太空中的太陽能農場可能成為再生能源的下一個戰場

中國希望2050年能將太陽能發電站投入軌道,並正在建立測試設施,以找到向地面輸送電力的最佳方式。

太空中的太陽能農場可能成為再生能源的下一個戰場

據MACH報導,隨著綠色能源革命在全世界的加速發展,太陽能發電已成為眾人所熟悉的景象。而中國正在將太陽能發電提升到一個全新的水平。中國宣佈,計畫在2050年前將一座太陽能發電站送入地球軌道,這一壯舉將使其成為第一個利用太空太陽能並將其傳輸回地面的國家。

鑑於太陽一直存在於太空中,太空太陽能發電被視為最為可靠的可再生能源。

「你不必應對晝夜週期,你不必應付雲層或季節變化,所以相比於現有的地面太陽能,你有8到9倍的能源可用,」加州理工學院電氣工程系教授阿里‧哈吉米利(Ali Hajimiri)如是指出。他也是該太空太陽能項目負責人。

當然,開發捕獲和傳輸太陽能所需的硬體設備,以及將該系統發射到太空不僅困難重重且非常昂貴。但中國正在大步前進,據報導中國正在西南部城市重慶建設一個試驗設施,進而研究將太陽能從軌道傳輸到地面的最佳方式。

利用太空太陽能作為可靠可再生能源的想法並不是什麼新鮮事。這一概念最早出現在上世紀70年代,但相關研究進展並不大,很大程度上是因為人們普遍認為技術要求過於複雜。但隨著無線傳輸技術的進步以及光伏電池設計和能量轉換效率的提高,這種情況似乎正在發生改變。

「我們現在看到了一些復甦跡象,這可能是因為有了新技術,實現這一目標的基礎已經存在,」物理學家約翰‧曼金斯(John Mankins)表示。

據曼金斯說,人口增長可能是推動人們對太空太陽能重新點燃興趣的另一個因素。到2050年,世界人口預計將增長至90億,專家們說,太空太陽能可能會成為滿足全球能源需求的一個關鍵途徑,尤其是在日本、北歐和世界其他光照不太充足的地區。

他說:「展望未來50年,能源需求將是巨大的。「如果你能在陽光普照的地方收穫太陽能,並在不干擾地球的前提下將其傳輸出去——當然你還需要以一個負擔得起的價格做到這一切——那麼你就贏了。」

讓其成為現實

中國實驗的細節尚未公佈,但曼金斯表示,在太空利用太陽能的一種方法是發射數萬顆「太陽能衛星」,這些衛星將彼此聯繫起來,形成一個巨大的錐形結構,在地球上空約2.2萬英里的軌道上運行。

這些衛星將用太陽能電池板也就是光伏板覆蓋,光伏板將陽光轉化為電能,電能將被衛星轉化為微波,並無線發送到地面接收器,比如說一種直徑可達4英里的巨型鐵絲網。這些地面接收設備可以安裝在湖泊、沙漠或農田上。

曼金斯估計,這樣一個太陽能設施可以源源不斷地產生2000千兆瓦的電力。相比之下,最大的地面太陽能發電場只能產生大約1.8千兆瓦。

這聽起來似乎很有希望。但專家警告說,仍然有很多障礙需要克服,其中包括目前需要找到一種減輕太陽能電池板重量的方法。

加州理工學院科學家瑞泰‧格杜托斯(Terry Gdoutos)說:「目前最先進的光電技術的轉換效率可能是30%。」格杜托斯與哈吉米利一起從事太空太陽能研究,「最大的挑戰是在不犧牲效率的前提下降低太陽能發電板的質量。」

加州理工學院研究團隊最近製造一對超輕光伏板模型,證明它們可以收集並無線傳輸10千兆赫的電能。格杜托斯指出,這些模型成功完成了太陽能發電衛星在太空中需要完成的所有功能,他和同事們現在正在探索進一步減輕太陽能發電板重量的方法。

未來道路

目前中國還沒有透露將在太空太陽能發電場建設上投入多少資金。曼金斯說,即使是為了驗證各種技術的小規模試驗,也可能至少要花費1.5億美元。

儘管價格高昂,曼金斯仍然是太空太陽能發電的堅定擁護者。

他說:「地面太陽能是一種奇妙的東西,我們將永遠擁有地面太陽能。」「在很多地方,屋頂太陽能棒極了,但世界上很多地方都不像亞利桑那州。數百萬人生活在大型地面太陽能電池陣列產出並不經濟的地方。」

曼金斯對該領域的最新進展表示歡迎,並表示他熱切希望追隨中國的新舉措。「中國的研究興趣真的很驚人,」他說。「15年前,他們在這個領域完全不存在。現在他們正處於強有力的領導地位。」

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