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太空太阳能发电技术的曙光

发表日期：2010年2月23日出处：中国航天科技信息【编辑录入：绿海】

利用卫星，可在太空中把太阳能聚集起来，然后把能量集中射向地面，再转变成电能供人类使用。人类的这个梦想将可能走出科幻小说王国，更接近现实。

　　这种卫星，预计将于2016年建成并给人类带来一种叫做“基于太空的太阳能”（SBSP，Space-based Solar Power）的新能源，但面对的困难还十分巨大。不过，有了气候变化给人类带来的压力和低成本太阳能技术的诱惑力，越来越多的国家和企业认为：人类很快就能看到能源革命的曙光。

　　太空中的阳光强度要比地面大5-10倍。SBSP可提供恒定而没有污染的能量，这与地面上断断续续、受云层遮盖影响较大的太阳能利用方式有很大区别，而且不会象燃料电厂那样排放污染物，也不会象核电站那样产生放射性废料。SBSP技术之所以能成为一项革命性技术，就在于这种技术所改变的将是能源的整体格局。

　　自从20世纪60年代以来，人类就从科学角度论证了SBSP的可行性，而从太空轨道往地面发射微波的概念也证实是可行的。例如，用一系列太阳能通讯卫星就能够夜以继日地向地面接收站发射各种频率的电磁波，以接通移动电话或把电视信号中转给天台上的碟形天线。可是，能否把从太空上发射来的太阳能转变成可以进入输电网中的电能，则还没有实例。

　　去年，美国和日本两国的科研人员已跨越了SBSP技术的一个重要门槛，他们在夏威夷两座相距90英里的海岛上，成功实现了微波级能量的无线远距传输，这个距离相当于从太空轨道传送能量到地面所要穿透的大气层厚度。

　　近些年来，与SBSP技术有关的其他多种技术也取得了重大进展。大约十年前，光电效率（即光能转换成电能的转换率）只有10％，而现在已经能达到40％。卫星技术也得到了改进，其中的全自动计算机系统以及先进的轻质建材也取得了飞跃性的进步。

　　被俘获的太阳能就在卫星上被转换成含有能量的电磁波，即特定波段的微波。为传送到地面，微波的理想频率应为2.45GH（千兆赫）或5.8GH，这两个波段都处于红外线与FM/AM无线电信号之间，最容易穿透大气层，但在穿越大气层过程中仍有部分能量损失，不过物理学家还不知道确切的损耗率是多少。

　　微波能将在空中形成一道无形的微波柱，直径大约为一英里或两三公里。地面上有依网格化排列的椭圆形天线，叫做网格天线，占地面积与微波柱相当，专门接受微波能，转换后即可送往传统的输电网。

　　这个系统和科幻小说提到的致命射线十分相似，可是科学家认为，从该系统中扩散出去的能量束对人体或野生动物不会构成健康威胁，即使处在能量最强的中心地带也不会。

　　微波辐射是一种非离子化过程，就像可见光或无线电信号一样。也就是说，微波辐射与X射线和伽玛射线不同，是不具有足够的能量的，从而不会使原子或分子失去电子而变成带电粒子，造成DNA及其它生命分子的损坏。

　　鸟类若飞过从太空辐射到地面的微波核心地带，可能会感到有丝丝暖意，但体温并不会升得很高。如果万一有微波束偏离网格天线，也可以人为地使其分散开来，同时不会在一定区域内肆虐，为害四方，这样的微波是不会把飞鸟烤熟，或把云层变成蒸汽的。

　　美国太空能源公司拟建造的第一座营业性太阳能电站所依据的就是上面所介绍的原理，其设计的不间断发电能力为一千兆瓦，相当于一座大型的核电站。

　　太空太阳能电厂所需的各种光能收集板、支架和中心发射器等，可先在地面建造，耗时大约两年左右。把所有装备送上低地轨道（LEO）并安装成第一颗SBSP 卫星，大约需要进行40～60次发射。到达轨道后，所有的光电板会象雨伞那样自动展开，再由机器人来装配和集成。

　　太空太阳能电站也面临很多危险因素和工程学难题。例如，象最近威胁过国际空间站的太空垃圾那样，在太空电站装配期间，其主体也许会受到太空垃圾的撞击。而要使卫星发射出来的巨大微波束与地面的网格形天线一直保持同步，也是一个尚未解决的技术难题。