據(jù)美國《新聞周刊》網(wǎng)站1月5日報道,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由三個部分組成,每個部分將進行單獨的實驗。第一個實驗是可部署在軌超輕復(fù)合材料實驗(DOLCE),它將測試模塊化航天器的部署。DOLCE是一個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一公里級航天器集群所需的機制。第二個實驗是ALBA,它將測試32種不同類型光伏電池中哪一個在太空中最高效。最后一個實驗是微波陣列用于功率傳輸?shù)牡蛙壍缹嶒?MAPLE),它將測試?yán)梦⒉▊鬏斈芰俊?/p>
不過,要讓這項新興技術(shù)投入運轉(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,因為太空中沒有空氣。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,因為水蒸氣吸收陽光并產(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?,F(xiàn)在,這個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)電進行競爭,即使為了提供24小時供應(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行的一項成本效益分析)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)低于這個價格。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)進行競爭,而現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)得到充分認(rèn)識和實地證明,成為最廉價的發(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。