在卫星互联网之后，人类对于“卫星光伏”的畅想也即将迈入实践测试阶段。据当地媒体报道，日本宇宙系统开发利用推进机构（JSS）的一组研究人员在2024年12月4日测试从空中收集太阳能，并传输回地面的技术。如果这次试验效果良好，将在明年开始进入“太空发电”的测试阶段。这一消息无疑为全球太空光伏技术的发展注入了新的动力，也让人们开始憧憬一个全新的能源时代。
高空太阳能传输：
技术细节与前景展望
据悉，日本宇宙系统开发利用推进机构的试验团队将驾驶一架装备有太阳能电池板的飞机，在海拔5-7公里的高度飞行，通过微波传输将收集到的太阳能送回地面。试验将在日本中部长野县诹访区域进行，工作人员已在600平方米的区域内安装了13个接收器，用于接收从空中太阳能电池板发射的微波，并将其转化为电能。
如果该试验顺利，项目将在明年中旬进入下一个更为关键的阶段——测试卫星远距离发电传输的可行性。这将是一次真正的太空发电测试，标志着人类向太空能源利用迈出了重要一步。
基于太空的太阳能发电设想最初在上世纪60年代提出，当时的设想是在距离地面3.6万公里的太空轨道上布置太阳能板，从而实现不受天气影响的“全天候发电”。科学家们预估，太空中的太阳能电池板在效率上能比地面太阳能农场高10倍，而且不会排放二氧化碳。
这一设想的优势显而易见。首先，太空中的太阳能板可以持续接受到阳光照射，不受地球自转和天气变化的影响，发电效率更高。其次，太空太阳能发电不会产生任何温室气体排放，对于缓解全球气候变化具有重要意义。
尽管太空太阳能发电具有诸多优势，但其实现仍面临诸多挑战。其中最大的问题是规模化和成本。据项目技术委员会主席、京都大学教授Naoki Shinohara介绍，生成100万千瓦的电力需要约2平方公里面积的太阳能电池板，材料重量达到1万吨。按照目前的市场价格，在太空中建造这样的太阳能农场成本将超过66.9亿美元，其中不少费用会花在将太阳能电池板发射到轨道上。
高昂的成本和巨大的重量使得太空太阳能发电的商业化充满挑战。然而，随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，未来太空太阳能发电仍有望实现大规模应用。
全球太空光伏发展局面：
竞争激烈，前景广阔
在太空光伏领域，美国一直处于领先地位。今年1月3日，加州理工学院的一个团队成功发射了名为太空太阳能演示者一号（SSPD-1）的小型实验卫星。该卫星在约525公里的太阳同步轨道上运行，旨在测试未来太空中可能的太阳能站的原型组件。
SSPD-1项目由加州房地产开发商唐纳德·布伦捐款资助，由加州理工学院电气工程教授Ali Hajimiri联合领导。如果一切顺利，团队将花费至少五到六个月的时间来测试卫星的各项性能。尽管SSPD-1的重量只有50公斤，但它标志着太空太阳能发电技术的重要突破。
（图片来源：美国空军研究实验室（AFRL））
中国也在太空光伏领域取得了显著进展。2019年1月9日，名为“逐日工程”的空间太阳能电站系统项目在西安电子科技大学启动。该项目旨在将太空中收集的太阳能转换为电能，再以无线能量方式传回地面，最后转换成直流电送入普通电网。
逐日工程的核心是OMEGA创新空间太阳能电站方案，该方案在系统质量相同的情况下，发电能力比美国最新的ALPHA方案高出24%。去年6月5日，逐日工程团队的世界首个全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专家组验收，突破了多项关键技术。
OMEGA型空间太阳能电站结构图
欧盟也在积极推进太空光伏技术的发展。法国空中客车公司一直在地面测试自己的技术，而欧洲航天局（ESA）则提出了Solaris计划，旨在研究轨道太阳能电池阵列如何向地球发射可再生能源。
Solaris计划的一个关键建议是螺旋结构，这种结构可以更有效地利用太阳能并降低发射成本。此外，欧空局还在研究如何将太阳能电池阵列的电力转化为微波，并穿过大气层传输到地面。
英国初创公司Space Solar携手Reykjavik能源公司和冰岛可持续发展倡议变革实验室，宣布了一项雄心勃勃的计划：到2030年，利用太空太阳能为冰岛供电。他们计划发射一颗重64吨、宽400米的卫星至中地球轨道，该卫星将产生30兆瓦清洁能源，足够3000户家庭使用。他们计划利用SpaceX的星舰火箭，降低发射成本，实现太空太阳能电站的部署。地面接收天线将收集卫星发射的高频无线电波，并转换为电力输入电网。该项目的模块化设计允许不同规模的太阳能采集器组装，并在不同轨道上为多个国家供电。
除了美国、中国和欧洲，韩国和日本也在太空光伏领域进行了积极探索。韩国政府已投入大量资金支持太空太阳能发电技术的研究，并计划在未来几年内发射自己的实验卫星。而日本则通过JSS等机构不断推进高空太阳能传输测试，为太空发电技术的商业化奠定基础。
从太空开采阳光：
太空光伏的未来展望
随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，太空光伏技术有望实现大规模应用。未来，我们可以期待更高效、更轻便的太阳能电池板的出现，以及更先进的微波传输技术的研发。这些技术进步将降低太空太阳能发电的成本，并提高其商业化可行性。
太空光伏技术的发展离不开政策的支持和国际合作。各国政府应加大对太空光伏技术的研发投入，制定相关政策鼓励企业参与太空能源开发。同时，国际社会也应加强合作，共同推动太空光伏技术的发展和应用。通过共享技术成果、共同承担研发成本等方式，加速太空光伏技术的商业化进程。
太空光伏技术的发展对于环保和可持续发展具有重要意义。随着全球气候变化的加剧，寻找清洁、可再生的能源已成为当务之急。太空太阳能作为一种无污染、可持续的能源形式，具有巨大的发展潜力。未来，太空光伏技术有望成为解决全球能源危机和应对气候变化的重要手段之一。
太空光伏技术的商业化应用前景广阔。一旦技术成熟并降低成本，太空太阳能发电将可以广泛应用于各个领域，包括电力供应、通信、导航等。此外，太空光伏技术还可以为偏远地区提供稳定的电力供应，解决能源分配不均的问题。随着市场的不断扩大和技术的不断进步，太空光伏产业有望成为未来能源领域的重要支柱之一。
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