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中国空间站太阳能转化效率30%！美国不服：我换电池
天宫空间站
天宫空间站亮点多多 ， 它巨大的太阳能翼光电转换效率高达30% ， 这意味着它仅用国际空间站一半面积的太阳能电池就能超过ISS的总供电量 。 这是个很了不起的事情 ， 你别看国际空间站那么庞大 ， 它最显眼的部分就是共2500平方米的8块太阳能帆板 ， 以及支撑这些太阳能帆板的桁架 ， 把这些东西去掉 ， ISS就会玲珑许多 。
更多更大的太阳能帆板能发更多的电 ， 除了支持科学实验 ， 还能让里边工作的航天员生活得更舒服些 。 不好的地方是：这东西很贵、很重、把它运上天安装维护都很费钱 ， 并且由于400公里高的轨道上依然有稀薄的空气 ， 航天器体积越大阻力就越大 ， 就需要更多的燃料来维持轨道高度 ， 这些都是钱 。
国际空间站（ISS）巨大的太阳能翼
如果太阳能电池的光电转化效率高 ， 我们能用更小的电池发更多的电 ， 就以解决上面出现的问题——这也是科学家们一直在琢磨的事情 。
1839年 ， 19岁的法国物理学家埃德蒙·贝克勒尔制作出世界上第一个光伏电池；1905年 ， 爱因斯坦在他的光量子理论中解释了光电效应的原理 ， 他因此获得诺贝尔物理学奖；1954年 ， 第一个实用性的光伏电池问世；1958年 ， 太阳能电池正式装在了卫星上 。 自此之后越来越多的航天器使用太阳能来源源不断地提供电力 。
但是在100多年间 ， 光伏电池的光电转化效率一直提不上去 ， 科学家使出吃奶的力气把硅基太阳能电池的转化率提高到30%左右 ， 但把它安装到国际空间站上最多只达到14% 。 你可能觉得奇怪：不是说大气层上方的阳光更强吗 ， 为什么太阳能电池反而效率更低了呢？
ISS太阳翼和它的硅单元
由于大气层阻挡了一部分阳光 ， 地面太阳强度大约是大气层上方的70%~75% ， 但是在阳光照射到的地方温度超过120℃ ， 硅基电池在高温下的效率大打折扣——你又不能不让它晒太阳 ， 所以这是个无解的问题 。
与美国不同 ， 中国空间站选择了柔性砷化镓薄膜电池来供电 ， 它不仅薄如蝉翼 ， 还不受太空恶劣环境影响 ， 光电转化率超过30%！硬是甩国际空间站几条街 。
天和核心舱外展开的砷化镓薄膜电池
有朋友说 ， 老周你讲的不对吧 ， 国际空间站上也用了砷化镓薄膜电池 ， 前段时间还做了实验 ， 电池是中国某公司生产的呢！
嗯 ， 国际空间站上的太阳能帆板一部分已经超过15年 ， 因为老化 ， 它的效率已经大不如前 ， 因此NASA正准备把它换掉 。 但是新“推出式太阳能电池（ROSA）”并非采用中国公司的砷化镓 ， 而是使用了美国某飞机公司的硅基薄膜电池 ， 所以新换上去的电池依旧不到15% 。
国际空间站新电池实验“部分成功”
国际空间站的新太阳能电池主打的是可伸展可回收 ， 用了类似小孩子吹的伸缩口哨原理 ， 搞笑的是这玩意儿第一次送到空间站做实验 ， 它展开后就没办法“内卷” ， 只好直接扔掉了 。
不知是出于对新电池可靠性的担心 ， 还是觉得它太贵 ， NASA并不打算扔掉国际空间站原来的太阳能帆板 ， 而是把六块新电池叠加在旧电池的缝隙上 ， 这样就挡住了一部分旧电池的光线 。 美国给出的解释是：旧电池尽管老化 ， 但还能发电 ， 把新电池装上去之后可以使空间站总发电量恢复到15年前215千瓦的峰值水平 。
国际空间站太阳能打补丁
2021年5月 ， 中国空间站“天和”核心舱将迎来第一艘“天舟”货运飞船 。 如无意外 ， 美国货运飞船也将载着两个新ROSA组件抵达国际空间站 ， 开启太阳能的补缺工作 。 对于太阳能电池的研究 ， 中美都走在了世界的前列 ， 除了三个PN结的砷化镓电池外 ， 科学家们还在更多结、以及其它基底太阳能电池上取得进展 ， 有的材料光电转化率甚至超过60% ， 但这些产品因为各种原因还无法进入太空 。 不管结果如何 ， 中国空间站30%的能效记录在可见的将来都不会被超越 。
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