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有消息称,由中科院院士王希季牵头、多名中科院和工程院院士参加完成的咨询评议报告--《空间太阳能电站技术发展预测和对策研究》已正式上报国家发改委,建议我国尽快开展太空电站的论证和设计,争取在2040年前建成商业性的太阳能空间电站。
太空太阳能拥有巨大潜力
根据计算,离地球1.5亿公里的太阳每小时向地球表面辐射的能量非常巨大,足以供全人类直接使用一年。若按每平方米地表面积计算,太阳光辐射能量应达到1000瓦。可惜由于受到地球大气特别是云层的反射和吸收、近地大气中微小悬浮颗粒的散射、不同季节变化等因素的影响,最后落到地表的太阳光能量,每平方米只有125瓦至375瓦。到了夜间,太阳辐射能完全消失,太阳能无法利用,尤为可惜。
如果将太阳光伏电池板放在太空,每平方米太阳能电池板所接收到的太阳光能量将达到1336瓦。而且在太空里,99%以上的时间都有太阳辐射。
经过几十年的技术进步和经济发展,再来重新审视彼得·格拉瑟提出的太空电站设想,通过以下几个层面的分析可以发现,虽然还存在着很大困难,但今天人类已经有希望实现这一设想。
太阳能电池效率实验室中可达45%
太空电站的关键部件之一当然是太阳能电池板。
几十年前,人类只有硅基太阳能电池,转换效率只有10%左右。今天的太阳能电池种类多了,各种材料的薄膜电池相继诞生,而且光电转换效率逐步地提高至15%~20%。令人兴奋的是,实验室里已经研制出转换效率可达45%左右的薄膜电池,供给现在的空间实验室使用已没有问题。
从产能方面考量,随着系统设计和制造技术的不断进步,有了最先进的制造设备,全球光伏电池的年生产能力已经达到甚至超过千兆瓦。特别是在新材料领域,那些依托纳米技术而诞生的增强型光伏系统已经出现,纳米电子学和集成电路产业将会促使未来的光伏电池板的性能更上一层楼。
需要注意的是,外太空的太阳光谱与到达地球表面的太阳光谱不同。到达地面的太阳光中紫外线部分被大气层吸收了很多,而太空里太阳光谱中紫外线部分特别是真空紫外波段的含量高,所以要加紧研发适应太空环境的太阳能电池新材料,使其性能更优越。
整流天线实现高效率微波功率传输
如何有效地将能量传回被大气层包围的地球表面供人类使用?科学家想到,要搞一个转换器,要么将电转换成具有衰减系数小的特定波长的激光束,要么转换成微波束传回地球。
微波是一种看不见、摸不着的电磁辐射。用微波定向传输电能已被证实是可行的。设想中的太空电站就放置在地球同步轨道上,它跟随地球同步自转。通过安装在其上的微波发生器,将太阳能电池获取的电力转换成选定频率的、一定功率的微波束,径直奔向地球表面的指定地点并被地面的整流天线接收,转换成电能。
需要注意的是,我们必须选择能较好地穿透大气层的那个波段,还要兼顾一定能量的微波辐射传输不能伤及人类、鸟类及所有生命体,也不能影响飞机等飞行器的安全飞行。实验得知,波长为12.24厘米的电磁辐射可以轻松地穿透地球大气层,只要强度适当,对生命体不会有伤害。
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在三万五千米的太空中,一座静止的太阳能发电卫星永不停歇地收集着太阳能,并源源不断地为城市供电。这似乎只存在于科幻影片之中,不过,最近日本科学家的系列成果让人们看到了将其变成现实的可能性。日本宇宙航空研究开发机构3月11日称,研究人员以微波无线传输的方式足以运转一个电热水壶的电力——1.8千瓦,并精准传输到55米外的接收装置处。次日,日本三菱重工宣布,科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送,其中部分电能成功点亮了500米外接收装置上的LED灯,成为迄今为止日本成功实验中距离最长、电力最大的一次。专家表示,日本在微波输电技术方面的实
为了消除化石能源燃烧引起的雾霾,减少温室气体排放,彻底解决能源危机,多名航天专家建议,中国应到距离地面3.6万公里的地球同步轨道去建太阳能电站。一旦实施,这将远远超过“阿波罗”登月和国际空间站的规模,成为人类进入太空时代以来最宏大的太空工程。太空电站又称空间太阳能电站,是指在地球同步轨道上运行的超大型航天器,其上安装着巨大的太阳能电池板或激光器,将产生的电能通过微波或激光以无线能量传输方式传输到地面。美国科幻作家阿西莫夫曾在小说中描述过太空电站。“两弹一星”功勋科学家、中国科学院院士、国际宇航科学院院士王
近期,有媒体报道称欧洲已将空间太阳能发电卖到了四川,据称太空太阳能的发电比率远胜于地表。虽然欧洲卖了多少电、价格怎样、哪种合作方式还不得而知,不过我们很多人还不怎么明白的空间太阳能发电技术似乎已经渐行渐近了。将电池阵放置在地球轨道上,建成太阳能发电站--这是1968年美国科学家首先提出的建造空间太阳能光伏电站构想。有资料称,从理论上说,在阳光充足的地球静止轨道上,每平方米太阳能能产生1336瓦热量,如果在地球静止轨道上部署一条宽度为1000米的太阳能光伏电池阵环带,假定其转换效率为100%,那么,它在一年中接收到的太阳辐射通量差不多等于目前地球上已知可
9月23日,美国一颗相当于大巴车体积的失控卫星,与地球进行了亲密接触,引起全球恐慌。时隔6天,中国的"天宫一号"被精准送入到预定轨道。众所周知,飞船、卫星等航天器在太空中飞行主要依靠电池提供动力,而这个电力供给主要来自太阳能电池帆翼。为什么要开发太空太阳能电力?据计算,太阳向地球表面辐射的能量非常巨大,每平方米可接收1336瓦的能量,而由于受到地球大气云层的反射和吸收,中微小悬浮颗粒的散射,不同的季节和昼夜更替等因素影响,落到地表的太阳光能量每平方米只有125瓦至375瓦。大气云层对太阳光的反射和吸收如果将太阳能电池板发射到空中,并
种种迹象表明,空间太阳能技术的发展将迎来新的历史机遇,但在具体建设上仍将面临技术困境。在近日于对外经贸大学召开的“中国能源环境高峰论坛”上,与会专家对于空间太阳能技术的发展给予了高度关注,并作出了上述判断。比较优势显现所谓的“空间太阳能”技术,是指通过火箭等将太阳能光伏设备发送至空间轨道,由其在轨道上接受太阳能,之后再通过无线的方式传输到地面接受终端,由终端输出到电网的一整套系统技术。中国空间技术研究院副院长、研究员李明表示,相对于地面太阳能光伏发电,空间太阳能发电具有明显的效率优势。据介绍,由于太空的太
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近期,随着关联公司海源复材的控制权变更,曾制霸光伏市场的赛维再次进入话题中心,当然牵引而出的还有赛维神话的缔造者——彭小峰。这一昔日新能源行业最年轻的首富,自国内光伏事业坍塌后,远遁美国再造“光伏梦”,并且近几年大有高歌猛进之势。然而,这一次似乎又要梦碎了。两造“光伏神话”21世纪
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