太空中的太阳能发电站? 它是怎样工作的,以及它可以带来的好处

图片来源:NASA,公共领域,通过 Wikimedia Commons

英国政府是 据报道考虑 一项耗资 160 亿英镑的在太空建造太阳能发电站的提议。

是的,你看的没错。 太空太阳能发电是政府的特色技术之一 净零创新组合. 它已被确定为与其他解决方案一起使英国在 2050 年实现净零排放的潜在解决方案。

但是太空中的太阳能发电站将怎样工作? 这项技术的优点和缺点是什么?

天基太阳能涉及在太空中收集太阳能并将其传输到地球。 虽然这个想法本身并不新鲜,但最近的技术进步使这一前景更容易实现。

天基太阳能发电系统涉及太阳能发电卫星——配备太阳能电池板的巨大航天器。 这些面板发电,然后通过高频无线电波无线传输到地球。 地面天线(称为整流天线)用于将无线电波转换为电能,然后将电能输送到电网。

轨道上的天基太阳能发电站每天 24 小时被太阳照亮,因此可以持续发电。 这代表了陆地太阳能系统(地球上的系统)的优势,后者只能在白天发电并取决于天气。

随着全球能源需求预计将增加 近 50% 到 2050 年,天基太阳能可能成为帮助满足世界能源部门日益增长的需求和应对全球气温上升的关键。

一些挑战

天基太阳能发电站基于模块化设计,其中大量太阳能模块由在轨机器人组装。 将所有这些元素运送到太空是困难的、昂贵的,并且会对环境造成影响。

太阳能电池板的重量 被确定为早期挑战。 但这已通过开发超轻型太阳能电池(太阳能电池板由较小的太阳能电池组成)得到解决。

天基太阳能被认为在技术上是可行的,主要是因为关键技术的进步,包括轻型太阳能电池、无线电力传输和太空机器人技术。

重要的是,即使只是组装一个天基太阳能发电站,也需要多次发射航天飞机。 尽管从长远来看,天基太阳能旨在减少碳排放,但与太空发射相关的排放量以及成本都很高。


地球上的太阳能系统只能在白天产生能量。 图片来源:Diyana Dimitrova/Shutterstock

航天飞机目前不可重复使用,尽管公司喜欢 空间 X 正在努力改变这一点。 能够重复使用发射系统将显着降低天基太阳能的总体成本。

如果我们成功地建造了一个天基太阳能发电站,它的运行也面临着一些实际挑战。 太阳能电池板可能会损坏 由空间碎片. 此外,太空中的面板不受地球大气层的保护。 暴露在更强烈的太阳辐射下意味着他们 会降级 比地球上的更快,这将减少它们能够产生的能量。

效率 无线电力传输是另一个问题。 远距离传输能量——在这种情况下是从太空中的太阳能卫星到地面——是很困难的。 根据目前的技术,只有一小部分收集的太阳能会到达地球。

试点项目已经在进行中

太空太阳能发电项目 美国正在开发高效太阳能电池以及优化用于太空的转换和传输系统。 美国 海军研究实验室 2020年在太空测试了太阳能组件和电力转换系统。同时,中国宣布了他们的进展 璧山太空太阳能站,目标是到 2035 年拥有一个正常运行的系统。

在英国,一项 170 亿英镑的天基太阳能开发被认为是基于最近的可行概念 弗雷泽-纳什咨询报告. 该项目预计将从小型试验开始,到 2040 年建成一个可运行的太阳能发电站。

太阳能卫星直径为 1.7 公里,重约 2,000 吨。 地面天线占用了大量空间——大约 6.7 公里乘 13 公里。 鉴于在英国各地使用土地,它更有可能被放置在海上。

这颗卫星将为英国提供 2GW 的电力。 虽然这是一个可观的电力,但它对英国的发电能力的贡献很小,这是 约76GW.

由于初始成本极高,投资回报缓慢,该项目需要大量的政府资源以及私营公司的投资。

但随着技术的进步,太空发射和制造的成本将稳步下降。 而且该项目的规模将允许大规模制造,这应该会在一定程度上降低成本。

太空太阳能能否帮助我们到 2050 年实现净零排放仍有待观察。 其他技术,如多样化和灵活的能源存储、氢和可再生能源系统的增长,得到了更好的理解,并且可以更容易地应用。

尽管存在挑战,但基于空间的太阳能是令人兴奋的研究和开发机会的先驱。 未来,该技术很可能在全球能源供应中发挥重要作用。