加州理工2022年底開展太空太陽(yáng)能組件的早期技術(shù)演示

太陽(yáng)能被人類寄予了對(duì)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(wú)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(fā)電 + 無(wú)線傳輸?shù)降孛嬲镜姆桨浮?加州理工學(xué)院的 Michael Kelzenberg 表示：“太空太陽(yáng)能的最大優(yōu)勢(shì)，就是能夠日夜持續(xù)工作”。

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

即便無(wú)法單獨(dú)通過(guò)太空太陽(yáng)能來(lái)化解氣候危機(jī)，但綠色創(chuàng)新對(duì)于達(dá)成 2015 年巴黎氣候協(xié)定的目標(biāo) —— 于本世紀(jì)末將全球變暖控制在 2 ℃(3.6 ℉)之內(nèi) —— 還是至關(guān)重要的。

早在 1900 年代初期，俄羅斯科學(xué)家兼數(shù)學(xué)家 Konstantin Tsiolkovsky (又被稱作航天 / 載人航天之父)就已經(jīng)提出了一系列在地球之外應(yīng)用人類技術(shù)的未來(lái)設(shè)想。

自從貝爾實(shí)驗(yàn)室于上世紀(jì) 50 年代發(fā)明了第一個(gè)混凝土“太陽(yáng)能電池板”以來(lái)，國(guó)際科學(xué)家們就一直在努力讓這個(gè)夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，其中就包括美日等國(guó)家的研究人員、美國(guó)軍方、以及加州理工學(xué)院帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

項(xiàng)目高級(jí)研究科學(xué)家 Michael Kelzenberg 表示，學(xué)界于 1960 年代末 - 1970 年代開展了廣泛的太空太陽(yáng)能研究，那是段類似于阿波羅計(jì)劃的鼎盛時(shí)期。

遺憾的是，受材料體積重量的影響，早期技術(shù)不夠先進(jìn)、更別提經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，尤其是怎么將光伏裝置艱難地送到太空。

不過(guò)項(xiàng)目首席研究員 Harry Atwater 道出了一個(gè)好消息，因?yàn)榧又堇砉W(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，正致力于將光伏組件的質(zhì)量減少到 1/10 乃至 1/100 。

如上圖所示，新型光伏面板的結(jié)構(gòu)相當(dāng)輕巧、緊湊、并且能夠輕松折疊。每個(gè)模塊化的組件都具有完整的功能，并且能夠在太空中聯(lián)合起來(lái)工作。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)一直設(shè)想著通過(guò)一系列復(fù)合材料，來(lái)打造一種理想中的超輕結(jié)構(gòu)。盡管與地面上使用的光伏面板相比，其轉(zhuǎn)化效率可能低一些。

但 Kelzenberg 指出，太空中的“轉(zhuǎn)化率”并不是重點(diǎn)，因?yàn)檫@些太陽(yáng)能帆板可以 24 / 7 地持續(xù)工作，而且不受風(fēng)雨云等氣候因素的影響。

當(dāng)陽(yáng)光照射在這些太空光伏組件上時(shí)，它們會(huì)吸收匯聚直流電能，然后我們可以將它轉(zhuǎn)化為射頻能量(微波輻射)，無(wú)線傳輸?shù)降孛娑说慕邮照尽?/p>

如此一來(lái)，除非經(jīng)歷極端惡劣的天氣，太空太陽(yáng)能的輸送才會(huì)被中斷。常規(guī)的雨霧、夜間、較溫和的風(fēng)暴，并不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生多少不利影響。

至于許多人擔(dān)心的輻射是否會(huì)對(duì)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(yáng)光相當(dāng)，且太空太陽(yáng)能系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就充分考慮到了安全性。

此外作為額外的安全預(yù)防措施，有關(guān)部門能夠劃定一個(gè)閑人免入的區(qū)域。以便地面站能夠安心地將微波能量轉(zhuǎn)換為交直流電，然后并入公共電網(wǎng)。

如果一切順利，研究團(tuán)隊(duì)有望于2022年底通過(guò)商業(yè)航天器開展太空太陽(yáng)能組件的早期技術(shù)演示。