加州理工2022年底開展太空太陽能組件的早期技術演示

太陽能被人類寄予了對于清潔能源的厚望，但受日夜交替和天氣因素的影響，光伏面板無法始終做到恒定的全功率輸出。 為了盡最大限度地利用這一資源，許多人將希望寄托到了太空 24 / 7 光伏發電 + 無線傳輸到地面站的方案。 加州理工學院的 Michael Kelzenberg 表示：“太空太陽能的最大優勢，就是能夠日夜持續工作”。

在惡劣的氣候背景下，太空太陽能已變得較以往任何時候都更加重要。隨著世界各地領導人因 COP26 氣候峰會而齊聚蘇格蘭格拉斯哥，這一選項有望極大減少我們的碳足跡。

即便無法單獨通過太空太陽能來化解氣候危機，但綠色創新對于達成 2015 年巴黎氣候協定的目標 —— 于本世紀末將全球變暖控制在 2 ℃(3.6 ℉)之內 —— 還是至關重要的。

早在 1900 年代初期，俄羅斯科學家兼數學家 Konstantin Tsiolkovsky (又被稱作航天 / 載人航天之父)就已經提出了一系列在地球之外應用人類技術的未來設想。

自從貝爾實驗室于上世紀 50 年代發明了第一個混凝土“太陽能電池板”以來，國際科學家們就一直在努力讓這個夢想成為現實，其中就包括美日等國家的研究人員、美國軍方、以及加州理工學院帶領的研發團隊。

項目高級研究科學家 Michael Kelzenberg 表示，學界于 1960 年代末 - 1970 年代開展了廣泛的太空太陽能研究，那是段類似于阿波羅計劃的鼎盛時期。

遺憾的是，受材料體積重量的影響，早期技術不夠先進、更別提經濟高效地實現預期目標，尤其是怎么將光伏裝置艱難地送到太空。

不過項目首席研究員 Harry Atwater 道出了一個好消息，因為加州理工學院的研究團隊，正致力于將光伏組件的質量減少到 1/10 乃至 1/100 。

如上圖所示，新型光伏面板的結構相當輕巧、緊湊、并且能夠輕松折疊。每個模塊化的組件都具有完整的功能，并且能夠在太空中聯合起來工作。

據悉，研究團隊一直設想著通過一系列復合材料，來打造一種理想中的超輕結構。盡管與地面上使用的光伏面板相比，其轉化效率可能低一些。

但 Kelzenberg 指出，太空中的“轉化率”并不是重點，因為這些太陽能帆板可以 24 / 7 地持續工作，而且不受風雨云等氣候因素的影響。

當陽光照射在這些太空光伏組件上時，它們會吸收匯聚直流電能，然后我們可以將它轉化為射頻能量(微波輻射)，無線傳輸到地面端的接收站。

如此一來，除非經歷極端惡劣的天氣，太空太陽能的輸送才會被中斷。常規的雨霧、夜間、較溫和的風暴，并不會對其產生多少不利影響。

至于許多人擔心的輻射是否會對地面生物(比如植被)造成影響，其解釋稱接收端的功率密度與晴天陽光相當，且太空太陽能系統在設計之初就充分考慮到了安全性。

此外作為額外的安全預防措施，有關部門能夠劃定一個閑人免入的區域。以便地面站能夠安心地將微波能量轉換為交直流電，然后并入公共電網。

如果一切順利，研究團隊有望于2022年底通過商業航天器開展太空太陽能組件的早期技術演示。