一个太空中的太阳能发电站？这里是它将怎样工作- 以及它可能带来的益处

By Jovana Radulovic 

2022/4/3

Tech

据报道英国政府正在考虑一项耗资160亿英镑来在太空中建造一座太阳能发电站的提案。

(Image credit: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons)

本文最初发表于会话（The Conversation）。该出版物将本文贡献给了太空网站的专家之声：编辑意见和洞察

约瓦纳拉杜罗威客（Jovana Radulovic），朴茨茅斯大学机械与设计工程学院院长

据报道英国政府正在考虑一项价值160亿英镑来在太空中建造一座太阳能发电站的提案。

是的，你读那个对的。天基太阳能发电是政府的净零创新产品组合中的特色技术之一。它已被识别为一种潜在的解决方案，与其他解决方案一道来使英国到2050年取得净零排放。

但在太空中的一个太阳能发电站将会怎样工作呢？这项技术的优点和缺点是什么？

天基太阳能发电涉及在太空中收集太阳能并将它转移到地球。虽然这个想法本身并不新鲜，但最近的技术进步已经使这一前景更可取得的。

天基太阳能发电系统涉及一颗太阳能卫星------一个配备有太阳能电池板的巨大航天器。这些面板产生电，电然后被高频无线电波无线发射到地球。一个叫整流二极管天线的地面天线被用来将无线电波转换为电，电然后被交给电网。

一个在轨道中的天基太阳能发电站每天被太阳照亮24小时，因此可以连续的产生电。这代表一个优于地面太阳能系统（地球上的系统）的优势，地面太阳能系统只能在白天期间产生电并取决于天气。

预计到2050年全球能量需求增长近50%，天基太阳能可能对帮助满足世界能量部门不断增长的需求和应对全球气温上升是关键。

一些挑战

一个天基太阳能发电站是基于一个模块化设计的，其中大量的太阳能模块被轨道中的机器人组装。将所有这些元件运送到太空是困难的、昂贵的，并且将在环境上有代价。

太阳能电池板的重量被识别为一个早期挑战。但这通过开发超轻型太阳能电池（太阳能电池板由更小的太阳能电池组成）已经被解决。

天基太阳能被认为在技术上是可行的，主要是因为关键技术中的进步，包括轻重量太阳能电池、无线电能传输和空间机器人。

重要的是，组装甚至仅一个天基太阳能发电站将需要多次航天飞机发射。虽然从长远来看，天基太阳能发电被涉及来减少碳排放，但与太空发射相关有大量排放以及成本。

航天飞机目前不能重复使用，尽管像SpaceX这样的公司正工作在改变这个上。能够重复使用发射系统将大大降低天基太阳能发电的总体成本。

 地球上的太阳能发电系统只能在白天产生能量。(Image credit: Diyana Dimitrova/Shutterstock)

如果我们设法成功建造一个天基太阳能发电站，它的运行也面临着几个实际挑战。太阳能电池板可能被空间碎片破坏。此外，太空中的面板不被地球大气层屏蔽。被暴露在更强烈的太阳辐射意味着它们将比地球上的那些更快降解，这将减少它们能够来产生的功率。

无线电力传输的效率是另一个问题。跨大距离传输能量------在这种情况下从一个太空中的太阳能卫星传输到地面------是很困难的。基于目前的技术，只有一小部分收集的太阳能会到达地球。

试点项目已经在进行

美国的太空太阳能发电项目正在开发高效太阳能电池以及未在太空使用被优化的转换和传输系统。美国海军研究实验室于2020年在太空中测试了太阳能模块和电源转换系统。与此同时，中国已经宣布了在它的璧山空间太阳能发电站上的进展，目标是到2035年有一个正常运行的系统。

在英国，基于最近的弗雷泽尔那什咨询公司报告，一个耗资170亿英镑的天基太阳能发电开发被认为是一个可行的概念。该项目被预计用小型试验开始，到2040年建成一个可运行的太阳能发电站。

这颗太阳能卫星的直径会是1.7公里，重约2000吨。地面天线占用大量的空间------大约6.7公里乘13公里。鉴于跨英国土地的使用，它更有可能被放置在海上。

这颗卫星将向英国提供2GW的电力。虽然这是一个实在量的电力，但它对英国的约76GW发电能力的贡献是小的。

由于初始成本极端的高和投资回报缓慢，该项目将需要实在的政府资源以及来自私营公司的投资。

但随着技术的进步，太空发射和制造的成本将稳步下降。该项目的规模将允许大规模制造，这应该在一定程度上驱动成本下降。

是否天基太阳能发电能够帮助我们到2050年满足净零排放还有待观察。其他技术如多样化和灵活的储能、氢和可再生能源系统中的增长被更好理解并能被更准备就绪应用。

尽管面临挑战，但天基太阳能发电是一个令人兴奋的研究和开发机会的先驱。未来，该技术很可能在全球能量供应中起一个重要角色。

本文在知识共享许可协议下转载自会话（The Conversation），阅读 原文。