我国太阳能电站的空间发展构想

我国在发展可再生能源方面做了大量的工作，太阳能建设和发展符合我国的新能源发展战略，但我国的空间太阳能的发展现阶段还仅限于卫星自身，空间电站以及相关电网建设还未开展。由于空间太阳能电站建设需要大量的资金投入和技术支持，现阶段我国还没有那个大型工程项目对此进行有力支撑，因而进展比较缓慢。为了从实质上解决能源需求问题，发展空间太阳能电站应成为主要目标。通过控制微波束空间太阳能电站可向任何一个地点供电，它比地面光伏电站更具开发价值。目前许多发达国家通过大量论证，已将它作为解决未来能源需求的主要发展方向。

未来空间太阳电站的光电能量转换仍当立足于太阳电池。作为空间电站的能量转换器件—太阳电池阵，其应具有较高的转换效率、重量比功率以及较强的抗辅照、抗衰退能力，同时要成本低、寿命长，便于安装。根据目前的国际太阳电池技术发展水平，因此需要发展聚光且柔性轻质的薄膜高效太阳电池，以提高能量转换效率，减轻产品重量，增强抗辐射能力，降低生产成本。在太阳电池阵的设计中，主要考虑两大因素：一是重量比功率越高越好，二是功率比成本越低越好。

经过多年的研究与发展，各国在空间太阳能电站“参考系统”基础上提出的空间太阳能电站的系统方案已有很多，包括“太阳塔”和“太阳盘”设计方案（见图12．43）、集成对称聚光系统以及模块化对称聚光系统设计方案等（见图12．44～图12．46）。以上各种空间太阳能电站的能源收集系统主要有两种方案，方案一是平板式太阳电池阵方案，即在空间布置庞大的轻质结构，其上布满太阳电池，直接将太阳能转换为电能，早期的SPS基准系统和“太阳盘”空间电站采用的就是这种方案；方案二是反射式聚光光伏发电方案，该方案并不在整个结构上布满太阳电池，而是仅布在较小的面积上，再利用反射式聚光器将太阳光反射到太阳电池上，集成对称聚光系统和模块化对称聚光系统空间电站采用的就是这种方案。方案二采用的太阳电池面积小，可采用具有高光电转换效率的聚光多结砷化镓太阳电池作为能量转换体系，聚光多结砷化镓太阳电池未来的目标是光电转换效率达到45%，成本降低至目前的50%。对于聚光太阳电池，其不足之处在于需要大量的大型聚光系统和高性能的散热系统。器件在高温下的性能衰退是比较关键的问题，这会大大降低太阳电池的比功率，生产成本也会显著提高。采用高效薄膜化合物多结太阳电池可以显著增加器件的热耗散，同时如果能够与高效微型热电转换器件相配合应该能够进一步增加整体转换效率。此外，制造如此大型、精确度高的大型聚光器，其技术难度较大。方案一则没有这方面的困难，而且所采用的薄膜太阳电池具有重量轻、柔性、可卷曲等优势，也是空间太阳能电站的最佳选择之一。但其光电转换效率偏低是目前空间太阳能电站实现高效太阳能光电转换的瓶颈，因此欧美日等发达国家在薄膜太阳电池制备工艺的优化和设备改良等方面已展开了较为深入的研究，以此来提高薄膜太阳电池的转换效率。不难看出，无论是聚光砷化镓太阳电池还是柔性薄膜太阳电池，仍然是未来光伏界发展的主要方向。(www.xing528.com)

另外太阳电池阵使用若干规格相同的模块化太阳电池子单元组成，实现高度模块化。这样做的优点是：①模块化单元适合于批量生产，能显著降低研制和生产成本；②模块化单元体积小，质量适中，可与其他发射市场共用成熟的运载器或运输系统发射，而不需要专门研制重型运载器和建造新的发射场；③模块化单元由于规格统一，接口规范化，可以在太空采取无人自主组装或机器人辅助下的半自主组装，避免航天员长期太空作业的复杂性和危险性。

空间太阳能电站与在地面上利用太阳能相比，具有日照时间长、光照强度大、清洁环保等突出优点，其利用效率比在地面上要高出十几倍，因此被认为是最佳的供能方式。我国是一个能源消费大国，从经济发展情况来看，能源问题已经成为我国经济社会可持续发展的一个关键制约因素空间太阳能电站作为未来的一种可再生能源系统，是一项宏伟的空间和地面工程，涉及许多重要的技术领域，很多关键技术的突破需要较长的时间，其研究成果将在国民经济的各个方面发挥重要的作用，将大大促进我国能源的可持续发展和航天技术领域的可持续发展。因此无论从新能源发展的长远意义，还是从优化能源消费结构，都需要一种全新的无污染的洁净能源，空间太阳能发电系统则是理想的选择。