太陽能從空中發電？西安科學家提出空間太陽能電站方案

2017-11-03 14:26:02 西安新聞網　點擊量：評論 (0)

太陽能還可以從空中發電？太陽能發電并不是個很新鮮的清潔新能源使用方式，但是通過火箭將太陽能電站送到空中，建立空間太陽能發電站，則很少很人聽說過。近日，在第二屆空間太陽能電站發展技術研討會上，西安電

“太陽能還可以從空中發電？”太陽能發電并不是個很新鮮的清潔新能源使用方式，但是通過火箭將太陽能電站送到空中，建立空間太陽能發電站，則很少很人聽說過。近日，在第二屆空間太陽能電站發展技術研討會上，西安電子科技大學段寶巖院士團隊提出的名為SSPS-OMEGA方案有望成為中國未來建造空間太陽能電站的備選方案。

相比于地面神奇的空間太陽能發電優點多多

張逸群副教授是段寶巖院士的學術秘書（電子機械工程學科），他介紹說，與國際上最新的美國NASA于2012年提出的方案相比，這一創新方案不僅可使太陽能收集系統功率質量比提升約三分之一，而且可有效緩解三明治結構帶來的嚴酷的散熱問題，引起與會專家學者的廣泛關注與濃厚興趣，多位專家表達了聯合進行相關技術攻關的愿望。

那么，到底空間太陽能發電是怎么實現的呢？據張逸群解釋，原來，面對日漸緊迫的能源危機，以及使用化石能源導致的溫室效應、環境污染等問題，世界各國都在積極尋找方便、清潔的新能源。太陽能將是解決能源問題的根本出路之一，而發展空間太陽能電站則是高效利用太陽能的有效途徑之一。空間太陽能電站是指將地球靜止同步軌道上的太陽能，通過新的工程技術手段進行有效采集，并以微波方式傳輸到地面轉換成電能供使用的系統。

據介紹，我國在西部等地方建立了很多太陽能電站，但是相比于空間太陽能電站，地面的太陽能電站存在很多問題，比如，用光功率密度來表示一平米接受多少瓦的光能的話，有云霧、有雨雪、有夜晚，地面的太陽能電站接收到的光密度是有限的，到達地面的太陽平均輻射量為每平方米約為150-250瓦。而在地球靜止軌道上，每平方米可接收太陽能約為1400瓦，且除春分和秋分以外，空間太陽能電站可接收到的輻射強度基本不受時間和空間限制。因此，一旦能夠攻克空間太陽能發電技術，就有望逐步解決人類社會面臨的能源危機，獲得“取之不盡，用之不竭”的清潔可持續能源；其次，到了夜晚，地面太陽能需要用電池來畜電，需要配比好幾倍于總容量的蓄電池，持續供電難度很大，成本也不低，而在空中的話，僅適用極少量的蓄電池就可以滿足持續供電；最后就是地面維護容易收到風沙腐蝕，而在空中受的干擾相對小很多，相比較的可靠性高很多，我國對未來建造的空間太陽能電站的設計壽命預期為30年以上。因為有光密度大、受波動小、壽命長這三個優點，空間太陽能發電前景很廣闊。

地面上太陽能光板往往需要建造的面積很大，同時還會受到太陽東升西落得影響，太陽光和光伏電池存在夾角導致光電轉換效率低。段寶巖院士的解決方案用球形聚光的方式來避免系統在軌道上的大慣量、大范圍旋轉，同時聚光帶來了太陽能光伏電池面積的減小，單位接收的光會更多，利用效率更高。

在空間太陽能電站接收了太陽光，和地面不同的是無法立刻使用，而是先轉化為微波進行傳輸，到地面再轉化為電。雖然總體來說投入成本會比地面高，但是維護成本小很多。

新方案高效、穩定、易控已達到國際領先水平

據介紹，1968年格拉塞博士提出了空間太陽能發電站方案，這一設想是建立在一個極其巨大的太陽能電池陣的基礎上，由它來聚集大量的陽光，利用光電轉換原理達到發電的目的。所產生的電能將以微波形式傳輸到地球上，然后通過天線接收經整流轉變成電能，送入全國供電網。但由于難度大，效率低、成本高等問題難以解決，因而遲遲未實施。張逸群表示，而在此領域，我們國家正在從追趕向著超越的方向發展。

在段寶巖院士的帶領下，西安電子科技大學機電科技研究所（以下簡稱機電所）暨電子裝備結構設計教育部重點實驗室，長期以來對空間太陽能電站設計方案和相關理論技術進行了深入而系統的研究。在針對國內外提出的多個空間太陽能電站方案系統分析與論證的基礎上，于2014年9月提出了一種高效、穩定、易控的空間太陽能電站創新設計方案---OMEGA(Orb-shapeMembraneEnergyGatheringArray)。國家對此高度關注，專門組織專家予以論證，并列入國家國防科工局“十三五”重點研發計劃的支持項目中。學校也予以高度重視，科學研究院于2014年5月成立了空間太陽能電站項目群，積極鼓勵和引導科研人員開展研究；在2016年將該項研究列為學校“三個一流建設”重點項目，支撐搭建我國首個全系統、全能量轉換鏈路的空間太陽能電站演示驗證系統。

2014年9月SSPS-OMEGA方案提出以來，段寶巖院士團隊針對方案涉及到的多個科學問題和關鍵技術展開了攻關，已取得可喜進展。

針對美國最新的任意相控陣空間太陽能電站設計方案（SSPS-ALPHA方案），段寶巖院士團隊系統分析了其聚光系統結構的優勢與存在的不足，提出了“球面-線饋源”太陽能收集方式，通過線饋源一個自由度的運動代替了ALPHA方案中數千組鏡面的協同調整，極大地降低了系統調整難度。此外，OMEGA方案采用球形聚光器設計，相比于ALPHA方案，在二者發電功率相同的條件下，OMEGA方案可實現減重約三分之一。另外，OMEGA方案實現了光伏電池陣列與發射天線系統的分離，較ALPHA方案緩解了散熱問題；同時，避免了龐大的中央電纜系統，可提高電力傳輸效率，并大大降低系統質量；再者，創新性的使用無線耦合傳輸的方式，避免了傳統接觸式電力傳輸面臨的接觸表面粗糙度易引起瞬時電流過大、壽命短、可靠性低等問題。