2022年6月5日,是一個(gè)值得光伏行業(yè)記住的日子。在這一天,世界首個(gè)全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)順利通過專家組驗(yàn)收。
西安電子科技大學(xué)段寶巖院士帶領(lǐng)“逐日工程”研究團(tuán)隊(duì)所取得的這一成果總體處于國際先進(jìn)水平,對(duì)中國下一代微波功率無線傳輸技術(shù)與空間太陽能電站理論與技術(shù)的發(fā)展具有支撐性、引領(lǐng)性,應(yīng)用前景十分廣闊。
這一成果的取得,意味著中國在向空間電站探索的進(jìn)程中邁出了重要的一步,空間太陽能發(fā)電未來有可能夢(mèng)想成真,在全球能源供應(yīng)中發(fā)揮重要作用,從而更好地解決能源短缺及碳排放問題。
段寶巖表示,空間太陽能電站研究是一個(gè)能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”,涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常之多。不同于地面電站,為后續(xù)能夠向太空發(fā)送,太空電站的光伏電池要求做得非常薄、非常輕,每平方米的重量不超過200克,還要突破高效率的無線能量轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)等。這就需要所有相關(guān)企業(yè)的共同努力。
建在太空中的太陽能發(fā)電站
如何提高對(duì)太陽能的利用效率是光伏行業(yè)一直在思考和探索的一個(gè)重要課題。
往太空發(fā)展太陽能發(fā)電作為其中的一種方式,逐漸走入人們的視野。1968年,美國航空航天工程師彼得·格拉塞(Peter Glaser)撰寫了第一個(gè)關(guān)于空間太陽能系統(tǒng)的正式提案。這一設(shè)想建立在一個(gè)極其巨大的太陽能電池陣的基礎(chǔ)上,由它聚集大量陽光,利用光電轉(zhuǎn)換原理達(dá)到發(fā)電的目的。發(fā)出的電以微波形式傳輸?shù)降厍蛏?,然后通過天線接收經(jīng)整流轉(zhuǎn)變成電能,送入全國供電網(wǎng),供用戶使用。由此可見,空間太陽能電站主要由“發(fā)”“送”“收”三部分組成。
格拉塞之后,1979年,美國科學(xué)家提出更為具體的方案——“1979 SPS基準(zhǔn)系統(tǒng)”,即建立一個(gè)50平方公里的單晶硅太陽能電池板就能接收70GW能量,然后再用一個(gè)直徑為1千米的微波發(fā)射天線就能向地球輸送9GW的直流電。
33年后的2012年,NASA發(fā)布了ALPHA(阿爾法)方案,通過多組六邊形反射鏡,將日光一次或多次反射到底部的光伏電池上。
如今,空間太陽能電站研究是全世界的一個(gè)熱點(diǎn)話題。世界上很多國家如美國、日本、歐盟、俄羅斯和印度等的航天機(jī)構(gòu)都在開展此方面的研究。
空間太陽能電站研究之所以會(huì)成為各國的研究熱點(diǎn),主要還要?dú)w因于空間太陽能電站的優(yōu)勢(shì)。
據(jù)了解,與地面光伏電站相比,空間太陽能電站不受晝夜、天氣、地區(qū)緯度等自然因素的影響,對(duì)太陽能的利用率更高。有資料顯示,每平方米太陽能電池在中國西北地區(qū)的最高發(fā)電功率約0.4千瓦,在平流層的發(fā)電功率達(dá)7-8千瓦,而在距離地球表面約3.6萬公里的地球同步軌道上,發(fā)電功率可達(dá)10-14千瓦。
此外,空間太陽能電站的應(yīng)用范圍比較廣。在段寶巖團(tuán)隊(duì)看來,空間太陽能電站的應(yīng)用主要有以下兩點(diǎn):成為軌道中的“太空充電樁”,為太空運(yùn)轉(zhuǎn)的各類航空器以及地面運(yùn)轉(zhuǎn)的移動(dòng)設(shè)備供電,而不再需要龐大的太陽帆板;一旦地面無線充電樁的構(gòu)想獲得突破,可確保持續(xù)、靈活、可靠、實(shí)時(shí)的能源供應(yīng),將具有廣闊的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
中國發(fā)展突飛猛進(jìn)
比起美日等國家,中國在空間太陽能電站方面屬于進(jìn)入最晚、但發(fā)展最快的一個(gè)國家。而其中,中國已經(jīng)在光伏技術(shù)的領(lǐng)先度上,超越其他國家一大截。
2013年,中國通過一份題為《關(guān)于盡早啟動(dòng)中國太空發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)研究的建議》的院士聯(lián)名建議案,開始推動(dòng)中國空間太陽能電站的研究工作。
2014年,西安電子科技大學(xué)段寶巖院士團(tuán)隊(duì)提出了歐米伽(OMEGA)空間太陽能電站設(shè)計(jì)方案。這一設(shè)計(jì)方案與美國的阿爾法(ALPHA)設(shè)計(jì)方案相比,有著三大優(yōu)勢(shì):控制難度下降,散熱壓力減輕,功質(zhì)比(天上系統(tǒng)的單位質(zhì)量所產(chǎn)生的電)提高約24%。
2018年底,中國空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地在璧山啟動(dòng)建設(shè),項(xiàng)目總占地面積約200畝,其中核心試驗(yàn)區(qū)約為106畝。根據(jù)規(guī)劃,中國將在2030年建成首個(gè)空間太陽能電站,并在2050年之前建成商業(yè)化電站。
要建成商業(yè)化電站,從目前看盡管技術(shù)原理、發(fā)電及轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)沒有多大問題,但有專家表示,要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),對(duì)發(fā)電量要求將更高,至少是兆瓦、吉瓦量級(jí),而光伏組件也有可能要用平方公里來計(jì)算。而對(duì)于平方公里量級(jí)的太陽能電池板,就需要采用單晶硅這類成本更低的方案。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),光伏企業(yè),尤其是光伏龍頭企業(yè),應(yīng)致力于研發(fā)成本更低、轉(zhuǎn)化效率更高、可靠性更強(qiáng)的光伏產(chǎn)品,并進(jìn)行嚴(yán)苛的驗(yàn)證。
對(duì)于光伏行業(yè)來說,這還有一段路要走,但終歸要邁開那一步屬于自己的步伐。9月15日,我們共同期待!
評(píng)論