據(jù)美國《新聞周刊》網(wǎng)站1月5日報(bào)道，美國加州理工學(xué)院的研究人員將太陽能電池板送入太空，從軌道上收集太陽能，從而創(chuàng)造了可再生能源歷史。
1月3日，加州理工學(xué)院的研究人員成功發(fā)射了太空太陽能演示器(SSPD)。這是一個(gè)航天器原型，可在不受大氣層和晝夜循環(huán)影響的情況下收集太陽能。航天器將利用無線傳輸方式將太陽能送回地球。
地球上的太陽能電池板利用光伏效應(yīng)，將太陽光直接轉(zhuǎn)化為電力。其中，光子撞擊硅光伏電池，導(dǎo)致原子中的電子被擊出，從而產(chǎn)生電流。也可以利用聚光太陽能熱發(fā)電(CSP)技術(shù)從陽光中收集能量，即利用反射鏡或透鏡聚集陽光，讓陽光轉(zhuǎn)化為熱能，最終產(chǎn)生高溫蒸汽，經(jīng)由渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電力。
2021年，太陽能發(fā)電占世界發(fā)電量的4%。
不過，地球上太陽能的一大缺點(diǎn)是只能在白天聚集能量，并且發(fā)電效率受季節(jié)和云層覆蓋的影響。這些問題在太空中可以避免。
SSPD由三個(gè)部分組成，每個(gè)部分將進(jìn)行單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是可部署在軌超輕復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)(DOLCE)，它將測試模塊化航天器的部署。DOLCE是一個(gè)6英尺(約合1.83米)見方的結(jié)構(gòu)，它將測試最終釋放一個(gè)一公里級航天器集群所需的機(jī)制。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是ALBA，它將測試32種不同類型光伏電池中哪一個(gè)在太空中最高效。最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)是微波陣列用于功率傳輸?shù)牡蛙壍缹?shí)驗(yàn)(MAPLE)，它將測試?yán)梦⒉▊鬏斈芰俊?/p>
不過，要讓這項(xiàng)新興技術(shù)投入運(yùn)轉(zhuǎn)，需要跨越一些重要的里程碑。
氣候科學(xué)家、美國全國大氣研究中心杰出學(xué)者凱文·特倫伯思對《新聞周刊》記者說：“在我看來，最大的挑戰(zhàn)是把太陽能傳輸回地球，期間不出現(xiàn)巨大損耗或其他問題(比如太陽能光柱落到預(yù)定區(qū)域以外的地方)。”
他說：“這在太空中應(yīng)該不成問題，因?yàn)樘罩袥]有空氣。但只要受到大氣原子(電離層中的帶電原子)和分子的影響，就會(huì)發(fā)生散射的情況。”
特倫伯思說，最嚴(yán)重的問題有可能是水蒸氣引起的，因?yàn)樗魵馕贞柟獠a(chǎn)生一些局部熱量。這削弱了能量傳輸及其效率。
他說：“地球的一些地區(qū)，比如亞熱帶地區(qū)，水蒸氣較少，可以提供某種窗口。但我不知道，在旋轉(zhuǎn)的地球上如何瞄準(zhǔn)并有效利用這些窗口。現(xiàn)在，這個(gè)問題在一定程度上可以避免，方法是將太陽能轉(zhuǎn)化為微波能，微波能可以比較容易地通過大氣傳輸，除非受到雨滴或粒子的影響。在地球上，微波塔被用于在10英里(約合16公里)左右、而不是數(shù)百英里范圍內(nèi)發(fā)射能量。”
他說：“一個(gè)很大的問題是，太陽能四散開來，而不是聚集在一起。利用巨大的天線可以實(shí)現(xiàn)更好地聚集，但即便是這樣，也需要巨大的接收器。”
即使這種技術(shù)被發(fā)現(xiàn)能奏效，一些人也不認(rèn)為它會(huì)被采納。
太陽能電池科學(xué)家、澳大利亞悉尼大學(xué)副教授托馬斯·懷特對《新聞周刊》記者說：“我覺得很難想象這種方法如何能與地球上的光伏發(fā)電進(jìn)行競爭，即使為了提供24小時(shí)供應(yīng)而把儲能成本考慮在內(nèi)。”
他說：“盡管對未來的技術(shù)發(fā)展有一些非常樂觀的設(shè)想，但(歐洲航天局最近委托進(jìn)行的一項(xiàng)成本效益分析)提出，到2045年，其潛在的平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)將在每千瓦時(shí)3.8至10.6歐分之間。目前地球上的光伏LCOE已經(jīng)在每千瓦時(shí)3歐分左右，而且逐年降低，因此到2045年將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)價(jià)格。儲能成本也在迅速下降。”
懷特說，如果基于太空的太陽能電池獲得成功，它們將不得不與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行競爭，而現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)得到充分認(rèn)識和實(shí)地證明，成為最廉價(jià)的發(fā)電方式之一，并且走上了一條非常可預(yù)料的成本降低之路。
