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100年來，人們一直夢想著將大量的太陽能電池板送入太空，并將能量發(fā)射到地球上。與地面上的間歇性可再生能源不同，這些軌道面板將始終沐浴在明亮的陽光下，并有可能提供持續(xù)的電力供應。如今，世界航天科技強國正在這一領(lǐng)域展開激烈競爭?？涨?a href="http://studentannounce.com/news/search.php?kw=%B9%E2%B7%FC" target="_blank">光伏，從現(xiàn)在開始，從夢想變成了現(xiàn)實。

1.關(guān)鍵的一步

所謂空天光伏，就是將光伏電站建設(shè)在太空之中。

太陽能的主要限制因素是間歇性，這意味著它只能在充足的陽光可用時收集電力。為了解決這個問題，科學家們花了幾十年的時間研究天基太陽能（SBSP），其中軌道上的衛(wèi)星將一年365天，每天24小時地不間斷地收集電力。

三個多月前，趕碳號曾對此深入報道——《光伏已經(jīng)上天！航天強國間的太空光伏角逐！我國已啟動逐日行動！》。

今年1月3日，在我們頭頂約525公里的太陽同步軌道上，開始出現(xiàn)了一顆名為“太空太陽能演示者一號”（簡稱SSPD-1）的小型實驗衛(wèi)星。它由加州理工學院的一個團隊設(shè)計和建造，由加州房地產(chǎn)開發(fā)商唐納德·布倫（Donald Bren）的捐款資助，并于今年1月3日與其他113個小型有效載荷一起，在SpaceX Falcon 9火箭上發(fā)射升空。

如今，仍然是美國加州理工學院，成功實現(xiàn)了從太空中向地球傳輸光伏電力，從而向空天光伏的應用再進一步：最近，加州理工學院空間太陽能項目（SSPP）的研究人員完成了使用微波陣列進行電力傳輸?shù)蛙壍缹嶒灒∕APLE）的首次成功的無線電力傳輸。

SSPP 創(chuàng)始于2011 年，當時加州理工學院董事會的終身成員 Donald Bren 與加州理工學院當時的校長 Jean-Lou Chameau共同創(chuàng)建了該研究項目。

布倫和他的妻子（也是加州理工學院的受托人）同意捐贈總計1億美元資助該項目，而諾斯羅普·格魯曼公司則額外提供了 1250 萬美元。由此，SSPD-1才得以 于1 月3 日在 SpaceX 獵鷹 9 號上發(fā)射升空，并由 Vigoride 航天器（由航空航天公司 Momentus 提供）部署。

使用輕型結(jié)構(gòu)在太空中進行無線電力傳輸?shù)难菔?，是朝著太空太陽能和全球范圍?nèi)廣泛使用它邁出的重要一步。

例如，太陽能電池板已經(jīng)在太空中用于為國際空間站供電，但要發(fā)射和部署足夠大的空間陣列為地球提供電力，SSPP 必須設(shè)計和制造超輕、廉價和靈活的太陽能能量傳輸系統(tǒng)。”

每個SSPP單元重約50 公斤（110 磅），與通常重量在10到100 公斤之間的微型衛(wèi)星相當。每個單元折疊成體積約1立方的包裹，展開后，其直徑約為50 米的正方形物體，一側(cè)是太陽能電池，另一側(cè)是無線電力發(fā)射器。

項目負責人說：“通過我們迄今為止進行的實驗，它可以成功地將能量傳輸?shù)教战邮掌魃?。我們還能夠?qū)夥嚵羞M行編程，將其能量導向地球，這是我們在加州理工學院檢測到的。”

該演示器沒有移動裝置，他們依靠精確的時間控制元件和電磁波的相干疊加，來確保光束能量到達預期目標。

MAPLE 還包括一個小窗口，陣列可以通過該窗口發(fā)射能量，該能量由加州理工學院戈登和貝蒂摩爾工程實驗室的接收器檢測到。

2.我國的逐日行動

據(jù)《人民日報》報道，2019年1月9日，命名為“逐日工程”的空間太陽能電站系統(tǒng)項目在西安電子科技大學正式啟動。

空間太陽能電站可將在太空中收集的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再以無線能量方式傳回地面，最后轉(zhuǎn)換成直流電送入普通電網(wǎng)，大大提高太陽能利用率。

權(quán)威媒體這樣定義：這是構(gòu)建國家級高水平科研平臺、發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重大研發(fā)項目。

“逐日工程”空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)位于西電南校區(qū)，其支撐塔為75m高的鋼結(jié)構(gòu)。

驗證系統(tǒng)主要包括五大子系統(tǒng)：歐米伽聚光與光電轉(zhuǎn)換、電力傳輸與管理、射頻發(fā)射天線、接收與整流天線、控制與測量。

其工作原理，首先是根據(jù)太陽高度角確定聚光鏡需要傾斜的角度，在接收到聚光鏡反射的太陽光后，位于聚光鏡中心的光伏電池陣，將其轉(zhuǎn)化為直流電能。隨后，通過電源管理模塊，四個聚光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到的電能匯聚到中間發(fā)射天線，經(jīng)過振蕩器和放大器等模塊，電能被進一步轉(zhuǎn)化為微波，利用無線傳輸?shù)男问桨l(fā)射到接收天線。最后，接收天線將微波整流再次轉(zhuǎn)換成直流電，供給負載。

早在2014年，逐日行動項目負責人段寶巖院士提出了一種“基于球面線聚焦原理的聚光方案——OMEGA創(chuàng)新空間太陽能電站方案”。這個方案相較美國最新的ALPHA方案，在系統(tǒng)質(zhì)量相同的情況下，發(fā)電能力可提高24%，已作為我國未來建設(shè)空間太陽能電站的備選方案。

與地面太陽能相比，太空太陽能具有照射時間長、利用效率高、能流密度大、持續(xù)穩(wěn)定、不受晝夜和氣候影響等優(yōu)點。

如果在地球靜止軌道上部署一條寬度為1000米的太陽能光伏電池陣環(huán)帶，假定其轉(zhuǎn)換效率為100%，那么它在一年中接收到的太陽輻射通量，約等于目前地球上已知可開采石油儲量所包含的能量總和。

段寶巖，中國工程院院士，西安電子科技大學教授，國家973首席科學家，全國天線產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主席，曾主持國家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的總體設(shè)計，兼任錢學森空間技術(shù)實驗室“空間太陽能電站領(lǐng)域首席科學家”。

去年6月5日，該團隊的世界首個全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)順利通過專家組驗收。這一驗證系統(tǒng)突破并驗證了高效率聚光與光電轉(zhuǎn)換、微波轉(zhuǎn)換、微波發(fā)射與波形優(yōu)化、微波波束指向測量與控制、微波接收與整流、靈巧機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等多項關(guān)鍵技術(shù)。

原標題：關(guān)鍵一步！科學家首次將空天光伏發(fā)電，從太空發(fā)射到地球！