無太空找電能

林寬雨

說起太陽能發電，想必大家都很熟悉，太陽能發電設備早就在我們的生活中得到了廣泛的應用。不過，咱們今天要介紹的是一種非同一般的太陽能發電方法。在這種方法中，太陽能發電設備都跑到了太空中，電能從太空中傳到地球。這種發電方法就是如今備受科學家青睞的空間太陽能發電技術。

太空發電的三大主力

所謂空間太陽能發電，簡單來說，就是在太空中把太陽能轉化成電能，再把生成的電能傳輸到地面利用起來。想完成這項壯舉，需要三大主力成員。

1太陽能發電裝置在太空中的太陽能發電裝置和在地面上的太陽能發電裝置工作內容一樣，都是把“熱情”的太陽能變成人們需要的電能。

2太空轉換發射裝置在太空中產生的電能想要被人們利用，得傳輸到地面才可以。為此，這些電能需要通過太空轉換裝置變身成微波或者激光，再借助發射裝置到達地面。

3地面接收轉換裝置最后，還需要地面接收轉換裝置將電能恢復原形，供入電網。這樣，通過這三大主力成員的通力合作，人們就能用到來自太空的電能啦！

太空發電優點多多

明明在地面上就能實現太陽能發電，為什么要大費周章地把發電設備送到太空中呢？之所以這么做，是因為空間太陽能發電有很多優點。

1能量充裕相比于地面，太空中的太陽能要充裕得多。據估算，1平方米的太陽能電池在多霧地區的發電功率大約是0.1千瓦。在西北地區太陽直射的正午，1平方米的太陽能電池的發電功率也只能達到0.4千瓦。但到了地球同步軌道上，1平方米的太陽能電池的發電功率能達到10千瓦以上。

2工作效率高在太空中的太陽能發電設備不受晝夜更替、季節變化等因素的影響，工作效率更高。如果把太陽能發電設備放到地球同步軌道上，它們在99%的時間內都能穩定地接收太陽輻射，這工作效率絕對是地面上的太陽能發電設備望塵莫及的。

3使用范圍廣身處太空中的太陽能發電設備覆蓋面也更廣，如果這些發電設備真能實現大規模商業化供電，很多偏遠地區都會受益。不僅如此，在太陽能發電設備控制范圍內的航天器也能沾光，可以借此擺脫笨重的太陽能電池翼輕裝上陣。

空間太陽能發電計劃

隨著地球傳統能源日漸枯竭，像太陽能這樣的可再生能源本來就備受關注，再加上太空中的太陽能發電設備的工作業績又比地面上的太陽能發電設備突出得多，很多國家早就有了建設空間太陽能電站的計劃。

早在1977—1980年，美國能源部和美國國家航空航天局就有了建設空間太陽能電站的計劃，他們設計了一種名為“參考系”的太空太陽能發電衛星系統。這個系統由60塊長10千米、寬5千米的太陽能面板組成，發電功率達到500萬千瓦。這個計劃雖然聽起來很棒，但因為資金需求量太大，沒過多久就被中止了。

日本在1987年成立了專門研究空間太陽能發電的研究組，并于1993年完成了一種名為“SPS2000”的空間太陽能發電衛星模型的設計。SPS2000衛星整體為正三角形棱柱形狀，邊長336米，柱長303米。SPS2000衛星上除了發電用的太陽能電池，還包括了集電、送電、通信、控制等部分，總質量大約為240噸。按照計劃，SPS2000衛星的組成部分由大型火箭分16次運到太空，然后由組裝機器人像搭積木一樣在太空中完成組裝。由于日本對建設空間太陽能電站過于樂觀，這個原本要在2000年前上太空的SPS2000衛星一直沒能實現自己的飛天夢。

除此之外，蘇聯、德國、法國等都提出過空間太陽能電站的建設計劃。我國是在2008年將空間太陽能電站的研發工作納入國家先期研究規劃中的。經過十多年的發展，我國在空間太陽能電站的研究上取得了很大的進步。如今已經有十幾家科研院所、高校、企業等加入了太空太陽能發電的相關研究中。2018年12月底，我國在重慶市啟動了首個空間太陽能電站實驗基地的建設工作;2018年12月23日，西安電子科技大學也啟動了一個名為“逐日工程”的相關研究項目。在空間太陽能電站的建設上，我國一路快跑，后來居上，如今已經從最初的跟跑者變成了領跑者。

困難重重有挑戰

利用太空中的太陽能發電雖然有很多優勢，但它們一時半會兒還搶不了地面上這些太陽能發電設備的“飯碗”。因為想要把太空中的太陽能利用起來，還有不少難題需要解決。

1太空太陽能電站如何建設單個太陽能電站的面積至少要有1400個足球場那么大，使用壽命要在30年以上。在地面上建設這么宏大的項目都不容易，更別說是在遙遠的太空了。

2昂貴的成本如何解決把材料從地球運到太空所需的運輸費用要比在地面上的高很多，而想要在太空中建成發電站，勢必需要很多次從地球到太空的運輸，建設成本過于昂貴是一個不可避免的難題。

3安全隱患如何消除地球同步軌道雖然是個能穩定接收太陽能的好地方，但同樣也是一個發生危險概率比較高的地方。想在這里生存，不僅要期盼不會跟周圍大量的太空垃圾發生交通事故，還得避開偶爾造訪的隕石。所以，要在地球同步軌道上建設發電設備，必須先想好如何保證它們的安全。畢竟，事故造成的后果可是不堪設想的。

當然，即便困難重重，這種既高效又環保的發電方式依舊很有吸引力。為了建成空間太陽能電站，相信科學家一定能想辦法把這些難題——解決。比如，雖然建設空間太陽能電站需要火箭往太空跑很多次，但如果能用上可回收火箭，成本就可以降低很多。