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加州理工寄望太空太阳能发电 明年开启早期技术演示

2021-11-06 19:54:21  来源:cnBeta.COM

太阳能被人类寄予了对于清洁能源的厚望,但受日夜交替和天气因素的影响,光伏面板无法始终做到恒定的全功率输出。为了尽最大限度地利用这一资源,许多人将希望寄托到了太空 24 / 7 光伏发电 + 无线传输到地面站的方案。加州理工学院的 Michael Kelzenberg 表示:“太空太阳能的最大优势,就是能够日夜持续工作”。

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国际空间站资料图(来自:NASA 官网)

在恶劣的气候背景下,太空太阳能已变得较以往任何时候都更加重要。随着世界各地领导人因 COP26 气候峰会而齐聚苏格兰格拉斯哥,这一选项有望极大减少我们的碳足迹。

即便无法单独通过太空太阳能来化解气候危机,但绿色创新对于达成 2015 年巴黎气候协定的目标 —— 于本世纪末将全球变暖控制在 2 ℃(3.6 ℉)之内 —— 还是至关重要的。

早在 1900 年代初期,俄罗斯科学家兼数学家 Konstantin Tsiolkovsky(又被称作航天 / 载人航天之父)就已经提出了一系列在地球之外应用人类技术的未来设想。

自从贝尔实验室于上世纪 50 年代发明了第一个混凝土“太阳能电池板”以来,国际科学家们就一直在努力让这个梦想成为现实,其中就包括美日等国家的研究人员、美国军方、以及加州理工学院带领的研发团队。

加州理工轻量级光伏面板原型结构展示(图自:Caltech)

项目高级研究科学家 Michael Kelzenberg 表示,学界于 1960 年代末 - 1970 年代开展了广泛的太空太阳能研究,那是段类似于阿波罗计划的鼎盛时期。

遗憾的是,受材料体积重量的影响,早期技术不够先进、更别提经济高效地实现预期目标,尤其是怎么将光伏装置艰难地送到太空。

不过项目首席研究员 Harry Atwater 道出了一个好消息,因为加州理工学院的研究团队,正致力于将光伏组件的质量减少到 1/10 乃至 1/100 。

如上图所示,新型光伏面板的结构相当轻巧、紧凑、并且能够轻松折叠。每个模块化的组件都具有完整的功能,并且能够在太空中联合起来工作。

(图自:Caltech / The Space Solar Power Project)

据悉,研究团队一直设想着通过一系列复合材料,来打造一种理想中的超轻结构。尽管与地面上使用的光伏面板相比,其转化效率可能低一些。

但 Kelzenberg 指出,太空中的“转化率”并不是重点,因为这些太阳能帆板可以 24 / 7 地持续工作,而且不受风雨云等气候因素的影响。

当阳光照射在这些太空光伏组件上时,它们会吸收汇聚直流电能,然后我们可以将它转化为射频能量(微波辐射),无线传输到地面端的接收站。

如此一来,除非经历极端恶劣的天气,太空太阳能的输送才会被中断。常规的雨雾、夜间、较温和的风暴,并不会对其产生多少不利影响。

无线能量传输有助实现 24 / 7 清洁能源供电(图自:Caltech / The Space Solar Power Project)

至于许多人担心的辐射是否会对地面生物(比如植被)造成影响,其解释称接收端的功率密度与晴天阳光相当,且太空太阳能系统在设计之初就充分考虑到了安全性。

此外作为额外的安全预防措施,有关部门能够划定一个闲人免入的区域。以便地面站能够安心地将微波能量转换为交直流电,然后并入公共电网。

如果一切顺利,研究团队有望于 2022 年底通过商业航天器开展太空太阳能组件的早期技术演示。

关键词: 科学探索 加州理工寄望太空太阳能发电 明年开启早期技术演

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