厉害了我的国!开启研发空间太阳能电站,能源紧张问题或彻底解决

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如果我们在地球的轨道上 , 建立一个一平方米的太阳能板 , 就可以产生1300多瓦的热能 , 然后再输送给地面 , 变成电送到老百姓家里去 。 这样的话 , 我们的能源就能取之不尽用之不竭了 。 这样的理想到底有没有可能实现呢?如果我们要建立太空太阳能电站应该在哪里建呢?
时至今日 , 我国的航天技术越来越强大 , 光是近几年航天航空已经连续在外太空出差了 。 那么就有人想能不能在太空建立我们的能源站?虽然目前在许多地方我们都有自己的太阳能 , 还有风力发电站 , 但是这些设备总是会受到季节、昼夜变化、大气等因素的影响 。 如果我们把太阳能板放在外太空 , 这样就不会受到这么多的干扰 , 能量也能稳定的传输到地面 。 根据数据显示太阳向四周空间辐射能量每秒能高达3.8×1026 J , 年平均到达地球表面上的太阳辐射能量相当于130万亿吨煤燃烧产生的能量 。 所以我们开发利用好太阳能就能解决大部分能源紧张的问题 。
在1968年的美国 , P·Glaser首次提出了太阳能发电卫星的概念 , 其基本运作理念是 , 发射太阳能发电卫星到地球的同步轨道上 , 几乎可以不间断的接收太阳能再转化成电能 。 这样一听感觉很不错 , 那么这样的电站在我国能不能建呢?如果能建 , 我们要怎么建呢?
空间太阳能电站截止到今天 , 我国开展空间太阳能电站领域的相关工作已经持续了40多年 。 在2010年8月 , 12位院士和各领域专家一起研讨提出了建立的“路线图” 。 空间站太阳能电站项目规划主要分为“三小两大” , 目前在中期规划阶段(2015-2030) , 虽然现在已经收获了一些成果 , 但目前依旧面临着许多问题 。
我们都知道无论是把人还是物发射到外太空就不是一件简单的事 , 对材料和资金的消耗都是巨大的 。 宇航员在外太空要穿舱外服 , 为了防止空间星体和碎石的撞击 , 那么发射太阳能电站同样也得考虑这些因素的存在 。
空间太阳能电站是运行在地球同步轨道上重量可达万吨级别的巨型物体 , 它的质量是国际空间站的100倍 , 因此要在合理的成本内建造 , 必须研制一种经济的大型运输系统 。 目前美国的宇宙神-2AS , 欧洲的阿里安-5具有8-10吨的载荷量能到达近地轨道 。 而发射一次可能会消耗成本达到1亿美元 , 所以建设周期长 , 成本花费巨大 , 目前也没有更好的选择 。
【厉害了我的国!开启研发空间太阳能电站,能源紧张问题或彻底解决】
发电站的太阳电池在建立建造空间站太阳能发电机上 , 我们必须选择好使用何种电池 。 目前从多种空间太阳能电站参考模型中来看 , 选择用稀土元素代替非晶硅 , 用于太阳电池 , 其主要优点是效率高 , 在聚光率高的情况下可以使用较少的太阳电池 , 从而减轻重量 。
目前大多数空间发电站模型都采用夹层式结构方案 , 会使设备过热 。 有研究表明 , 太阳聚光率受到太阳电池表面温度的限制 , 会影响太阳电池的体积 , 因此需要研究新型的热控系统允许太阳电池聚集更多的光 。 美国设计提出在太阳电池背面装有大型热辐射器以解决散热问题 , 而日本则提出选择功能性材料来减少热量输入 。
发电站的微波传输如果我们能发射上去 , 想要稳定传输能量的话 , 就得要求发射天线和接收天线之间进行高效率的能量传输 , 其中直流至射频的转换效率应该不低于80% , 发射天线与接收天线之间的效率应该不低于90% 。 由于地面整流天线的面积有限 , 空间站总是处于运动状态 , 为了保障输送波不会被通信干扰 , 集中波束及提高指向精准度是非常有必要的 。 为了避免被通信干扰 , 需要极低的谐波与杂散辐射 , 同时降低质量功率比从而降低成本 , 需要开发低谐波高效轻型发射机 。
总结无论从建造、发射到把能量传输回来都面临着许多亟待解决的问题 , 空间太阳能电站作为新型清洁可持续的能源系统 , 具有巨大的潜力 , 这项技术在我国才进行了十几年的研究 , 通过前期的成果证明 , 这是可行的 , 但要具体实施还是需要一段路要走 , 在未来有更多的科学家加入中国的航天研究事业当中 , 这梦想就一定会实现 。
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