身遠心近，漫談空間太陽能電站

程醉

人類利用太陽能歷史悠久，比如我國東漢高誘注《淮南子注》這樣記載：“故陽燧見日，則燃而為火……（陽燧，金也。取金杯無緣者，熟摩令熱，日中時以當日下，以艾承之，則燃得火也。）”到了現代，相關技術飛速發展，人們先后在地面上建了多個太陽能電站。然而，它們發電一般會受天氣、季節等因素影響。

那么，有沒有辦法消除影響這些太陽能電站發電的因素？有！20世紀60年代末，美國科學家彼得·格拉賽提出去太空建設空間太陽能電站。

建設空間太陽能電站，并不是把地面上的太陽能發電設備發射到太空中那么簡單，科學家要從技術、成本等方面考慮它具體建在哪里比較合適。目前，學術界大致有兩種意見。

一種意見是將空間太陽能電站建設在距離地面大約3.6萬千米的地球同步軌道上。這里離地球比較近，傳輸電能、做管理和維護工作都很方便。但是，3.6萬千米的地球同步軌道的空間緊張，很多航天器會占用這個軌道。

另一種意見是將空間太陽能電站建設在距離地球超過30萬千米的月球軌道上。它建在這里的優點是受地球陰影的影響小，可以增大發電效率，還有利于建立月球前沿基地。但缺點同樣存在，月球軌道離地球很遠，空間太陽能電站建設的難度和成本都很大。

空間太陽能電站如何發電？答案是待定。

眾所周知，太陽能發電主要有太陽能熱力發電和太陽能光伏發電兩類。其中，太陽能熱力發電是先利用太陽能聚光器將太陽輻射能轉化為熱能，然后將熱能轉化為電能。現在，世界上已經有幾十個太陽能熱力發電系統。太陽能光伏發電是利用太陽能電池將太陽光能直接轉化成電能，關鍵部件是太陽能電池，已經研發的有硅太陽能電池、多元化合物太陽能電池、有機半導體太陽能電池、納米晶體太陽能電池、薄膜太陽能電池等。

科學家設想，我國的空間太陽能電站可以由許多小型發電基站集群而成，每個小型發電基站都具有獨立發電、儲電和傳輸電能的能力。這樣不但能夠大大減小建設、維護的難度，而且有利于人們根據實際情況改變空間太陽能電站的規模。

空間太陽能電站生產的電能如何傳輸到地球呢？目前，人類進行遠距離無線電能傳輸有微波輸電、激光輸電等方法。

微波輸電的過程：微波轉換器將電能轉換成微波，發射站將其傳輸至太空，地面接收站接收從太空傳來的微波并通過轉換器將它轉換為工頻交流電。值得注意的是，太空微波輸電幾乎沒有能量損耗。

激光輸電的過程：激光轉換器將常規電能轉換成激光束，這種光束飛速傳播，在接收端被光電電池變成電能。激光輸電會受到天氣條件影響。

目前，這兩種方法還需要進一步研究和發展。同時，空間太陽能電站的儲能問題也尚待解決。

我國科學家計劃在2030年左右開始建設兆瓦級小型空間太陽能試驗電站，到2050年基本具備建設吉瓦級商業空間太陽能電站的能力。

目前，重慶大學和西安電子科技大學分別對建設空間太陽能電站展開了研究。

重慶大學的科研隊伍已經在重慶市璧山區建設空間太陽能電站實驗基地，計劃用高空氣球到平流層建一個簡易的太陽能電站，逐步實現平流層太陽能的收集、儲存，并以微波和激光傳輸電能。

西安電子科技大學的空間太陽能電站系統項目被命名為“逐日工程”。科研隊伍在學校里建起一個巨大的三角形鐵塔，在離地約55米的塔中心安裝4個直徑6.7米的半球面聚光裝置。這些裝置會將太陽光匯聚起來發電，再將電能轉換成微波發射到地面。

雖然建設空間太陽能電站還面臨諸多困難，但科學家深信：通過努力，我國有可能在2030—2050年研發出第一個商業空間太陽能電站系統，實現空間太陽能電站商業運行。