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03鈣鈦礦可能讓太空組件更輕

加州理工學(xué)院的研究人員

為了產(chǎn)生千兆瓦的電力，軌道陣列的尺寸需要超過一平方公里。這是國際空間站規(guī)模的100多倍。國際空間站花了十年時(shí)間建造。陣列將由可以批量生產(chǎn)和單獨(dú)發(fā)射的模塊在太空中組裝。

加州理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)將一個(gè)緊密折疊的結(jié)構(gòu)展開成一個(gè)大約餐桌大小的太陽能電池板平臺(tái)，但全尺寸陣列中的模塊可能長(zhǎng)達(dá)60米。

其他項(xiàng)目使用了不同的設(shè)計(jì)思路。歐空局的Solaris計(jì)劃正在考慮的建議之一是螺旋結(jié)構(gòu)。

歐洲航天局正在研究軌道太陽能電池陣列如何向地球發(fā)射可再生能源

太陽能電池需要輕巧高效，以降低發(fā)射成本。每公斤面板應(yīng)該產(chǎn)生1－2千瓦的功率，領(lǐng)導(dǎo)英國公私太空能源計(jì)劃技術(shù)工作的物理學(xué)家David Homfray說。這種功率重量比大約是地球上傳統(tǒng)硅電池的50倍。大多數(shù)設(shè)計(jì)旨在使用聚光器，鏡子和其他創(chuàng)新結(jié)構(gòu)來增加太陽能電池在陽光下的暴露。

這些細(xì)胞還需要承受太空中的強(qiáng)烈輻射。然而，許多太空探測(cè)器中使用的堅(jiān)固的太陽能光伏材料過于昂貴，無法部署在巨大的陣列中，因此研究人員需要知道更便宜的替代品將如何發(fā)揮作用。

為此，加州理工學(xué)院原型的實(shí)驗(yàn)將試驗(yàn)32個(gè)輕質(zhì)光伏電池，包括低成本鈣鈦礦�！斑@里的想法是做一個(gè)長(zhǎng)壽測(cè)試，”加州理工學(xué)院項(xiàng)目的共同負(fù)責(zé)人Ali Hajimiri說。

光伏技術(shù)也在逐步提高。輕質(zhì)電子元件越來越好，越來越便宜。此外，發(fā)射成本也越來越便宜。馬斯克的SpaceX在其網(wǎng)站上有一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算器，顯示如果你想將一顆50公斤重的衛(wèi)星發(fā)射到太陽同步軌道上，他們的收費(fèi)也就是275000美元左右。

04太陽能將如何到達(dá)地球？

NASA

這可以說是最大的挑戰(zhàn)。

雖然激光束可以有效地傳輸能量，但云層卻會(huì)阻擋它們。為了避免這個(gè)問題，研究人員希望將太陽能電池陣列的電力轉(zhuǎn)化為微波，微波穿過大氣而不會(huì)損失太多能量。

然而，微波在傳播時(shí)會(huì)擴(kuò)散，因此工程師需要仔細(xì)同步波的發(fā)射方式，并使用數(shù)公里寬的接收站來收集它們。

將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后轉(zhuǎn)化為微波，再轉(zhuǎn)化為地面上的電能，將不可避免地招致一些損失。

歐空局估計(jì)，落在太空光伏電站上的太陽能中，需要有10％－15％輸送到地面的電網(wǎng)中，整個(gè)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上測(cè)算下來才是可行的。然而，該機(jī)構(gòu)表示，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，仍然需要在幾種能量轉(zhuǎn)換技術(shù)方面，取得相當(dāng)大的突破。

如上文所說，我國的“逐日行動(dòng)”在地球上的一項(xiàng)小規(guī)模實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)使用微波將太陽能傳輸超過55米。使用傳統(tǒng)的硅電池，目前該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了約2．4％的整體效率。該測(cè)試至少證明，這種傳輸方法是可以實(shí)現(xiàn)的。

05這一切努力值得嗎？安全嗎？

彈出式配置中的功率發(fā)射器陣列；來源：加州理工學(xué)院新聞

空間機(jī)構(gòu)和各國政府都認(rèn)為，天基太陽能可能有助于實(shí)現(xiàn)到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的目標(biāo)。

太空太陽能肯定比地面太陽能貴得多。然而，卡彭特說，它可以與其他連續(xù)低碳能源的成本相媲美，例如采用碳捕獲技術(shù)的核能或天然氣。

與此同時(shí)，英國格拉斯哥斯特拉斯克萊德大學(xué)的研究人員計(jì)算出，一個(gè)太空太陽能發(fā)電站需要不到六年的時(shí)間就可以抵消開發(fā)、建造和安裝該項(xiàng)目所排放的溫室氣體。

從太空發(fā)射微波能量是非常安全的。

將選擇波束的頻率，使其不會(huì)中斷飛機(jī)通信�？ㄅ硖卣f，由于它的功率將分布在如此廣泛的區(qū)域內(nèi)，地面站接收的平均能量密度約為每平方米50瓦，這相當(dāng)于微波爐在使用時(shí)所造成的外部無害微波水平。

但研究人員需要證明對(duì)人類、動(dòng)物或更廣泛的環(huán)境沒有不利影響。“我認(rèn)為他們需要從經(jīng)歷過同樣問題的移動(dòng)無線行業(yè)中吸取經(jīng)驗(yàn)，不要輕視這些問題，而是通過研究，來向公眾證明這一點(diǎn)�！杯偹拐f。

趕碳號(hào)認(rèn)為，在太空光伏的電池、組件研發(fā)方面，中國光伏企業(yè)大有可為。雖然，從短期來看可能徒勞無功。但是，別忘了，人類的絕大多數(shù)科學(xué)研究，都是從基礎(chǔ)到應(yīng)用的一個(gè)過程。科研成果本身，每一次對(duì)于商業(yè)的反哺所爆發(fā)出的巨大能量，都是驚人的。

（編輯：趕碳號(hào)）

END

       原文標(biāo)題 : 光伏已經(jīng)上天！航天強(qiáng)國間的太空光伏角逐！我國已啟動(dòng)逐日行動(dòng)！