身遠(yuǎn)心近，漫談空間太陽能電站

程醉

人類利用太陽能歷史悠久，比如我國東漢高誘注《淮南子注》這樣記載：“故陽燧見日，則燃而為火……（陽燧，金也。取金杯無緣者，熟摩令熱，日中時(shí)以當(dāng)日下，以艾承之，則燃得火也。）”到了現(xiàn)代，相關(guān)技術(shù)飛速發(fā)展，人們先后在地面上建了多個(gè)太陽能電站。然而，它們發(fā)電一般會(huì)受天氣、季節(jié)等因素影響。

那么，有沒有辦法消除影響這些太陽能電站發(fā)電的因素？有！20世紀(jì)60年代末，美國科學(xué)家彼得·格拉賽提出去太空建設(shè)空間太陽能電站。

建設(shè)空間太陽能電站，并不是把地面上的太陽能發(fā)電設(shè)備發(fā)射到太空中那么簡單，科學(xué)家要從技術(shù)、成本等方面考慮它具體建在哪里比較合適。目前，學(xué)術(shù)界大致有兩種意見。

一種意見是將空間太陽能電站建設(shè)在距離地面大約3.6萬千米的地球同步軌道上。這里離地球比較近，傳輸電能、做管理和維護(hù)工作都很方便。但是，3.6萬千米的地球同步軌道的空間緊張，很多航天器會(huì)占用這個(gè)軌道。

另一種意見是將空間太陽能電站建設(shè)在距離地球超過30萬千米的月球軌道上。它建在這里的優(yōu)點(diǎn)是受地球陰影的影響小，可以增大發(fā)電效率，還有利于建立月球前沿基地。但缺點(diǎn)同樣存在，月球軌道離地球很遠(yuǎn)，空間太陽能電站建設(shè)的難度和成本都很大。

空間太陽能電站如何發(fā)電？答案是待定。

眾所周知，太陽能發(fā)電主要有太陽能熱力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電兩類。其中，太陽能熱力發(fā)電是先利用太陽能聚光器將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，然后將熱能轉(zhuǎn)化為電能?，F(xiàn)在，世界上已經(jīng)有幾十個(gè)太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化成電能，關(guān)鍵部件是太陽能電池，已經(jīng)研發(fā)的有硅太陽能電池、多元化合物太陽能電池、有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池、納米晶體太陽能電池、薄膜太陽能電池等。

科學(xué)家設(shè)想，我國的空間太陽能電站可以由許多小型發(fā)電基站集群而成，每個(gè)小型發(fā)電基站都具有獨(dú)立發(fā)電、儲(chǔ)電和傳輸電能的能力。這樣不但能夠大大減小建設(shè)、維護(hù)的難度，而且有利于人們根據(jù)實(shí)際情況改變空間太陽能電站的規(guī)模。

空間太陽能電站生產(chǎn)的電能如何傳輸?shù)降厍蚰?？目前，人類進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電能傳輸有微波輸電、激光輸電等方法。

微波輸電的過程：微波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換成微波，發(fā)射站將其傳輸至太空，地面接收站接收從太空傳來的微波并通過轉(zhuǎn)換器將它轉(zhuǎn)換為工頻交流電。值得注意的是，太空微波輸電幾乎沒有能量損耗。

激光輸電的過程：激光轉(zhuǎn)換器將常規(guī)電能轉(zhuǎn)換成激光束，這種光束飛速傳播，在接收端被光電電池變成電能。激光輸電會(huì)受到天氣條件影響。

目前，這兩種方法還需要進(jìn)一步研究和發(fā)展。同時(shí)，空間太陽能電站的儲(chǔ)能問題也尚待解決。

我國科學(xué)家計(jì)劃在2030年左右開始建設(shè)兆瓦級小型空間太陽能試驗(yàn)電站，到2050年基本具備建設(shè)吉瓦級商業(yè)空間太陽能電站的能力。

目前，重慶大學(xué)和西安電子科技大學(xué)分別對建設(shè)空間太陽能電站展開了研究。

重慶大學(xué)的科研隊(duì)伍已經(jīng)在重慶市璧山區(qū)建設(shè)空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地，計(jì)劃用高空氣球到平流層建一個(gè)簡易的太陽能電站，逐步實(shí)現(xiàn)平流層太陽能的收集、儲(chǔ)存，并以微波和激光傳輸電能。

西安電子科技大學(xué)的空間太陽能電站系統(tǒng)項(xiàng)目被命名為“逐日工程”?？蒲嘘?duì)伍在學(xué)校里建起一個(gè)巨大的三角形鐵塔，在離地約55米的塔中心安裝4個(gè)直徑6.7米的半球面聚光裝置。這些裝置會(huì)將太陽光匯聚起來發(fā)電，再將電能轉(zhuǎn)換成微波發(fā)射到地面。

雖然建設(shè)空間太陽能電站還面臨諸多困難，但科學(xué)家深信：通過努力，我國有可能在2030—2050年研發(fā)出第一個(gè)商業(yè)空間太陽能電站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空間太陽能電站商業(yè)運(yùn)行。