“太阳能还可以从空中发电？”太阳能发电并【bìng】不是个很新鲜的清【qīng】洁新能源使用方式，但是通过火箭将太【tài】阳能【néng】电站送【sòng】到【dào】空中，建立空间太阳能发电站，则很少很人听说【shuō】过。近日，在第二届【jiè】空间太【tài】阳能电【diàn】站发【fā】展技术【shù】研【yán】讨会【huì】上，西【xī】安电子【zǐ】科技大学段宝岩院士团队【duì】提出的名为SSPS-OMEGA方案有望成为中【zhōng】国【guó】未来建造空【kōng】间太阳能电站的备选方案。
相比于地面神奇的空间太阳能发电优点多多
张逸群副教【jiāo】授是段【duàn】宝岩院士的学术【shù】秘书（电子机【jī】械工程学科【kē】），他介绍说【shuō】，与【yǔ】国际上最新的美国【guó】NASA于2012年【nián】提出的方案相比，这一创新方案不仅可使【shǐ】太阳能【néng】收集【jí】系统功率质量比提【tí】升约三【sān】分【fèn】之一，而且【qiě】可有效缓解三明治结构带【dài】来【lái】的严酷的散【sàn】热问题，引起与【yǔ】会专家学【xué】者的广【guǎng】泛关注与浓【nóng】厚兴趣，多位专家表达了联【lián】合进行相关技术攻【gōng】关的愿望。
那么，到底空间【jiān】太阳能【néng】发【fā】电是怎么【me】实【shí】现的呢？据张逸群解【jiě】释，原来，面对日渐紧迫的能源危机【jī】，以及使【shǐ】用化石能源【yuán】导致的温室效应、环境污染等问题，世界各国【guó】都在积【jī】极寻找【zhǎo】方便、清【qīng】洁的新【xīn】能源。太阳能将是解【jiě】决能源【yuán】问题的根本出路之一，而发展空【kōng】间太阳【yáng】能电【diàn】站【zhàn】则是高效利用【yòng】太阳能的有效途径【jìng】之一。空【kōng】间太阳能电站是指将地球静止同步轨道【dào】上的太【tài】阳能【néng】，通过新的工【gōng】程技术手段进行有效采集，并【bìng】以微【wēi】波【bō】方【fāng】式【shì】传输到地面转换成电能【néng】供使用【yòng】的【de】系统。
据介绍，我国在西部等【děng】地方建【jiàn】立了很【hěn】多太阳能电站，但是相比于空【kōng】间【jiān】太阳能电站，地面的太【tài】阳能电站存在很【hěn】多问题，比如，用【yòng】光【guāng】功率密度来表示一平米接受多【duō】少瓦【wǎ】的光【guāng】能【néng】的话【huà】，有云雾、有雨【yǔ】雪、有夜晚，地面的太【tài】阳【yáng】能电站接收到的【de】光密度是【shì】有限的，到达地面的太阳平均辐射量为每平方米约为150-250瓦。而在地【dì】球静止轨【guǐ】道上，每平方【fāng】米可接【jiē】收太阳能约为1400瓦，且除春分和【hé】秋分【fèn】以外【wài】，空【kōng】间太阳能电站可【kě】接收到的辐射强度基【jī】本不受时间和空间限制。因此，一旦能够攻克【kè】空【kōng】间太阳【yáng】能发电技术，就有望逐步解决人类社【shè】会面临的能源危机，获得“取之不尽，用【yòng】之不竭【jié】”的清洁可持续能【néng】源；其次【cì】，到了夜晚，地【dì】面太阳能需要用电池来畜【chù】电，需【xū】要配比好几倍于总【zǒng】容量的蓄【xù】电池，持续供电难度【dù】很大【dà】，成本也【yě】不低，而在空中的话【huà】，仅适用极【jí】少【shǎo】量的蓄电【diàn】池就【jiù】可以满足持【chí】续【xù】供电；最后【hòu】就是【shì】地面维护容易收到风沙腐蚀，而在空中受的【de】干扰相【xiàng】对小很多，相比【bǐ】较【jiào】的可靠性【xìng】高很多，我国【guó】对未来建造的空间太阳能电站的【de】设计寿命预期为30年以上。因为【wéi】有光【guāng】密度大、受【shòu】波动【dòng】小、寿命【mìng】长这三个优【yōu】点【diǎn】，空间【jiān】太阳【yáng】能发电前景很【hěn】广阔。
地面上太阳能光【guāng】板往往需【xū】要【yào】建造【zào】的面积很大【dà】，同【tóng】时还会受到太阳东升西【xī】落得影响【xiǎng】，太阳光【guāng】和光伏电池存在【zài】夹角导【dǎo】致光电转换效率低。段【duàn】宝【bǎo】岩院【yuàn】士的解决【jué】方【fāng】案用【yòng】球形【xíng】聚光的方式来避免系统【tǒng】在轨道上【shàng】的大惯【guàn】量、大范围旋转，同时聚光带来了太阳【yáng】能光【guāng】伏电池面【miàn】积的减小，单位接收的光会更多，利用效率更高。
在空间太阳能电站接收【shōu】了太阳光，和地面【miàn】不同的是无法立刻【kè】使【shǐ】用，而是【shì】先【xiān】转【zhuǎn】化为微波【bō】进行传输，到地面【miàn】再转化为电。虽【suī】然总【zǒng】体来说投入成本会比地【dì】面高，但是维护成【chéng】本小很多。
新方案高效、稳定、易控已达到国际领先水平
据【jù】介绍【shào】，1968年格拉塞博士提出【chū】了空间太阳能发电站【zhàn】方案，这一设想是建【jiàn】立【lì】在一个极其巨【jù】大的太阳能电池阵的基础【chǔ】上，由它来聚集大量的阳光【guāng】，利用光电转换【huàn】原理达【dá】到发电【diàn】的目【mù】的【de】。所产生的电【diàn】能将以微波形【xíng】式传输到地球上，然后通过天线接收经整流转变成电能，送入全【quán】国供电网【wǎng】。但由于难度大，效率【lǜ】低、成本【běn】高等问题难以解决，因而迟【chí】迟【chí】未实施。张逸【yì】群表示，而在此领【lǐng】域，我们【men】国【guó】家正在从追【zhuī】赶【gǎn】向着超越的方【fāng】向发展。
在段宝岩院士【shì】的带领下，西安电子科【kē】技大【dà】学机电科技研究所【suǒ】（以下简称机电【diàn】所）暨【jì】电子【zǐ】装备结构设计教【jiāo】育【yù】部重点实验室，长期以来对空间太阳能【néng】电站设计方案和相【xiàng】关理论技【jì】术进行了【le】深入而系统的【de】研究。在针对国内外提出【chū】的【de】多【duō】个【gè】空间【jiān】太阳能电站方案系统分【fèn】析与论证【zhèng】的基础【chǔ】上，于2014年9月提出了一种【zhǒng】高效、稳定、易【yì】控的空【kōng】间太阳能电【diàn】站创新设【shè】计方案---OMEGA(Orb-shapeMembraneEnergyGatheringArray)。国家对此【cǐ】高度关【guān】注，专门组织专家予【yǔ】以论证，并列【liè】入国家国防【fáng】科工【gōng】局【jú】“十三五”重点研发计划的支【zhī】持项【xiàng】目中【zhōng】。学校也予以高度【dù】重视，科【kē】学研究【jiū】院于2014年5月成立了空间太阳【yáng】能电站项目群，积极鼓【gǔ】励和引导科研人【rén】员开展研究；在2016年【nián】将该项研究【jiū】列【liè】为学校“三个一流建设”重点项目，支撑搭建我国首个【gè】全【quán】系统【tǒng】、全能量转换链路【lù】的空间太阳能【néng】电站演示【shì】验【yàn】证系统。
2014年【nián】9月SSPS-OMEGA方案提出以来，段宝岩院士团【tuán】队针对方【fāng】案涉【shè】及【jí】到【dào】的多个科学问题和【hé】关键技术展开了攻关，已【yǐ】取得可喜进【jìn】展。
针对美【měi】国最【zuì】新的任意相控阵空间【jiān】太阳能【néng】电站设【shè】计方【fāng】案（SSPS-ALPHA方案【àn】），段宝岩院士团队【duì】系统分析了其聚光系统结构的优势【shì】与存【cún】在的不足【zú】，提【tí】出【chū】了“球面-线馈源”太阳能收【shōu】集方式，通过线馈源一个自由度的【de】运【yùn】动代替了ALPHA方案中数千【qiān】组镜面【miàn】的协同调整【zhěng】，极大地降低了系统【tǒng】调整难度。此【cǐ】外，OMEGA方案【àn】采【cǎi】用球形聚光器【qì】设计，相比【bǐ】于ALPHA方案，在【zài】二者发电功率【lǜ】相同的【de】条件下，OMEGA方案可实现减重约三【sān】分之一。另外【wài】，OMEGA方【fāng】案实现【xiàn】了光伏【fú】电池阵【zhèn】列【liè】与发射天线系统的【de】分离，较ALPHA方案缓解【jiě】了散热问题【tí】；同时，避免【miǎn】了庞大的中央电【diàn】缆【lǎn】系统，可提高电【diàn】力传输效率，并大大降低系【xì】统质量；再【zài】者，创新性【xìng】的使用无线【xiàn】耦合【hé】传【chuán】输的方式，避免了传统接触式电力传输面临的接触表面粗糙度易引起【qǐ】瞬时电流过大、寿命短【duǎn】、可靠性低等问【wèn】题。
