衛星太陽能電站

尹懷勤

地球上欣欣向榮的景象，得益于太陽送來的光和熱。但慶幸又遺憾的是，太陽能在到達地球之前，在宇宙中已經大量流失。這樣的好處在于，地球上的生物不會被過于強烈的太陽能“烤煳”，但遺憾就在于，我們損失了很多可以利用的能源。為了彌補這個遺憾，人們開始大力開發、利用空間太陽能，衛星太陽能電站的構想應運而生。

衛星太陽能電站就是利用衛星技術，在太空把太陽能轉化成電能，然后再以某種方式將電能傳回地球供人類使用。1968年，美國科學家彼得·格拉舍在《自然》雜志上發表題為《來自太陽的能源：它的未來》的文章，首次提出了衛星太陽能電站的設想。他認為，最好的方法就是把衛星太陽能電站建在地球同步軌道（又稱地球靜止軌道）上。地球同步衛星運行在距地球35786千米遠的軌道上，它的運行軌道位于地球赤道平面上方，運行方向與地球自轉方向相同，運行周期與地球自轉一周的時間相等，所以從地面上望去，衛星仿佛停在空中一動不動。

彼得·格拉舍在文章中對衛星太陽能電站的設計提出了以下構想：運行軌道應保證衛星的接收面能始終對準太陽，傳輸裝置可把能量向任何接收點發射;光電轉換即把太陽能轉換成電能的元件，應能達到最大的理論效率;傳輸裝置不僅會將轉換后的電能送回地面，而且傳輸頻率能滿足大氣吸收量最小的要求;地球接收器能夠以需要的能量密度接收電能，并且能適時傳輸到用戶那里。此外，還有一些頗為具體的設想，比如：為了保證衛星太陽能電站24小時接收太陽能，應當在同步軌道上布置兩個電站;衛星接收太陽能的電池板要足夠大;光電轉換元件要選擇比較成熟的硅光電池等。

衛星太陽能電站大致由三個部分組成：一是兩塊大型太陽能電池板，能夠通過光電效應直接把太陽能轉換成電能;二是發射天線，能夠把直流電轉換成微波電能，并能24小時不停地向地球傳輸電能;三是地面接收站，在接收到衛星發來的微波束后，經過 整流即可向用戶供電。

在宇宙空間中獲取太陽能比在地球上獲取太陽能更具優勢。首先，由于地球自轉，處于黑夜的部分將無法充分利用太陽能，而宇宙空間則基本上沒有白天黑夜之分。其次，太陽光穿過大氣層到達地球表面時，其輻射強度已經大大減弱，到達地面的陽光，又有相當一部分被反射回去。據計算，在宇宙空間接收的太陽能要比在地球上至少多4倍。再次，在太空建電站不像在地球那樣會受緯度、地理環境、云層等客觀因素的影響。最后，太空接近真空狀態，并且溫度非常低，這樣可以大大延長太陽能電池以及輔助設備的工作壽命。不僅如此，太空電站無需專門儲備太陽能的設備就可以源源不斷地向地球輸送電能，如果在太空中建起足夠數量的衛星太陽能電站，人類就可以源源不絕地收到太陽的饋贈，這樣不僅能夠減輕能源危機，還能保護生態環境。

雖然這種衛星太陽能電站的研究離人類實際應用還有一定距離，但經過大量研究，科學家認為建造大型衛星太陽能電站并不存在很大的技術問題，只是初期的建設成本較高、建設工程浩大、技術復雜，僅電池板就有幾十平方千米之大，數千噸重，需要類似航天飛機的航天器分批送往軌道，逐步組裝成型。不過，衛星太陽能電站一旦建成，其后期的運行成本會很低。

目前，已經有一些國家提出了具體的衛星太陽能電站設計方案，或許在不久的將來，我們就能用上太空電站傳回來的電能了。