例。微聚光器陣列608是在上面參照?qǐng)D1a和1b描述的聚光器陣列12和108的示例。
圖6a中的微聚光器陣列604a中的控制模塊606可以執(zhí)行在上面參照?qǐng)D3描述的方法300。根據(jù)聚光比的反射器的數(shù)量可以在反射器組中進(jìn)行選擇。以此方式，反射器的選定數(shù)量是反射器組的總數(shù)量的聚光比，所述反射器組的總數(shù)量是太陽(yáng)能電池的數(shù)量。選定數(shù)量的反射器組中的每一組中的所有反射器都被定向到如在圖2a中示出的太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置。圖6a示出了第一組反射器組620作為不被選擇為激勵(lì)對(duì)應(yīng)于第一組反射器組620的太陽(yáng)能電池的反射器組。在圖6a中被指示為灰色正方形的第二組反射器組622是對(duì)應(yīng)于1/2的聚光比的選定數(shù)量的反射器組，所述1/2的聚光比被選擇為激勵(lì)對(duì)應(yīng)于第二組反射器組622中的每一組的太陽(yáng)能電池。圖6a中的示例圖示了將太陽(yáng)能電池的聚光比選擇為激勵(lì)以輸出每個(gè)太陽(yáng)能電池的最大功率。來(lái)自微聚光器陣列604a的總功率輸出是微聚光器陣列604a的總功率輸出能力的聚光比。
圖6b是用于利用太陽(yáng)能陣列652為航天器610提供功率的示例空間系統(tǒng)650的方框圖。太陽(yáng)能陣列652包括多個(gè)微聚光器模塊660和662，每個(gè)微聚光器模塊660和662如圖6a中的mcm604a-i那樣進(jìn)行配置。在圖6b中示出的示例中，航天器610可以確定聚光比并選擇對(duì)應(yīng)于聚光比的mcm658的數(shù)量，并且然后激勵(lì)選定的mcm658上的所有反射器組以定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置。圖6b示出了太陽(yáng)能陣列652，其中作為灰色方框的第一組mcm660表示被選擇為生成mcm658的最大功率輸出能力的mcm660。在第一組mcm660中，對(duì)應(yīng)于每個(gè)mcm660中的每個(gè)微聚光器陣列608(圖6a中)中的每個(gè)太陽(yáng)能電池的每個(gè)反射器組被定向到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置，諸如，例如，圖2a中的反射器206的定向等。被示為白色方框的第二組mcm662表示不被選擇為生成功率的mcm662。在第二組mcm662中，對(duì)應(yīng)于每個(gè)mcm662中的每個(gè)微聚光器陣列608(圖6a中)中的每個(gè)太陽(yáng)能電池的每個(gè)反射器組被定向到太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置，諸如，例如，圖2b中的反射器206的定向等。
圖7是圖示來(lái)自圖1b中的具有聚光比在任務(wù)期間被改變的太陽(yáng)能聚光器陣列104a-i的太陽(yáng)能功率源100的示例實(shí)施方式的功率輸出與來(lái)自具有不實(shí)施變化的聚光比的太陽(yáng)能聚光器陣列的典型太陽(yáng)能功率源的功率輸出的比較的曲線圖700。圖7中的曲線圖700具有兩個(gè)垂直軸。右側(cè)的垂直軸(“陣列功率”)表示歸一化的功率輸出，使得值1表示航天器功率要求，并且值20表示20x航天器功率要求。左側(cè)的垂直軸(“聚光”)表示可以被圖1b中的太陽(yáng)能功率源100的示例實(shí)施方式使用的聚光比的值。
曲線圖700示出了表示典型太陽(yáng)能功率源的功率輸出的第一曲線702。第一曲線702使用右側(cè)的垂直軸(“陣列功率”)來(lái)示出功率輸出隨著到太陽(yáng)的距離增加而下降。由第一曲線702示出的功率輸出從1au處(地球處)的為大約25x航天器功率要求的功率輸出下降到木星的相距太陽(yáng)的5au距離處的大約1的功率輸出。功率輸出的下降是由于當(dāng)航天器行進(jìn)進(jìn)一步遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)光的強(qiáng)度降低。
圖7示出了表示圖1b中的太陽(yáng)能功率源100的示例實(shí)施方式的功率輸出的第二曲線704，所述太陽(yáng)能功率源100改變用于聚光器模塊104a-i的聚光比。第二曲線704也利用右側(cè)的垂直軸(“陣列功率”)來(lái)示出功率輸出大體上保持在當(dāng)航天器行進(jìn)遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)的任務(wù)的過(guò)程中的水平。
圖7在第三曲線706處示出了太陽(yáng)能功率源100的示例實(shí)施方式的聚光比與功率輸出之間的關(guān)系。第三曲線706使用左側(cè)的垂直軸(“聚光”)，并且示出了聚光比隨著航天器行進(jìn)遠(yuǎn)離太陽(yáng)而增加，以維持如通過(guò)第二曲線704指示的功率輸出水平。如在上面描述的，在任務(wù)開(kāi)始時(shí)候的低聚光比導(dǎo)致每個(gè)mcm內(nèi)的一部分反射器被定向在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中而其余反射器被定向在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中。聚光比隨著航天器行進(jìn)遠(yuǎn)離太陽(yáng)而增加，如通過(guò)第三曲線706指示的。聚光比的增加導(dǎo)致在任務(wù)期間越來(lái)越多的反射器被定向在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中，直至在大約5a.u.處所有反射器都在太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置中。功率輸出大體上保持在任務(wù)的過(guò)程中的水平。
用于控制聚光器陣列的功率輸出的系統(tǒng)和方法的示例實(shí)施方式利用聚光器將光聚焦在光伏電池上來(lái)生成電能。應(yīng)注意，反射器組中的各個(gè)反射器可以被定向在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中用于與電功率分配的管理無(wú)關(guān)的功能。例如，航天器可能暴露于足以對(duì)航天器造成損壞的突然爆發(fā)的光能。這樣的暴露可以是由于通過(guò)意圖破壞航天器的實(shí)體的激光攻擊，或由于來(lái)自自然或其他非自然源的高強(qiáng)度的爆發(fā)的光。
突然爆發(fā)的破壞性光能可以由航天器檢測(cè)。例如，在任務(wù)期間，電功率控制器112可以連續(xù)地監(jiān)測(cè)可用功率輸出。當(dāng)監(jiān)測(cè)可用功率輸出時(shí)，電功率控制器112可以感測(cè)不可能由來(lái)自太陽(yáng)的入射在聚光器陣列108的光引起的尖峰或突然的功率浪涌。電功率控制器112可以根據(jù)尖峰或突然的功率浪涌確定航天器受到足以造成損壞的突然爆發(fā)的光能的攻擊。作為響應(yīng)，聚光器陣列108可以被控制以將選定數(shù)量的反射器組定向在太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置中，從而引導(dǎo)激光遠(yuǎn)離航天器。選定數(shù)量可以是將會(huì)切斷到航天器的電功率的所有反射器組、或足以將來(lái)自激光的能量反射遠(yuǎn)離航天器的數(shù)量。這種響應(yīng)可以被自主地編程到控制程序設(shè)計(jì)內(nèi)，或潛在地在已知威脅之前從地面進(jìn)行命令。
在上面描述了一種用于控制聚光器陣列的功率輸出的示例方法，所述聚光器陣列包含多個(gè)光伏電池和被布置在反射器組中對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)光伏電池的多個(gè)反射器，所述方法包含：
接收將所述聚光器陣列上的選定數(shù)量的反射器定位到光伏電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成功率輸出的信號(hào)，其中反射器的所述選定數(shù)量是所述多個(gè)反射器的聚光比；以及
將所述選定數(shù)量的反射器定位到所述光伏電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成所述功率輸出。
在該示例方法的一個(gè)方面，每個(gè)反射器是具有被耦接到致動(dòng)器的小型化的鏡子的微機(jī)電系統(tǒng)(mems)裝置，其中調(diào)整所述選定數(shù)量的反射器中的每個(gè)反射器的步驟包含，以信號(hào)告知所述致動(dòng)器將所述小型化的鏡子定位為使得所述小型化的鏡子朝向?qū)?yīng)的光伏電池反射光。
在該示例方法的進(jìn)一步方面，所述選定數(shù)量的反射器在反射器組中進(jìn)行選擇，其中包含所述選定數(shù)量的反射器的所述反射器組的數(shù)量對(duì)應(yīng)于反射器組的所述聚光比，使得定位所述選定數(shù)量的反射器的步驟包括將所述選定數(shù)量的反射器定位為激勵(lì)對(duì)應(yīng)于聚光比的某一數(shù)量的光伏電池。
在上面描述了一種太陽(yáng)能功率源的示例，所述太陽(yáng)能功率源包含：
聚光器陣列，其包含多個(gè)太陽(yáng)能電池和多組反射器，每一組反射器對(duì)應(yīng)于所述太陽(yáng)能電池中的一個(gè)；
功率輸出，其被連接到每個(gè)太陽(yáng)能電池，以當(dāng)光從所述反射器被反射到所述太陽(yáng)能電池上時(shí)，接收由每個(gè)太陽(yáng)能電池生成的電功率；以及
控制模塊，其包含處理器和存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可操作為：
接收將所述聚光器陣列上的選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成功率輸出的信號(hào)，其中反射器的所述選定數(shù)量是所述多個(gè)反射器的聚光比；以及
將所述選定數(shù)量的反射器定位到所述太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成所述功率輸出。
在該示例太陽(yáng)能功率源的一個(gè)方面，所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：作為反射器組定位所述選定數(shù)量的反射器以激勵(lì)對(duì)應(yīng)于聚光比的某一數(shù)量的太陽(yáng)能電池。
在上面描述了一種航天器的示例。所述航天器包含：
至少一個(gè)聚光器陣列，其包含多個(gè)太陽(yáng)能電池和多組反射器，每一組反射器對(duì)應(yīng)于所述太陽(yáng)能電池中的一個(gè)，所述多個(gè)太陽(yáng)能電池被配置為生成聚光器陣列功率輸出；
功率輸出，其被連接到所述至少一個(gè)聚光器陣列中的每一個(gè)，以當(dāng)光從所述反射器被反射到所述太陽(yáng)能電池上時(shí)，接收由太陽(yáng)能電池生成的聚光器陣列功率輸出；以及
電功率控制器，其被連接為接收所述功率輸出，并且將所述聚光器陣列功率輸出從所述至少一個(gè)聚光器陣列分配到航天器，所述電功率控制器包括處理器和存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可操作為：
確定所述至少一個(gè)聚光器陣列的聚光比；
以信號(hào)告知所述至少一個(gè)聚光器陣列將選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)聚光器陣列生成功率輸出，其中反射器的所述選定數(shù)量是基于所述聚光比。
在一個(gè)方面，所述航天器進(jìn)一步包含用于與地面控制進(jìn)行通信的通信模塊。
在所述航天器的另一方面，在所述電功率控制器中，所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：
經(jīng)由通信模塊從所述地面控制接收設(shè)定點(diǎn)聚光比；以及
在確定所述聚光比時(shí)，將所述聚光比設(shè)定為從地面控制接收的所述設(shè)定點(diǎn)聚光比。
在所述航天器的另一方面，在所述電功率控制器中，所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：
接收相對(duì)于太陽(yáng)的航天器位置；
其中，當(dāng)所述航天器移動(dòng)遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，在確定所述聚光比的步驟中增加所述聚光比。
在所述航天器的另一方面，在所述電功率控制器中，所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：
接收相對(duì)于太陽(yáng)的航天器位置；
其中，當(dāng)所述航天器移動(dòng)更靠近太陽(yáng)時(shí)，在確定所述聚光比的步驟中減小所述聚光比。
在所述航天器的另一方面，在所述電功率控制器中，所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：
測(cè)量可用功率輸出；
測(cè)量航天器功率要求；
確定所述可用功率輸出與所述航天器功率要求之間的差；以及
在確定所述聚光比的步驟中，使所述聚光比基于所述可用功率輸出與所述航天器功率要求之間的所述差。
在另一方面，所述航天器進(jìn)一步包含：
多個(gè)聚光器陣列；以及
其中在所述電功率控制器中，所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：
在以信號(hào)告知所述至少一個(gè)聚光器陣列時(shí)：
以信號(hào)告知所述多個(gè)聚光器陣列中的第一選定的多個(gè)聚光器陣列將所述第一選定的多個(gè)聚光器陣列中的每一個(gè)上的所有反射器都定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置；以及
以信號(hào)告知所述多個(gè)聚光器陣列中的第二選定的多個(gè)聚光器陣列將所述第二選定的多個(gè)聚光器陣列中的每一個(gè)上的所有反射器都定位到太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置；
其中所述第一選定的多個(gè)聚光器陣列中的聚光器陣列的所述數(shù)量對(duì)應(yīng)于所述聚光比。
描述了一種用于通過(guò)至少一個(gè)聚光器模塊為航天器生成電功率的示例方法。每個(gè)聚光器模塊包含具有多個(gè)太陽(yáng)能電池和被布置在反射器組中對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)太陽(yáng)能電池的多個(gè)反射器的聚光器陣列。所述方法包含：
確定所述至少一個(gè)聚光器陣列的聚光比；
以信號(hào)告知所述至少一個(gè)聚光器陣列將選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)聚光器陣列生成功率輸出，其中反射器的所述選定數(shù)量是基于所述聚光比。
在該方法的一個(gè)方面，太陽(yáng)能功率系統(tǒng)包含多個(gè)聚光器陣列；以及以信號(hào)告知聚光器陣列的步驟包含：
以信號(hào)告知多個(gè)聚光器陣列中的第一選定的多個(gè)聚光器陣列將所述第一選定的多個(gè)聚光器陣列中的每一個(gè)上的所有反射器都定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置；以及
以信號(hào)告知所述多個(gè)聚光器陣列中的第二選定的多個(gè)聚光器陣列將所述第二選定的多個(gè)聚光器陣列中的每一個(gè)上的所有反射器都定位到太陽(yáng)能電池非激勵(lì)位置；
其中所述第一選定的多個(gè)聚光器陣列中的聚光器陣列的所述數(shù)量對(duì)應(yīng)于所述聚光比。
進(jìn)一步的，本公開(kāi)包含根據(jù)以下實(shí)施例的示例：
實(shí)施例1.一種用于控制聚光器陣列的功率輸出的方法，所述聚光器陣列包含多個(gè)光伏電池和被布置在反射器組中對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)光伏電池的多個(gè)反射器，所述方法包含：接收將所述聚光器陣列上的選定數(shù)量的反射器定位到光伏電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成功率輸出的信號(hào)，其中反射器的所述選定數(shù)量是所述多個(gè)反射器的聚光比；以及將所述選定數(shù)量的反射器定位到光伏電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成所述功率輸出。
實(shí)施例2.根據(jù)實(shí)施例1所述的方法，其中所述聚光比通過(guò)以下步驟來(lái)確定：確定航天器功率要求；測(cè)量可用功率輸出；以及基于所述可用功率與所述航天器功率要求之間的差改變所述聚光比。
實(shí)施例3.根據(jù)實(shí)施例1或2所述的方法，其中所述聚光比通過(guò)以下步驟來(lái)確定：從地面控制通信接收設(shè)定點(diǎn)聚光比。
實(shí)施例4.根據(jù)實(shí)施例1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包含：確定在由所述聚光器陣列提供功率的航天器的初始位置處的小于最大聚光比的初始聚光比；其中當(dāng)所述航天器進(jìn)一步遠(yuǎn)離太陽(yáng)移動(dòng)時(shí)，改變所述聚光比的步驟包括增加所述聚光比。
實(shí)施例5.根據(jù)實(shí)施例1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包含：確定在由所述聚光器陣列提供功率的航天器的初始位置處的大于最小聚光比的初始聚光比；其中，當(dāng)所述航天器更靠近太陽(yáng)移動(dòng)時(shí)，改變聚光比的步驟包括減小聚光比。
實(shí)施例6.根據(jù)實(shí)施例1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中定位所述選定數(shù)量的反射器的步驟包含：將所述選定數(shù)量的反射器中的每個(gè)反射器調(diào)整為反射來(lái)自太陽(yáng)的光并將所述光引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)的光伏電池。
實(shí)施例7.根據(jù)實(shí)施例1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包含：將不在所述選定數(shù)量的反射器中的多個(gè)反射器定位為沿遠(yuǎn)離所述聚光器陣列中的任何光伏電池的方向反射來(lái)自太陽(yáng)的光。
實(shí)施例8.一種太陽(yáng)能功率源，其包含：聚光器陣列，其包含多個(gè)太陽(yáng)能電池和多組反射器，每一組反射器對(duì)應(yīng)于所述太陽(yáng)能電池中的一個(gè)；功率輸出，其被連接到每個(gè)太陽(yáng)能電池，以當(dāng)光從所述反射器被反射到所述太陽(yáng)能電池上時(shí)，接收由每個(gè)太陽(yáng)能電池生成的電功率；以及控制模塊，其包含處理器和存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可操作為：接收將所述聚光器陣列上的選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成功率輸出的信號(hào)，其中反射器的所述選定數(shù)量是所述多個(gè)反射器的聚光比；以及
將所述選定數(shù)量的反射器定位到所述太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從所述聚光器陣列生成所述功率輸出。
實(shí)施例9.根據(jù)實(shí)施例8所述的太陽(yáng)能功率源，其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：確定航天器功率要求；測(cè)量可用功率輸出；以及基于所述可用功率輸出與所述航天器功率要求之間的差改變所述聚光比。
實(shí)施例10.根據(jù)實(shí)施例8或9所述的太陽(yáng)能功率源，其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：從地面控制通信接收設(shè)定點(diǎn)聚光比。
實(shí)施例11.根據(jù)實(shí)施例8-10中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能功率源，其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：確定在由所述聚光器陣列提供功率的航天器的初始位置處的小于最大聚光比的初始聚光比；其中，當(dāng)所述航天器進(jìn)一步遠(yuǎn)離太陽(yáng)移動(dòng)時(shí)，改變所述聚光比包括增加所述聚光比。
實(shí)施例12.根據(jù)實(shí)施例8-11中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能功率源，其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：確定在由所述聚光器陣列提供功率的航天器的初始位置處的大于最小聚光比的初始聚光比；其中，當(dāng)所述航天器更靠近太陽(yáng)移動(dòng)時(shí)，改變所述聚光比包括減小所述聚光比。
實(shí)施例13.根據(jù)實(shí)施例8-12中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能功率源，其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：在定位所述選定數(shù)量的反射器中，將所述選定數(shù)量的反射器中的每個(gè)反射器調(diào)整為反射來(lái)自太陽(yáng)的光并將所述光引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電池。
實(shí)施例14.根據(jù)實(shí)施例8-13中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能功率源，其中每個(gè)反射器是具有被耦接到致動(dòng)器的小型化的鏡子的微機(jī)電系統(tǒng)(mems)裝置，并且其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：在調(diào)整所述選定數(shù)量的反射器中的每個(gè)反射器中，以信號(hào)告知所述致動(dòng)器將所述小型化的鏡子定位為使得所述小型化的鏡子朝向?qū)?yīng)的太陽(yáng)能電池反射光。
實(shí)施例15.根據(jù)實(shí)施例8-14任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能功率源，其中所述非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，當(dāng)所述可執(zhí)行指令由所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述可執(zhí)行指令可進(jìn)一步操作為：將不在所述選定數(shù)量的反射器中的多個(gè)反射器定位為沿遠(yuǎn)離所述太陽(yáng)能陣列中的任何太陽(yáng)能電池的方向反射來(lái)自太陽(yáng)的光。
實(shí)施例16.一種用于通過(guò)至少一個(gè)聚光器模塊為航天器生成電功率的方法，每個(gè)聚光器模塊包含具有多個(gè)太陽(yáng)能電池和被布置在反射器組中對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)太陽(yáng)能電池的多個(gè)反射器的聚光器陣列，所述方法包含：確定所述至少一個(gè)聚光器陣列的聚光比；以信號(hào)告知所述至少一個(gè)聚光器陣列將選定數(shù)量的反射器定位到太陽(yáng)能電池激勵(lì)位置以從對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)聚光器陣列生成功率輸出，其中反射器的所述選定數(shù)量是基于所述聚光比。
實(shí)施例17.根據(jù)實(shí)施例16所述的方法，其進(jìn)一步包含從地面控制接收設(shè)定點(diǎn)聚光比，其中確定所述聚光比的步驟包含將所述聚光比設(shè)定為所述設(shè)定點(diǎn)聚光比。
實(shí)施例18.根據(jù)實(shí)施例16或17所述的方法，其進(jìn)一步包含：測(cè)量可用功率輸出；測(cè)量航天器功率要求；確定所述可用功率輸出與所述航天器功率要求之間的差；以及其中確定所述聚光比的步驟包含使所述聚光比基于所述可用功率輸出與所述航天器功率要求之間的所述差。
實(shí)施例19.根據(jù)實(shí)施例16-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中接收指示所述航天器功率要求的信號(hào)的步驟包含：接收相對(duì)于太陽(yáng)的航天器位置；其中，當(dāng)所述航天器移動(dòng)更靠近太陽(yáng)時(shí)，確定所述聚光比的步驟包括減小所述聚光比。
實(shí)施例20.根據(jù)實(shí)施例16-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中接收指示所述航天器功率要求的信號(hào)的步驟包含：接收相對(duì)于太陽(yáng)的航天器位置；其中，當(dāng)所述航天器移動(dòng)遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，確定所述聚光比的步驟包括增加所述聚光比。
所描繪的不同的示例中的流程圖和方框圖圖示了圖示性示例中的設(shè)備和方法的一些可能的實(shí)施方式的架構(gòu)、功能性和操作。在這方面，流程圖和方框圖中的每個(gè)方框可以表示模塊、節(jié)段、功能、操作或步驟的一部分、其一些組合。
在圖示性示例的一些替代性實(shí)施方式中，在方框中提及的功能或多個(gè)功能可以不按在圖中提及的順序發(fā)生。例如，在一些情況下，連續(xù)示出的兩個(gè)方框可以被大體上同時(shí)執(zhí)行，或取決于所涉及的功能性，方框有時(shí)可以以反向順序被執(zhí)行。而且，除了流程圖和方框圖中的圖示的方框外，可以增添其他方框。
不同的圖示性示例的描述已經(jīng)被呈現(xiàn)用于圖示和描述的目的，并不意圖是窮盡的或限制于所公開(kāi)的形式的示例。許多更改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將會(huì)是明顯的。進(jìn)一步的，不同的圖示性示例可以提供相比于其他期望示例不同的特征。所選定的示例或多個(gè)示例被選擇并且被描述，以便最佳地解釋示例的原理、實(shí)際應(yīng)用，并且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解各種示例的公開(kāi)內(nèi)容以及適于所預(yù)期的特定用途的各種更改。