加州理工寄望太空太阳能发电 明年开启早期技术演示

太阳能被人类寄予了对于清洁能源的厚望，但受日夜交替和天气因素的影响，光伏面板无法始终做到恒定的全功率输出。为了尽最大限度地利用这一资源，许多人将希望寄托到了太空 24 / 7 光伏发电 + 无线传输到地面站的方案。加州理工学院的 Michael Kelzenberg 表示：“太空太阳能的最大优势，就是能够日夜持续工作”。

国际空间站资料图（来自：NASA 官网）

在恶劣的气候背景下，太空太阳能已变得较以往任何时候都更加重要。随着世界各地领导人因 COP26 气候峰会而齐聚苏格兰格拉斯哥，这一选项有望极大减少我们的碳足迹。

即便无法单独通过太空太阳能来化解气候危机，但绿色创新对于达成 2015 年巴黎气候协定的目标 —— 于本世纪末将全球变暖控制在 2 ℃（3.6 ℉）之内 —— 还是至关重要的。

早在 1900 年代初期，俄罗斯科学家兼数学家 Konstantin Tsiolkovsky（又被称作航天 / 载人航天之父）就已经提出了一系列在地球之外应用人类技术的未来设想。

自从贝尔实验室于上世纪 50 年代发明了第一个混凝土“太阳能电池板”以来，国际科学家们就一直在努力让这个梦想成为现实，其中就包括美日等国家的研究人员、美国军方、以及加州理工学院带领的研发团队。

加州理工轻量级光伏面板原型结构展示（图自：Caltech）

项目高级研究科学家 Michael Kelzenberg 表示，学界于 1960 年代末 - 1970 年代开展了广泛的太空太阳能研究，那是段类似于阿波罗计划的鼎盛时期。

遗憾的是，受材料体积重量的影响，早期技术不够先进、更别提经济高效地实现预期目标，尤其是怎么将光伏装置艰难地送到太空。

不过项目首席研究员 Harry Atwater 道出了一个好消息，因为加州理工学院的研究团队，正致力于将光伏组件的质量减少到 1/10 乃至 1/100 。

如上图所示，新型光伏面板的结构相当轻巧、紧凑、并且能够轻松折叠。每个模块化的组件都具有完整的功能，并且能够在太空中联合起来工作。

（图自：Caltech / The Space Solar Power Project）

据悉，研究团队一直设想着通过一系列复合材料，来打造一种理想中的超轻结构。尽管与地面上使用的光伏面板相比，其转化效率可能低一些。

但 Kelzenberg 指出，太空中的“转化率”并不是重点，因为这些太阳能帆板可以 24 / 7 地持续工作，而且不受风雨云等气候因素的影响。

当阳光照射在这些太空光伏组件上时，它们会吸收汇聚直流电能，然后我们可以将它转化为射频能量（微波辐射），无线传输到地面端的接收站。

如此一来，除非经历极端恶劣的天气，太空太阳能的输送才会被中断。常规的雨雾、夜间、较温和的风暴，并不会对其产生多少不利影响。

无线能量传输有助实现 24 / 7 清洁能源供电（图自：Caltech / The Space Solar Power Project）

至于许多人担心的辐射是否会对地面生物（比如植被）造成影响，其解释称接收端的功率密度与晴天阳光相当，且太空太阳能系统在设计之初就充分考虑到了安全性。

此外作为额外的安全预防措施，有关部门能够划定一个闲人免入的区域。以便地面站能够安心地将微波能量转换为交直流电，然后并入公共电网。

如果一切顺利，研究团队有望于 2022 年底通过商业航天器开展太空太阳能组件的早期技术演示。