能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”邁出關(guān)鍵一步，隔空取電或成現(xiàn)實(shí)

2022年6月5日，是一個(gè)值得光伏行業(yè)記住的日子。在這一天，世界首個(gè)全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)順利通過專家組驗(yàn)收。

西安電子科技大學(xué)段寶巖院士帶領(lǐng)“逐日工程”研究團(tuán)隊(duì)所取得的這一成果總體處于國(guó)際先進(jìn)水平，對(duì)中國(guó)下一代微波功率無線傳輸技術(shù)與空間太陽能電站理論與技術(shù)的發(fā)展具有支撐性、引領(lǐng)性，應(yīng)用前景十分廣闊。

這一成果的取得，意味著中國(guó)在向空間電站探索的進(jìn)程中邁出了重要的一步，空間太陽能發(fā)電未來有可能夢(mèng)想成真，在全球能源供應(yīng)中發(fā)揮重要作用，從而更好地解決能源短缺及碳排放問題。

段寶巖表示，空間太陽能電站研究是一個(gè)能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”，涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常之多。不同于地面電站，為后續(xù)能夠向太空發(fā)送，太空電站的光伏電池要求做得非常薄、非常輕，每平方米的重量不超過200克，還要突破高效率的無線能量轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)等。這就需要所有相關(guān)企業(yè)的共同努力。

建在太空中的太陽能發(fā)電站

如何提高對(duì)太陽能的利用效率是光伏行業(yè)一直在思考和探索的一個(gè)重要課題。

往太空發(fā)展太陽能發(fā)電作為其中的一種方式，逐漸走入人們的視野。1968年，美國(guó)航空航天工程師彼得·格拉塞（Peter Glaser）撰寫了第一個(gè)關(guān)于空間太陽能系統(tǒng)的正式提案。這一設(shè)想建立在一個(gè)極其巨大的太陽能電池陣的基礎(chǔ)上，由它聚集大量陽光，利用光電轉(zhuǎn)換原理達(dá)到發(fā)電的目的。發(fā)出的電以微波形式傳輸?shù)降厍蛏?，然后通過天線接收經(jīng)整流轉(zhuǎn)變成電能，送入全國(guó)供電網(wǎng)，供用戶使用。由此可見，空間太陽能電站主要由“發(fā)”“送”“收”三部分組成。

格拉塞之后，1979年，美國(guó)科學(xué)家提出更為具體的方案——“1979 SPS基準(zhǔn)系統(tǒng)”，即建立一個(gè)50平方公里的單晶硅太陽能電池板就能接收70GW能量，然后再用一個(gè)直徑為1千米的微波發(fā)射天線就能向地球輸送9GW的直流電。

33年后的2012年,NASA發(fā)布了ALPHA（阿爾法）方案，通過多組六邊形反射鏡，將日光一次或多次反射到底部的光伏電池上。

如今，空間太陽能電站研究是全世界的一個(gè)熱點(diǎn)話題。世界上很多國(guó)家如美國(guó)、日本、歐盟、俄羅斯和印度等的航天機(jī)構(gòu)都在開展此方面的研究。

空間太陽能電站研究之所以會(huì)成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)，主要還要?dú)w因于空間太陽能電站的優(yōu)勢(shì)。

據(jù)了解，與地面光伏電站相比，空間太陽能電站不受晝夜、天氣、地區(qū)緯度等自然因素的影響，對(duì)太陽能的利用率更高。有資料顯示，每平方米太陽能電池在中國(guó)西北地區(qū)的最高發(fā)電功率約0.4千瓦，在平流層的發(fā)電功率達(dá)7-8千瓦，而在距離地球表面約3.6萬公里的地球同步軌道上，發(fā)電功率可達(dá)10-14千瓦。

此外，空間太陽能電站的應(yīng)用范圍比較廣。在段寶巖團(tuán)隊(duì)看來，空間太陽能電站的應(yīng)用主要有以下兩點(diǎn)：成為軌道中的“太空充電樁”，為太空運(yùn)轉(zhuǎn)的各類航空器以及地面運(yùn)轉(zhuǎn)的移動(dòng)設(shè)備供電，而不再需要龐大的太陽帆板；一旦地面無線充電樁的構(gòu)想獲得突破，可確保持續(xù)、靈活、可靠、實(shí)時(shí)的能源供應(yīng)，將具有廣闊的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

中國(guó)發(fā)展突飛猛進(jìn)

比起美日等國(guó)家，中國(guó)在空間太陽能電站方面屬于進(jìn)入最晚、但發(fā)展最快的一個(gè)國(guó)家。而其中，中國(guó)已經(jīng)在光伏技術(shù)的領(lǐng)先度上，超越其他國(guó)家一大截。

2013年，中國(guó)通過一份題為《關(guān)于盡早啟動(dòng)中國(guó)太空發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)研究的建議》的院士聯(lián)名建議案，開始推動(dòng)中國(guó)空間太陽能電站的研究工作。

2014年，西安電子科技大學(xué)段寶巖院士團(tuán)隊(duì)提出了歐米伽（OMEGA）空間太陽能電站設(shè)計(jì)方案。這一設(shè)計(jì)方案與美國(guó)的阿爾法（ALPHA）設(shè)計(jì)方案相比，有著三大優(yōu)勢(shì)：控制難度下降，散熱壓力減輕，功質(zhì)比（天上系統(tǒng)的單位質(zhì)量所產(chǎn)生的電）提高約24%。

2018年底，中國(guó)空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地在璧山啟動(dòng)建設(shè)，項(xiàng)目總占地面積約200畝，其中核心試驗(yàn)區(qū)約為106畝。根據(jù)規(guī)劃，中國(guó)將在2030年建成首個(gè)空間太陽能電站，并在2050年之前建成商業(yè)化電站。

要建成商業(yè)化電站，從目前看盡管技術(shù)原理、發(fā)電及轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)沒有多大問題，但有專家表示，要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)電量要求將更高，至少是兆瓦、吉瓦量級(jí)，而光伏組件也有可能要用平方公里來計(jì)算。而對(duì)于平方公里量級(jí)的太陽能電池板，就需要采用單晶硅這類成本更低的方案。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，光伏企業(yè)，尤其是光伏龍頭企業(yè)，應(yīng)致力于研發(fā)成本更低、轉(zhuǎn)化效率更高、可靠性更強(qiáng)的光伏產(chǎn)品，并進(jìn)行嚴(yán)苛的驗(yàn)證。

對(duì)于光伏行業(yè)來說，這還有一段路要走，但終歸要邁開那一步屬于自己的步伐。9月15日，我們共同期待！