太空太阳能电站将不再是“梦”

有消息称，由中科院院士王希季牵头、多名中科院和工程院院士参加完成的咨询评议报告--《空间太阳能电站技术发展预测和对策研究》已正式上报国家发改委，建议我国尽快开展太空电站的论证和设计，争取在2040年前建成商业性的太阳能空间电站。

太空太阳能拥有巨大潜力

根据计算，离地球1.5亿公里的太阳每小时向地球表面辐射的能量非常巨大，足以供全人类直接使用一年。若按每平方米地表面积计算，太阳光辐射能量应达到1000瓦。可惜由于受到地球大气特别是云层的反射和吸收、近地大气中微小悬浮颗粒的散射、不同季节变化等因素的影响，最后落到地表的太阳光能量，每平方米只有125瓦至375瓦。到了夜间，太阳辐射能完全消失，太阳能无法利用，尤为可惜。

如果将太阳光伏电池板放在太空，每平方米太阳能电池板所接收到的太阳光能量将达到1336瓦。而且在太空里，99%以上的时间都有太阳辐射。

经过几十年的技术进步和经济发展，再来重新审视彼得·格拉瑟提出的太空电站设想，通过以下几个层面的分析可以发现，虽然还存在着很大困难，但今天人类已经有希望实现这一设想。

太阳能电池效率实验室中可达45%

太空电站的关键部件之一当然是太阳能电池板。

几十年前，人类只有硅基太阳能电池，转换效率只有10%左右。今天的太阳能电池种类多了，各种材料的薄膜电池相继诞生，而且光电转换效率逐步地提高至15%～20%。令人兴奋的是，实验室里已经研制出转换效率可达45%左右的薄膜电池，供给现在的空间实验室使用已没有问题。

从产能方面考量，随着系统设计和制造技术的不断进步，有了最先进的制造设备，全球光伏电池的年生产能力已经达到甚至超过千兆瓦。特别是在新材料领域，那些依托纳米技术而诞生的增强型光伏系统已经出现，纳米电子学和集成电路产业将会促使未来的光伏电池板的性能更上一层楼。

需要注意的是，外太空的太阳光谱与到达地球表面的太阳光谱不同。到达地面的太阳光中紫外线部分被大气层吸收了很多，而太空里太阳光谱中紫外线部分特别是真空紫外波段的含量高，所以要加紧研发适应太空环境的太阳能电池新材料，使其性能更优越。

整流天线实现高效率微波功率传输

如何有效地将能量传回被大气层包围的地球表面供人类使用？科学家想到，要搞一个转换器，要么将电转换成具有衰减系数小的特定波长的激光束，要么转换成微波束传回地球。

微波是一种看不见、摸不着的电磁辐射。用微波定向传输电能已被证实是可行的。设想中的太空电站就放置在地球同步轨道上，它跟随地球同步自转。通过安装在其上的微波发生器，将太阳能电池获取的电力转换成选定频率的、一定功率的微波束，径直奔向地球表面的指定地点并被地面的整流天线接收，转换成电能。

需要注意的是，我们必须选择能较好地穿透大气层的那个波段，还要兼顾一定能量的微波辐射传输不能伤及人类、鸟类及所有生命体，也不能影响飞机等飞行器的安全飞行。实验得知，波长为12.24厘米的电磁辐射可以轻松地穿透地球大气层，只要强度适当，对生命体不会有伤害。