2022年6月5日，是一個值得光伏行業(yè)記住的日子。在這一天，世界首個全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)順利通過專家組驗收。
西安電子科技大學(xué)段寶巖院士帶領(lǐng)“逐日工程”研究團隊所取得的這一成果總體處于國際先進水平，對中國下一代微波功率無線傳輸技術(shù)與空間太陽能電站理論與技術(shù)的發(fā)展具有支撐性、引領(lǐng)性，應(yīng)用前景十分廣闊。
這一成果的取得，意味著中國在向空間電站探索的進程中邁出了重要的一步，空間太陽能發(fā)電未來有可能夢想成真，在全球能源供應(yīng)中發(fā)揮重要作用，從而更好地解決能源短缺及碳排放問題。
段寶巖表示，空間太陽能電站研究是一個能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”，涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常之多。不同于地面電站，為后續(xù)能夠向太空發(fā)送，太空電站的光伏電池要求做得非常薄、非常輕，每平方米的重量不超過200克，還要突破高效率的無線能量轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)等。這就需要所有相關(guān)企業(yè)的共同努力。
建在太空中的太陽能發(fā)電站
如何提高對太陽能的利用效率是光伏行業(yè)一直在思考和探索的一個重要課題。
往太空發(fā)展太陽能發(fā)電作為其中的一種方式，逐漸走入人們的視野。1968年，美國航空航天工程師彼得·格拉塞(Peter Glaser)撰寫了第一個關(guān)于空間太陽能系統(tǒng)的正式提案。這一設(shè)想建立在一個極其巨大的太陽能電池陣的基礎(chǔ)上，由它聚集大量陽光，利用光電轉(zhuǎn)換原理達到發(fā)電的目的。發(fā)出的電以微波形式傳輸?shù)降厍蛏?，然后通過天線接收經(jīng)整流轉(zhuǎn)變成電能，送入全國供電網(wǎng)，供用戶使用。由此可見，空間太陽能電站主要由“發(fā)”“送”“收”三部分組成。
格拉塞之后，1979年，美國科學(xué)家提出更為具體的方案——“1979 SPS基準系統(tǒng)”，即建立一個50平方公里的單晶硅太陽能電池板就能接收70GW能量，然后再用一個直徑為1千米的微波發(fā)射天線就能向地球輸送9GW的直流電。
33年后的2012年,NASA發(fā)布了ALPHA(阿爾法)方案，通過多組六邊形反射鏡，將日光一次或多次反射到底部的光伏電池上。
如今，空間太陽能電站研究是全世界的一個熱點話題。世界上很多國家如美國、日本、歐盟、俄羅斯和印度等的航天機構(gòu)都在開展此方面的研究。
空間太陽能電站研究之所以會成為各國的研究熱點，主要還要歸因于空間太陽能電站的優(yōu)勢。
據(jù)了解，與地面光伏電站相比，空間太陽能電站不受晝夜、天氣、地區(qū)緯度等自然因素的影響，對太陽能的利用率更高。有資料顯示，每平方米太陽能電池在中國西北地區(qū)的最高發(fā)電功率約0.4千瓦，在平流層的發(fā)電功率達7-8千瓦，而在距離地球表面約3.6萬公里的地球同步軌道上，發(fā)電功率可達10-14千瓦。
此外，空間太陽能電站的應(yīng)用范圍比較廣。在段寶巖團隊看來，空間太陽能電站的應(yīng)用主要有以下兩點：成為軌道中的“太空充電樁”，為太空運轉(zhuǎn)的各類航空器以及地面運轉(zhuǎn)的移動設(shè)備供電，而不再需要龐大的太陽帆板;一旦地面無線充電樁的構(gòu)想獲得突破，可確保持續(xù)、靈活、可靠、實時的能源供應(yīng)，將具有廣闊的現(xiàn)實價值。
中國發(fā)展突飛猛進
比起美日等國家，中國在空間太陽能電站方面屬于進入最晚、但發(fā)展最快的一個國家。而其中，中國已經(jīng)在光伏技術(shù)的領(lǐng)先度上，超越其他國家一大截。
2013年，中國通過一份題為《關(guān)于盡早啟動中國太空發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)研究的建議》的院士聯(lián)名建議案，開始推動中國空間太陽能電站的研究工作。
2014年，西安電子科技大學(xué)段寶巖院士團隊提出了歐米伽(OMEGA)空間太陽能電站設(shè)計方案。這一設(shè)計方案與美國的阿爾法(ALPHA)設(shè)計方案相比，有著三大優(yōu)勢：控制難度下降，散熱壓力減輕，功質(zhì)比(天上系統(tǒng)的單位質(zhì)量所產(chǎn)生的電)提高約24%。
2018年底，中國空間太陽能電站實驗基地在璧山啟動建設(shè)，項目總占地面積約200畝，其中核心試驗區(qū)約為106畝。根據(jù)規(guī)劃，中國將在2030年建成首個空間太陽能電站，并在2050年之前建成商業(yè)化電站。
要建成商業(yè)化電站，從目前看盡管技術(shù)原理、發(fā)電及轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)沒有多大問題，但有專家表示，要達到工業(yè)應(yīng)用標準，對發(fā)電量要求將更高，至少是兆瓦、吉瓦量級，而光伏組件也有可能要用平方公里來計算。而對于平方公里量級的太陽能電池板，就需要采用單晶硅這類成本更低的方案。
為了實現(xiàn)這一目標，光伏企業(yè)，尤其是光伏龍頭企業(yè)，應(yīng)致力于研發(fā)成本更低、轉(zhuǎn)化效率更高、可靠性更強的光伏產(chǎn)品，并進行嚴苛的驗證。
對于光伏行業(yè)來說，這還有一段路要走，但終歸要邁開那一步屬于自己的步伐。9月15日，我們共同期待!
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