在太空建光伏发电站,可行吗?


来源:宇宙观察室

[导读]  虽然建设太空发电站面临着诸多困难,但中国科学家们并没有退缩,他们正在努力攻克这些挑战,为人类的能源利用做出贡献。

中国粉体网讯  太阳能的潜力非常大,因为太阳就像一个永不停歇的巨大的核反应堆,源源不断地输送出光和热。即使是经过超长距离和大气层的阻挡,每秒钟太阳送达地球的能量都相当于500万吨煤所创造的能量。


而事实上地球大气层接收到的太阳能能量仅占整个太阳辐射能量的22亿分之一,因此科学家们认为,要充分利用太阳能,最好的方式是将太阳能发电站建到太空。


太空太阳能发电站不仅能够充分利用太阳的光和热能,而且能够避免地球大气层的阻挡和光污染,从而提高发电效率。


据统计,每年有1/3的时间地球接收不到太阳能,而太空太阳能发电站则可以全年不间断地获取太阳能,实现稳定输出。


现如今,美国、俄罗斯、日本等国已经开始了太空太阳能发电站的研究和开发,这将是未来全球清洁能源的解决方案之一。


目前建设空间太阳能电站首先是技术难题。


空间太阳能电站是一个巨大的工程,对于现有的航天器技术提出了很大挑战:规模大,质量达到万吨以上,比目前的卫星高出4个数量级,需要采用新材料和新型运载技术;


面积达到数平方公里以上,比目前的卫星高出6个数量级,需要采用特殊的结构、空间组装和姿态控制技术;功率大,发电功率为吉瓦,比目前的卫星高出6个数量级,需要特别的电源管理和热控技术;


寿命长,至少达到30年以上,比目前的卫星高出一倍以上,需要新材料和在轨维护技术;效率高,需要先进的空间太阳能转化技术和微波转化传输技术。


其次是成本问题。有专家估算,建设一个天基太阳能发电站需要耗资3000亿至10000亿美元。因此,成本问题可能是制约空间太阳能电站发展的主要因素。在新概念、新技术和大规模商业化之前,收入难以补偿整个系统的建造和运行成本。


再次是环境影响。虽然空间太阳能电站功率很大,但由于微波能量传输距离远(36000公里),根据微波能量传输特性,实际接收天线的能量密度比较低。


最后是运行问题。空间太阳能电站运行中还有许多问题,其中包括需采取相应措施对波束进行安全控制问题、对于飞行器的影响、空间碎片可能对空间太阳能电站造成局部损害、易攻击性、可能成为空间垃圾等。


此外,还有轨道和频率、产能、发射能力等问题。


但是,随着技术的不断发展和成本的不断下降,太空太阳能发电站的建设将成为未来可行的解决方案之一。


除了太空太阳能发电站,太阳能在地面上的利用也有很大的潜力。目前,很多国家都在积极开展太阳能光伏发电的建设和推广。


例如,中国在“十三五”规划中提出要加快太阳能光伏发电的建设和利用,力争到2020年太阳能光伏发电总装机容量达到1亿千瓦。


在欧洲,德国是太阳能光伏发电的先行者,其太阳能光伏发电占全球总量的1/3,太阳能发电量已经占到德国全国发电总量的7%以上。


太阳能在地面上的利用不仅可以为地球提供清洁能源,还能为人类带来更加美好的生活环境。


总之,随着全球气候变化的不断加剧,发展新能源替代传统能源已成为全球性的问题。太阳能作为一种完全环保清洁,储备巨大而又稳定输出的能源,具有巨大的潜力,可以成为全球清洁能源的解决方案之一。


虽然建设太空太阳能发电站的成本很高,但是随着技术的不断发展和成本的不断下降,太空太阳能发电站的建设将成为未来可行的解决方案之一。


地面上太阳能的利用也有很大的潜力,在未来的发展中将发挥更加重要的作用。


逐日工程:中国的空间太阳能发电站计划中国科学家提出了名为“逐日计划”的太空太阳能发电站构想。这个计划的目标是在太空中建立一个巨大的发电站,利用太阳能为地球提供电力。


虽然建设太空发电站面临着诸多困难,但中国科学家们并没有退缩,他们正在努力攻克这些挑战,为人类的能源利用做出贡献。


过去几十年,太空资源一直备受关注,特别是太阳能。在70年代,美国就开始了太空能量挖掘计划,并提出了在太空建设太阳能发电站的想法。然而,实现太空发电站的目标并不容易。


首先,太空发电站需要完成复杂的光源收集、转换和传输等任务,而将这样庞大的设备送入太空也是一项巨大的挑战。


目前的航天技术无法将重达十万吨的太空发电站一次性发射出去,因此必须将其拆分成多个部件,分多次发射和组装,这将极大增加太空发电站的基础建设成本。


其次,太空环境没有大气层的保护,太阳能收集和发电装置将面临更严峻的考验,传统的太阳能收集板难以满足长时间作业的要求。最后,即使解决了以上两个难题,如何将转化的电力以最有效的方式传输到地球也是一个挑战。


在面临诸多困难的情况下,美国并没有真正实现他们的太空发电站计划。


然而,中国的科学家们并没有气馁,他们提出了著名的“逐日计划”,旨在在太空建立一个新的“三峡”工程,建成后的太空“三峡”发电站将产生比地球上任何现有发电站都要多的电力,可以为美国全国提供半年的电力供应。


逐日计划始于2013年,中国开始推动太空太阳能发电站的研究工作。


在国家的大力支持下,2017年,中国首个空间太阳能发电站实验室在西安电子科技大学成立,2018年正式启动了空间太阳能发电站的研究项目。


这个项目拥有一个非常中国化的名字——逐日工程。


值得欣喜的是,2021年,中国已经开始了空间太阳能发电站的测试研制工作。


这是一个令人振奋的消息,因为中国已经攻克了之前美国在建设空间太阳能发电站所面临的各种困难。


首先,庞大的空间太阳能发电站建设难题。中国拥有长征系列重型火箭,不仅运载能力足够强大,而且具备成熟的载人航天技术。


其次,光源收集、转换和传输等任务的解构复中国实现了将太阳能转化为微波能量并将其传输回地球的突破,这一技术可能在2028年进入实践阶段。


随着太空太阳能发电站的竞争加剧,许多国家纷纷加大研发投入。


虽然日本在微波传输方面已取得突破,但在航空发射和太阳能转化方面还存在短板。


英国政府计划在2035年实现太空太阳能发电站的建设。


保护地球和开发清洁可再生能源是全球国家的共同使命,而太空资源开发技术的掌握将决定谁在未来拥有更多话语权。


中国在这一领域必定占据重要地位。中国的天宫一号和二号空间站发射以及太空站建设过程中积累了大量经验,为在太空建设太阳能发电站奠定了基础。


同时,西安电子科技大学实验室的研究课题是太阳能收集技术,他们承担了为逐日计划空间太阳能发电站研发光板材料的任务,并通过科学合理的布局设计和建设太空太阳能发电站。


而将太空太阳能发电站产生的电能传输回地球则是最大的挑战。


中国科学家在2022年6月发表的一篇论文中宣布,他们已经突破将太阳能转化为微波能量并传输回地球的技术。


通过这项技术,电能可以转化为微波,然后以无线传输的方式送回地球。


这项科技突破预计最快将在2028年进入实践阶段,届时全球能源结构将发生翻天覆地的变化。太空太阳能发电站的竞争已经成为全球范围内的焦点。


除了美国和中国,许多国家也加大了研发投入。日本、印度、英国等国家都在积极研究太空太阳能发电站的建设。


日本已经在微波传输技术方面取得突破,并在太空太阳能发电站建设领域处于领先地位。然而,日本在航空发射和太阳能转化方面仍存在较大的短板。


英国政府已宣布加大对太空太阳能发电站的研发力度,并计划在2035年实现其建设。


保护地球和开发清洁可再生能源已成为全球国家的共同使命,而掌握太空资源开发技术将决定未来谁拥有更多的话语权。中国在这一领域必定占据举足轻重的地位。


回顾整篇文章,中国科学家在太空太阳能发电站技术方面取得了重要突破,将太阳能转化为微波能量并将其传输回地球。


这项技术的实践阶段预计在2028年开始,届时全球能源结构将发生巨大变化。太空太阳能发电站已经成为全球各国研发的焦点,许多国家都加大了投入。


日本在微波传输方面取得了突破,但在航空发射和太阳能转化方面还存在短板。


英国政府也宣布加大研发力度,并计划在2035年实现太空太阳能发电站的建设。


保护地球和开发清洁能源是全球共同的使命,而掌握太空资源开发技术将决定谁拥有话语权。中国在这一领域具有重要地位。


文章中提到的中国科学家突破将太阳能转化为微波能量并传输回地球的技术令人兴奋和震惊。


这项技术的实践阶段即将到来,这将对全球能源格局产生革命性的影响。然而,除了技术突破外,我们还需要考虑其他因素,如安全性、可持续性和成本效益。


在太空太阳能发电站建设的过程中,我们必须确保设施的安全性,并避免对地球环境造成负面影响。


此外,我们还需要考虑太空太阳能发电站的可持续性和经济效益,以确保其长期运营和发展。


在这个新兴领域中,中国有着巨大的潜力和优势。


中国已经在太空领域取得了重大突破,并在天宫一号和二号空间站的建设中积累了宝贵的经验。


中国的科学家和工程师在太空技术方面具有丰富的知识和专业技能。


此外,中国政府已经制定了清晰的发展战略和政策支持,为太空太阳能发电站的建设提供了良好的环境。


然而,面临的挑战也不容忽视。太空太阳能发电站的建设需要大量的资金和技术支持。


在未来,太空太阳能发电站将成为全球能源供应的重要组成部分。


(中国粉体网编辑整理/星耀)

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