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太空太阳能发电

2011-12-31

在1968年,美国国家航空和宇宙航行局(NASA) 的. Peter Glaser博士,介绍了了太空太阳能发电这个概念。在地球同步轨道上的太阳能发电卫星系统上,安有面积很大的太阳能收集板,收集太阳能,通过微波无线电力传播技术把能量送到地球上的接收天线上(如图)。在1999年,NASA成立了空间电子火箭试验(SERT)小组,展开对空间太阳能发电的探索性研究,对其技术项目进行可行性评估。

实现太空太阳能发电,还存在众多技术性的障碍。 NASA估计太空太阳能发电需要工作在1000V电压,甚至更高,这么高的工作电压将会导致自毁性的电弧效应,而且现在的的试验电压只有300V。无线电传输最近才变成现实,单位尺寸只能承载少量的电能,远远不能满足要求。另外,还存在许多关于发射电线和太阳阵列的设计问题。例如:太阳阵列的寿命大约是20年,暴露在带电粒子中能够很明显的减少寿命,每年以1%-2%速率退化;电力传输效率大概是50%,由于微波传输存在很大的衍射,总效率大概只有7%。

大力发展太阳能发电具有很大的益处,比如:发电站建成之后,不存在任何污染;发电过程中,不会产生温室气体;发电的能量来源是太阳,完全免费的;能够发电的数量,是非常可观的。而太空太阳能发电,又具有特别的优势。由于在太空中发电,日光没有穿透大气层,单位面积中能够产生更大的电能;在地球上的任何地方,我们都能接收到电力;在全天中的96%的时间中,卫星都能提供电力;在卫星上的太阳能电池板,没有占据地球上一点地方;在太空中,有无限的空间可以为我们所用;空间太阳和电力传输技术的发展,为太空太阳能发电提供了很好的平台。

发展太空太阳能发电,也存在许多问题。第一个就是最初的成本费用非常的昂贵,把发电设备利用航天飞机(往返于地球和太空站之间运载人和物资的)运送到卫星上,每千克就需要$10000,这是非常惊人的。第二个是传送电能所用的微波或激光是不是有害处,害处有多大,还有待核实。第三个是暴露在太空中的发电板,会因为高能宇宙线而影响其寿命。第四个就是发送或接受天线所占的面积太大:为了得到高的效率,卫星天线必须是圆形的,直径在1kilometers到1.5 kilometers之间;接收天线是椭圆的,大约14 kilometers*10 kilometers。第五个是太阳风能能够把发电装置吹离它原来的轨道,所以需要一个复杂的推进装置维持它的平衡。要想顺利发展太空太阳能发电,需要逐一解决上述问题。

为解决人类的能源危机,发展太空太阳能发电是一个不错的选择。我们希望全世界的科学家们再接再砺,早日实现太空太阳能发电,不仅能够解决能源危机,还能还地球一片净土,使蓝天更蓝。



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