太阳能电池板要进入太空吗？

太阳能在将世界能源从碳排放转变为气候友好型能源方面发挥着重要作用——但谁说这些太阳能电池板必须放在地球上呢？欧洲航天局 (ESA) 自今年年初以来一直关注太空太阳能。截至 8 月，该机构正在考虑制定一项计划，开始利用太空光伏发电。

虽然太空能源听起来有点不切实际，但他们并不是唯一一个将目光投向太空以满足我们日益增长的清洁能源需求的大型组织。NASA 也对太空发电很感兴趣。这项独特的技术听起来像科幻小说，但在不久的将来，它可能成为一种重要的能源。

太空太阳能发电的工作原理

在进入太空之前，我们先来简单回顾一下光伏板的工作原理。根据美国能源部的数据，当太阳照射时，太阳能电池板中的光伏电池会吸收光线中的能量。然后，这些能量会产生电荷，电荷会在电池内的电场中移动。

太空太阳能发电涉及将光伏电池置于地球静止轨道（与气象卫星所在的位置相同），并通过微波能量束将其收集的能量发送回地球。太空太阳能产生的微波能量将被发电站接收并用于发电。

加州理工学院电气工程学教授、太空太阳能发电项目联合主任阿里·哈吉米里 (Ali Hajimiri) 告诉PopSci ，太空太阳能发电可能是一种高效的太阳能发电方式。他说，这可能比在陆地上安装太阳能电池板更有效率。

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“太空中没有昼夜、季节或云层。如果你看看太空中光伏电池的总能量，你会发现它比现在高出八到九倍，”哈吉米里说。

从太空向地球发射微波能量听起来很危险，但哈吉米里说这其实很安全。“根据该系统的设计和建造方式，你获得的能量密度实际上比站在太阳下获得的能量密度要小，”他说。“它实际上比太阳的危害小，因为它是所谓的非电离辐射。来自太阳的很多能量都是电离的，这就是为什么站在太阳下太久会导致人们患上皮肤癌的原因。”

哈吉米里表示，如果出现问题（例如电气问题或系统损坏），系统可能会很快关闭。

他的团队一直在开发在太空中发电所需的硬件。他补充说，这些系统可以采用模块化方式安装，这意味着它们可以逐个组装。一开始可以发射一块光伏电池，然后再连接更多组件。他说，你可以拥有一平方公里的光伏电池，并产生 1 千兆瓦的电能——足以为大约 75 万户家庭供电。

谁参与了太空太阳能项目？

目前还没有哪个国家部署这项技术，但太空太阳能正在美国和欧洲以外的地区引起人们的兴趣。中国计划于 2028 年在低地球轨道（比地球静止轨道低的高度）上试验太空太阳能。然后，该国计划在 2030 年尝试地球静止轨道。韩国和日本也对此感兴趣。

太空的幸运之处在于地球轨道上有足够的空间来产生能量，而且能量可以快速到达需要的地方，哈吉米里说。“你还可以几乎立即改变能量的去向，”他说。“你可以动态调度电力。”

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目前，地球大气层反射了太阳能电池板可以收集的约 30% 的阳光。虽然这对于防止地球温度过高很重要，但从能源角度来看，这浪费了很多潜力。

从理论上讲，太空太阳能可以产生大量的能源，而这些能源目前仅仅因为位置原因就会被浪费掉。

许多人担心，当夜晚太阳下山时，我们如何利用太阳能电池板来维持能源的运转。人们提出的解决方案通常是使用大型电池，因为它们可以在发电时充电，在不发电时放电。但对于这种类型的能源系统来说，存储不是问题。

“如今常见的所有技术都曾经令人恐惧或未知，”哈吉米里说道。“我们不应该让对未知的恐惧左右我们的方向。”