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科技创新 太空收集太阳能不再是“狂想”

作者:东莞市宇辉太阳能 发布时间:2020-07-18

科技创新 太空收集太阳能不再是“狂想”

将太阳能作为能源和动力,人类已经探索了近400年,利用的方式一种是光热转换,一种是光电转换。其中光电转换就是在地面或其他开阔地铺设太阳能电池板,并通过控制器将太阳能直接转化成可利用的交流电或直流电,也可以先把电放入蓄电池储存起来再利用。

但通过这样的方式我们所得到的太阳能已经被大气层层层剥削,只剩太空中太阳辐射的1/10~1/5,尽管光电转化效率已经从最初的10%提升到了40%左右,但地面太阳能发电的实际效果还是打了很多折扣。因此,科学家们很早就将视野转向太空,如果能从太空直接收集太阳能,那么,太阳能的可用量将是地球上的数十亿倍。

满足人类1/3用电需求

美国宇航局(NASA)前工程师约翰·曼金斯博士正在研制一种鸡尾酒杯形卫星,声称能够在2025年满足人类1/3的用电需求。这种卫星名为“SPS-ALPHA”(随机性大型相位阵列太阳能人造卫星),由美国宇航局委托曼金斯研制,旨在探索利用部署在太空中的太阳能电池板向地球传输能量的可能性。

曼金斯最近在接受国外媒体采访时指出,如果资金到位,SPS-ALPHA最早可在2025年发射升空。他说:“一个太阳能卫星阵列便可满足人类1/3的用电需求。虽然并非同时满足,但却能够满足任何一个市场的用电需求。”

根据曼金斯的设想,SPS-ALPHA将收集的太阳能转化成微波(波长小于1米大于等于1毫米的电磁波),而后传输给地球上的发电站,后者接收后将微波转换成电,最终传输给消费者。这一系统由数千个薄而弯曲的类似镜子的组件构成,可以移动以便让所能收集的太阳能实现最大化。SPS-ALPHA内安装光伏板,将太阳能转化成微波。微波随后从这个“鸡尾酒杯”的底部传给地球。

哈尔滨工业大学电气学院副院长、智能测试及信息处理技术研究所所长朱春波在接受记者采访时表示,从太空中直接收集太阳能的想法实东莞市宇辉太阳能科技有限公司际上在几十年前就有了,只是一直都没有成功实现。

自从20世纪60年代以来,人类就从科学角度论证了“基于太空的太阳能”(SBSP,Space-based Solar Power)的可行性,而从太空轨道往地面发射微波的概念也证实是可行的。

曼金斯认为,SPS-ALPHA的成本会低于其他一些方式,比如环绕地球的单一阵列。对于这个方案,他认为,如果能够取得成功,向地球远程传输具有经济可承受性的电量,可以达到10~1000兆瓦。

朱春波认为,如果这样的技术能够成功,他们所设想的结果是可以满足的。

高效利用太阳能

朱春波告诉记者,地面上太阳光能量密度比较低,目前我们应用的太阳能板效率只有百分之十几到百分之二十,而光电转换效率又比较低。因此,我们在地面上能够利用到的太阳能是十分有限的。

在太空,理论上,在地球同步轨道上,99%的时间可以接受太阳能辐射,每平方米太阳能可以产生1336瓦热量。早在1968年,美国科学家彼得·格拉赛(Peter Glaser)就首先提出了建造空间太阳能电站的构想。

此后,美国、日本等都提出了自己的国际空间太阳能电站构想。2011年,在中国空间太阳能电站发展技术全国研讨会上,专家也提出了我国空间太阳能电站的发展思路。

2012年,斯特拉斯克莱德大学的研究人员在太空测试过一种装置,可用于收集能量并以微波或者激光束的形式传回地球。这项测试是曼金斯领导的美国宇航局先进理念研究所的一项研究的组成部分。斯特莱斯克莱德大学扮演的角色是为这一项目的结构组件研发具有革新性的解决方案。

斯特莱斯克莱德大学的马斯米利亚诺·瓦斯勒博士指出:“太空是收集太阳能的理想之地,拥有巨大优势。在太空中,你可以在一天中的任何时刻收集太阳能同时不会受到天气条件的制约。”

华南理工东莞市宇辉大学电力学院副院长张波也告诉记者,与地面能源相比,从太空中获取太阳能,不仅强度高,由于其本身是无偿的,因而成本低。

在地面上建设太阳能电站需要很大的面积,与火力发电站相比,产生同样电量的太阳能电站所需占地面积可能是火力发电站占地面积的几十倍。此外,为了避免天气对太阳能利用的干扰,就需要庞大的蓄能系统。目前来说,这都是发展太阳能的瓶颈。

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