“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”動(dòng)力揭秘

甘志星

北京時(shí)間2015年3月9日，全球最大的太陽(yáng)能飛機(jī)“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”于阿聯(lián)酋首都阿布扎比正式開(kāi)啟長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的環(huán)球之旅。按照此前指定的飛行路線圖，在長(zhǎng)達(dá)3.5萬(wàn)千米的飛行旅途中，飛機(jī)將途經(jīng)阿拉伯海、印度、緬甸、中國(guó)、太平洋、美國(guó)、大西洋、南歐和北非，并最終返回阿布扎比。4月22日凌晨，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”已抵達(dá)南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)。如果此次環(huán)球之旅順利，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”將成為世界上首架環(huán)球航行的太陽(yáng)能飛機(jī)。

直擊“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”

從外形上看，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”就像一只展翅翱翔的雄鷹，它有一對(duì)翼展達(dá)72米的翅膀，但機(jī)身非常窄小，機(jī)艙不到4平方米，只能容納1名飛行員，質(zhì)量有2.3噸。飛機(jī)“身輕如燕”的奧秘正在于機(jī)身和機(jī)翼均采用了極輕的碳纖維材料，這能最大程度上減輕機(jī)身質(zhì)量，同時(shí)也能極大減少飛行過(guò)程中的動(dòng)力消耗。“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”寬大的機(jī)翼中共鑲嵌了來(lái)自美國(guó)加利福尼亞州光伏企業(yè)SunPower提供的17248片高效太陽(yáng)能電池，它能將所吸收的22.7%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為可利用的能量。

高效的太陽(yáng)能電池可以產(chǎn)生最大70千瓦的功率，輸出的電力可以帶動(dòng)四扇直徑4米的雙葉螺旋槳給飛機(jī)提供動(dòng)力，使飛機(jī)維持每小時(shí)50～100千米的飛行速度。太陽(yáng)能電池板所產(chǎn)生的電能，除了供其日間飛行外，還可以將多余的電能儲(chǔ)存在發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙中重達(dá)633千克的鋰聚合物電池組。這樣一來(lái)，有了能量?jī)?chǔ)備的飛機(jī)不但能在白天飛行，同時(shí)也能保證夜間的飛行，迎來(lái)新一天的陽(yáng)光。

“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”受天氣條件等因素的制約，飛機(jī)很難僅僅依靠太陽(yáng)能進(jìn)行不間斷的飛行，環(huán)球飛行過(guò)程，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”在空中的實(shí)際飛行時(shí)間約為25天。它每隔數(shù)天降落一次，完成2名飛行員的互換，與此同時(shí)還會(huì)完成飛機(jī)檢修等一系列工作。

“陽(yáng)光電源”起底

太陽(yáng)能電池種類繁多，乘著陽(yáng)光環(huán)游世界的“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”采用的又是哪一種呢？目前太陽(yáng)能發(fā)電主要有太陽(yáng)能熱電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電兩種形式：太陽(yáng)能熱電通過(guò)匯聚太陽(yáng)光加熱鍋爐，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成熱能，再通過(guò)機(jī)械能裝置將熱能轉(zhuǎn)變成電能；太陽(yáng)能光伏發(fā)電利用太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體材料上的光電效應(yīng)，直接收集電子流進(jìn)行發(fā)電。

在眾多光伏電池中，硅基太陽(yáng)能電池是最為成熟的光伏電池。根據(jù)硅材料的不同，可分為單晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池等多種。單晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最高的，實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)也可達(dá)15%～18%，在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，雖然在轉(zhuǎn)換效率上遠(yuǎn)優(yōu)于其他兩種，但單晶硅的成本卻居高不下。多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本低廉，在實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率也可達(dá)到10%，具有非常樂(lè)觀的市場(chǎng)潛力。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本同樣低廉，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率也可達(dá)10%以上，但由于其穩(wěn)定性不高，這極大地限制了它的推廣使用。如果能解決穩(wěn)定性問(wèn)題，它必將成為太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的一顆新星。

“逐日之旅”動(dòng)力揭秘

至此，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”的動(dòng)力之謎已慢慢浮出水面。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱電電池需要借助巨大的反光鏡和笨重的機(jī)械設(shè)備汽輪機(jī)輔助發(fā)電，這無(wú)疑會(huì)增加飛行器的飛行負(fù)擔(dān)。由此看來(lái)，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”采用的應(yīng)該是硅基太陽(yáng)能電池，從它高達(dá)22.7%的能量轉(zhuǎn)換效率推斷，動(dòng)力之源非單晶硅薄膜太陽(yáng)能電池莫屬。

單晶硅薄膜太陽(yáng)能電池不但在“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”的環(huán)球之旅中有不俗的表現(xiàn)，在“游弋”于太空中的航天器，如“嫦娥號(hào)”系列、“天宮一號(hào)”以及“玉兔號(hào)”月球車，都有單晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的精彩亮相。