空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响
太阳能光伏系统的环境影响与可持续发展

太阳能光伏系统的环境影响与可持续发展太阳能光伏系统是一种利用太阳能将光转换为电能的技术,近年来在全球范围内得到了广泛应用。
太阳能光伏系统的发展与可持续发展息息相关,既要满足能源需求,又要减少对环境的影响。
本文将探讨太阳能光伏系统的环境影响,并提出一些可持续发展的策略。
1. 太阳能光伏系统的环境影响1.1 能源消耗太阳能光伏系统需要大量的资源和能源来制造光伏电池板、逆变器等设备。
这些设备的制造过程会消耗大量的非可再生能源,如煤炭和石油等。
因此,在太阳能光伏系统的整个生命周期中,能源消耗是一个不可忽视的环境影响因素。
1.2 温室气体排放太阳能光伏系统的制造过程和运输过程中会产生温室气体排放。
例如,光伏电池板的制造需要高温和化学物质的使用,这些过程中释放的气体会对大气层造成污染。
此外,太阳能光伏系统的部署需要大量的运输和安装工作,这也会产生相应的温室气体排放。
1.3 土地占用太阳能光伏系统需要占用大量的土地用于安装光伏电池板。
尤其是大型光伏电站,需要占用数百甚至数千亩的土地。
土地占用会导致生态系统破坏、土地资源浪费等问题,对环境造成一定的压力。
2. 可持续发展策略2.1 资源回收利用在太阳能光伏系统生命周期的各个阶段,都应该注重资源的回收利用。
例如,对于废弃的光伏电池板和其他设备,可以通过适当的回收和再利用来减少对资源的消耗。
同时,也可以优化生产过程,减少对非可再生资源的依赖。
2.2 碳排放减少为减少制造和运输过程中的温室气体排放,可以采取一些措施。
例如,使用更环保的制造工艺和材料,减少对化学物质的使用;优化物流和运输方式,减少运输里程和能耗。
此外,可以积极开展碳抵消活动,以减少太阳能光伏系统整体的碳排放。
2.3 高效用地为减少土地占用对生态环境的影响,应该在部署太阳能光伏系统时采用高效用地的策略。
例如,可以将光伏电池板安装在建筑物的屋顶和立面上,或者利用废弃的土地进行光伏电站的建设。
这样既可以减少土地占用,又可以充分利用现有的资源。
太阳能技术的发展现状与前景

太阳能技术的发展现状与前景一、发展现状随着能源资源的日益枯竭和环境问题的愈加严重,太阳能作为一种清洁的、可再生的能源,受到越来越多的关注和重视。
从目前的发展情况来看,太阳能技术已经取得了令人瞩目的进展。
1、太阳能电池技术太阳能电池技术是当前太阳能技术的核心之一,其主要应用是将太阳光转化为电能。
近年来,太阳能电池的效率不断提高,特别是在多晶硅、单晶硅、薄膜太阳能电池等领域,效率已达到了20%以上,这使得太阳能技术的应用范围更加广泛。
2、太阳能热利用技术太阳能热利用技术主要是利用太阳能产生热能,进行供热、供暖、制冷等。
目前,太阳能热利用技术已经应用于工业、民用领域,如太阳能热水器、太阳能空调等,这些都是通过太阳能进行环保节能的绿色能源。
二、未来发展趋势未来太阳能技术的发展趋势主要体现在三个方面:效率、成本和应用。
1、提高效率未来太阳能技术发展的关键是提高太阳能电池的转化效率,这也是目前太阳能技术发展的重中之重。
从技术层面来讲,双面电池、多晶硅电池等高效太阳能电池已经开始应用。
在未来,有可能通过镜面反射、太阳能追踪和集中光伏等技术策略,使太阳能电池的效率达到甚至超过30%。
2、减少成本太阳能技术的发展面临的另一个挑战是成本问题。
随着技术不断进步和规模效应的逐步体现,太阳能产品成本在不断下降。
未来,随着材料成本的降低、生产效率提高,太阳能技术的成本也将进一步降低。
3、扩大应用未来太阳能技术的发展不仅是在原有的领域应用上发力,更是通过技术升级和应用拓展,实现更广泛的应用,如大规模光伏发电、太阳能汽车、太阳能建筑等。
一方面,这需要政策和市场的扶持,另一方面也需要太阳能技术的不断提高和升级。
三、未来需解决的问题尽管太阳能技术在近年来取得了很大的进展,但是其发展仍然面临一些挑战和问题。
1、技术瓶颈太阳能技术的发展受制于物理学等学科的限制,目前的太阳能电池效率尚未达到理论上的极限。
除了提高电池的转化效率,还需要通过技术创新突破其它瓶颈,如太阳能电池的稳定性、耐久性等。
空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响

空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响能源和环境问题是关系到国家政治、经济和安全的重大战略问题;空间太阳能电站作为一种能够大规模稳定利用太阳能的方式,日益受到世界主要航天大国的高度关注;随着空间技术和相关技术领域的快速进步,空间太阳能电站有可能成为实现可再生能源战略储备的重要手段;一、空间太阳能电站概述空间太阳能电站SPS,也称为太空发电站,是指在空间将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式传输到地面的电力系统图1,也包括直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统;图错误!未定义书签。
空间太阳能电站示意图相对于地面太阳能光伏发电,空间太阳能发电具有明显的效率优势;据中国空间技术研究院副院长、研究员李明介绍,由于太空的太阳辐射每平方米可以达到1353瓦,是地面的5倍以上,在地球同步轨道,99%的时间可以接受太阳能辐射;如果在地球同步轨道上部署宽度为1000米的太阳能电池阵环带,以转换效率100%计算,从理论上说,其1年接受的太阳能辐射,可以为地球可知开采石油储能的能量总和;随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出,国际上开展了广泛的空间太阳能电站技术的研究,目前已经提出了几十种概念方案,并且在无线能量传输等关键技术方面开展了重点研究;近年来,太阳能电池发电效率、微波转化效率以及相关的空间技术取得了很大进步,为未来空间太阳能电站的发展奠定了良好的基础;虽然空间太阳能电站没有不可逾越的技术原理问题,但作为一个非常宏大的空间系统,其发展还存在许多核心技术难题,需要开展系统的研究工作,以取得突破性进展;二、空间太阳能电站的最新进展国外发展概况空间太阳能电站的应用前景引起了国际上的广泛关注,以美国、日本等为代表的多个国家对于空间太阳能电站开展了长期的研究工作;21世纪以来,越来越多的国家、组织、企业和个人都开始关注空间太阳能这种取之不尽的巨大空间能源;1美国美国是在SPS领域投入资金最多的国家,也是研究最长的国家,推出了众多创新性的概念方案和技术,虽然未列入正式的国家发展计划,但得到了持续的关注和支持;20 世纪70 年代末,美国能源部和美国航空航天局NASA 耗资5000 万美元开展SPS 系统和关键技术研究,完成第一个详细的SPS 方案——5GW的1979 参考系统;1995 年,NASA 开始重新评估空间太阳能电站的可行性;1999 年,NASA 投资2200万美元开展了“空间太阳能发电的探索研究和技术计划SERT ”研究;该计划提出了空间太阳能电站的发展路线图,并提出了集成对称聚光系统等新概念;2007 年,美国国防部发表了“空间太阳能电站作为战略安全的机遇”中期报告,引发了新一轮的空间太阳能电站的研究热潮;2009 年,美国PG&E 公司宣布与Solaren 公司签署了正式购买200MW SPS 电力的协议,成为世界第一个SPS 购电协议;2日本日本是第一个将SPS正式列入国家航天计划的国家,提出了正式的发展路线图图2,得到了长期持续的关注和发展;虽然投入有限,但在无线能量传输等领域处于世界先进水平;图错误!未定义书签。
太阳能发展前景及利用成果概述

太阳能发展前景及利用成果概述太阳能:前景无限,成果斐然的绿色能源新纪元哎呀!这太阳可真是个无尽宝藏,每天都无私地向地球洒下充沛的能量。
这不,人类正巧儿就瞅准了这个天然大“充电宝”,将太阳能视为未来能源发展的重要方向,一路高歌猛进,探索其无穷无尽的利用潜力,可谓是“日出东方,希望无限”呐!太阳能发展前景那叫一个广阔无垠,犹如旭日初升,充满勃勃生机。
首先,从资源角度看,太阳能可谓永不枯竭,只要有太阳升起,就有取之不尽、用之不竭的清洁能源。
再者,随着科技的日新月异,太阳能转换效率的提升和成本的下降,使得太阳能应用的经济性愈发凸显,“阳光经济”已然崭露头角。
尤其是分布式光伏发电系统的推广,让千家万户都能拥有自家的“屋顶银行”,实现能源自给自足,这可是传统能源无法比拟的优势。
嘿,别看太阳能发展的道路看似平坦,实则也充满了挑战与突破。
科研人员们攻坚克难,不断革新太阳能电池技术,诸如钙钛矿太阳能电池、薄膜太阳能电池等新型技术如雨后春笋般涌现,大大拓宽了太阳能的应用领域。
同时,储能技术的进步,解决了太阳能发电受天气影响较大的问题,使得太阳能成为更加稳定可靠的电力来源。
至于太阳能的利用成果嘛,更是喜人得紧。
全球范围内,太阳能电站如繁星点点遍布各地,从茫茫戈壁滩上的大型光伏电站,到城市建筑群中的太阳能一体化设计,太阳能已经深入到我们生活的方方面面。
而且,太阳能在交通领域的应用也是亮点纷呈,太阳能汽车、太阳能无人机乃至太空卫星,都在借助太阳能的力量前行。
此外,太阳能还悄然改变了乡村地区的生活面貌,为偏远山区带去了光明,实现了教育、医疗等公共服务设施的电力供应,实实在在地推动了社会公平和可持续发展。
总而言之,太阳能的发展前景宛如朝阳东升,光芒万丈;而其取得的丰硕成果,更是让人眼前一亮,心生欢喜。
在这场绿色能源革命的大潮中,太阳能无疑扮演着至关重要的角色。
未来已来,让我们携手共进,沐浴在太阳能的温暖照耀之下,共同书写新时代的绿色发展篇章吧!。
新能源技术的发展现状与未来展望

新能源技术的发展现状与未来展望新能源技术是当代最重要的技术领域之一,它得到了广泛的关注和支持。
在过去的几十年里,新能源技术取得了巨大的进步和发展,为全球的可持续发展做出了贡献。
本文将介绍现代新能源技术的发展现状和未来展望。
一、太阳能太阳能是一种非常重要的清洁能源,它可以通过太阳能电池板转换为电力。
太阳能技术已经发展成为一种成熟的技术,并且已经广泛应用于许多领域,如屋顶太阳能电池板、太阳能热水、太阳能空气调节等。
未来,太阳能技术将会在以下几个方面得到进一步发展:1. 提高太阳能电池板的效率。
目前,太阳能电池板的转换效率仍然有限,只有20%左右。
未来,科学家将尝试使用新的材料和制造技术,以提高太阳能电池板的效率。
2. 太阳能存储。
太阳能是一种间歇性能源,它只能在白天产生能量。
未来,研究人员将致力于开发更好的太阳能存储技术,以便在夜间或阴天也能使用太阳能电力。
二、风能风能是一种常见的可再生能源,它通常用于发电。
目前,风能发电已经成为一种成熟的技术,并且已经广泛应用于全球各地。
未来,风能技术将会在以下几个方面得到进一步发展:1. 提高风力发电机的效率。
目前,风力发电机的效率仍然有限,只有50%左右。
未来,科学家将尝试使用新的材料和制造技术,以提高风力发电机的效率。
2. 建设更大的风力发电场。
目前,全球最大的风力发电场是英国的“利物浦湾风电场”,它可以为数百万个家庭提供电力。
未来,科学家将致力于建设更大的风力发电场,以更加高效地利用风能。
三、生物能源生物能源是指可生物质转化而来的燃料,如生物柴油、生物酒精等。
目前,生物能源已经成为一种广泛应用的新能源类型,并且在未来有很大的发展潜力。
未来,生物能源技术将会在以下几个方面得到进一步发展:1. 提高生物质的能量利用率。
目前,许多生物质只能转换为低效的生物燃料。
未来,科学家将尝试使用新的材料和制造技术,以提高生物质的能量利用率。
2. 探索新的生物质来源。
目前,大多数生物质来源于耕作和林业剩余物,但这些资源的供应量有限。
太阳能技术的社会影响与可持续发展

太阳能技术的社会影响与可持续发展太阳能技术是指利用太阳光的能量来产生热能或电能的技术。
随着能源紧缺和环境污染的问题日益突出,太阳能技术作为一种清洁、可再生的能源形式,正在全球范围内得到广泛应用。
本文将探讨太阳能技术对社会的影响,并分析其可持续发展的前景。
一、太阳能技术对社会的经济影响1. 创造就业机会太阳能技术的推广和应用为社会创造了大量的就业机会,从太阳能电池板的生产到安装、运维等各个环节都需要大量的工人参与,大大促进了就业的增长。
2. 促进经济增长太阳能技术的广泛应用不仅为国家创造了巨大的经济效益,也为企业带来了新的商机。
各国政府通过太阳能技术政策的扶持,鼓励企业投资太阳能产业,推动经济增长。
3. 降低能源成本太阳能技术的成熟应用降低了能源成本,减少了对传统能源的依赖。
太阳能电力的发电成本逐渐下降,使得人们用电的费用得到了明显的降低,提高了人们的生活水平。
二、太阳能技术对社会的环境影响1. 减少温室气体排放太阳能技术是一种清洁能源,使用太阳能发电不会产生大气污染物,不会排放温室气体,对于减缓气候变化、改善大气环境起到积极作用。
2. 保护生态环境太阳能技术利用太阳光产生电能,不需要燃料燃烧,不会产生噪声和废气,不会对环境造成污染。
相比传统能源,太阳能更为环保,有利于维护生态平衡。
3. 节约资源太阳能是一种无限可再生的能源,不会因资源枯竭而停止供应。
通过采集太阳能发电,可以减少对有限资源的开采和消耗,从而实现资源的节约和可持续利用。
三、太阳能技术的可持续发展前景1. 技术不断创新太阳能技术得到了国际社会的广泛关注和重视,各国在太阳能领域投入了大量的资金和人力,推动了太阳能技术的持续创新和进步。
高效太阳能电池的研发、太阳能电池板的制造工艺等都取得了重大突破。
2. 应用领域不断扩大太阳能技术的应用领域不断扩大,从家庭屋顶安装到大型太阳能电站建设,从农村偏远地区的电力供应到城市的清洁能源供应,太阳能技术正在涉足各个领域,并成为一个重要的能源供应选择。
太阳能技术的发展现状与未来趋势

太阳能技术的发展现状与未来趋势太阳能作为一种清洁、可再生的能源,近年来受到了越来越多的关注。
它不仅可以减少对传统化石能源的依赖,还可以降低对环境的污染。
目前,太阳能技术已经取得了一些突破性进展,并呈现出明显的发展趋势。
首先,光伏发电技术是太阳能技术的重要组成部分。
光伏发电利用光电效应将太阳能转化为电能,已经成为目前应用最广泛的太阳能利用方式之一。
随着太阳能电池的研发不断进步,光电转换效率也在不断提高。
传统的硅基太阳能电池已经取得了较高的转换效率,但是其制造成本还相对较高。
因此,研究人员正在积极探索新型的太阳能电池材料,如有机太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池等,以提高太阳能电池的转换效率和降低制造成本。
其次,太阳能光热技术也具有重要的应用前景。
太阳能光热技术利用太阳能将光能转化为热能,广泛应用于水加热、房屋供暖和工业生产等领域。
目前,太阳能光热技术的研究集中在提高集热器的效率和传输热能的方式上。
一些新型的集热器材料如聚合物材料、纳米材料等,具有较高的吸收率和热传导性能,可以提高太阳能光热系统的效率。
此外,太阳能光热技术还可以与传统的燃煤、燃气发电等方式相结合,实现能源的综合利用。
未来,太阳能技术的发展趋势主要集中在以下几个方面。
首先,研究人员将继续改进太阳能电池的效率和稳定性,以提高光伏发电系统的整体性能。
例如,采用多晶硅、钙钛矿等新型电池材料,能够显著提高光伏发电的效率和稳定性。
同时,通过优化光伏组件的设计和安装方式,进一步提高太阳能电池的利用率。
其次,太阳能光热技术将实现更广泛的应用。
随着集热器材料的不断改进和热能传输技术的创新,太阳能光热系统将成为水加热、空调供暖、工业生产等领域的主要能源供应方式。
特别是在光热发电领域,通过优化光热发电系统的设计和运行,提高光热发电的效率和可靠性,可以实现太阳能的大规模利用。
此外,太阳能储能技术也是未来的发展方向之一。
由于太阳能的不稳定性,储能是解决夜间或阴天无法产生电能的关键。
论太阳能行业的发展现状及未来发展趋势

论太阳能行业的发展现状及未来发展趋势太阳能行业是当今世界上发展最快的新兴产业之一。
随着全球能源问题的日益突出和环境污染的加剧,太阳能作为一种清洁、可再生的能源,具有巨大的市场潜力。
本文将探讨太阳能行业的发展现状以及未来的发展趋势。
一、太阳能行业的发展现状1. 全球太阳能装机容量的增长:近年来,全球太阳能装机容量持续增长。
根据国际能源署的数据,2019年全球太阳能装机容量达到了584吉瓦,较2018年增长了12%。
这一增长主要得益于太阳能技术的不断进步和成本的不断降低。
2. 太阳能市场规模的扩大:随着太阳能行业的快速发展,太阳能市场规模不断扩大。
太阳能产品的应用范围越来越广泛,从传统的房顶光伏发电系统到光伏电池板的应用,以及太阳能热水器、太阳能灯等产品的普及,太阳能行业已经成为全球经济的重要组成部分。
3. 政策支持的推动:各国政府纷纷出台各种政策,支持太阳能行业的发展。
例如,中国实施了一系列太阳能补贴政策,大幅度减少了太阳能发电及应用的成本,推动了太阳能行业的快速发展。
其他国家也在积极推动太阳能技术的应用,加大对太阳能行业的扶持力度。
二、太阳能行业的未来发展趋势1. 技术创新的推动:太阳能行业的未来发展将离不开技术的创新。
随着科技的不断进步,太阳能电池的效率不断提高,成本不断降低,使得太阳能发电成为一种更加经济、高效的能源选择。
未来,随着光伏技术的不断突破,太阳能行业将进一步发展壮大。
2. 储能技术的进步:太阳能发电存在着间断性和波动性的问题,储能技术的发展是解决这一问题的关键。
目前,太阳能储能技术主要包括锂离子电池、钠硫电池等。
未来,随着储能技术的不断进步和成本的降低,太阳能发电将能够更好地弥补能源供应的不稳定性。
3. 太阳能产品的多样化:未来太阳能产品将更加多样化,不仅包括传统的太阳能发电设备,还将涉及到建筑一体化的太阳能产品、太阳能光热利用系统等。
太阳能的应用领域将进一步拓展,为太阳能行业带来更大的发展空间。
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空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响欧阳学文能源和环境问题是关系到国家政治、经济和安全的重大战略问题。
空间太阳能电站作为一种能够大规模稳定利用太阳能的方式,日益受到世界主要航天大国的高度关注。
随着空间技术和相关技术领域的快速进步,空间太阳能电站有可能成为实现可再生能源战略储备的重要手段。
一、空间太阳能电站概述空间太阳能电站(SPS),也称为太空发电站,是指在空间将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式传输到地面的电力系统(图1),也包括直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。
图1空间太阳能电站示意图相对于地面太阳能光伏发电,空间太阳能发电具有明显的效率优势。
据中国空间技术研究院副院长、研究员李明介绍,由于太空的太阳辐射每平方米可以达到1353瓦,是地面的5倍以上,在地球同步轨道,99%的时间可以接受太阳能辐射。
如果在地球同步轨道上部署宽度为1000米的太阳能电池阵环带,以转换效率100%计算,从理论上说,其1年接受的太阳能辐射,可以为地球可知开采石油储能的能量总和。
随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出,国际上开展了广泛的空间太阳能电站技术的研究,目前已经提出了几十种概念方案,并且在无线能量传输等关键技术方面开展了重点研究。
近年来,太阳能电池发电效率、微波转化效率以及相关的空间技术取得了很大进步,为未来空间太阳能电站的发展奠定了良好的基础。
虽然空间太阳能电站没有不可逾越的技术原理问题,但作为一个非常宏大的空间系统,其发展还存在许多核心技术难题,需要开展系统的研究工作,以取得突破性进展。
二、空间太阳能电站的最新进展2.1 国外发展概况空间太阳能电站的应用前景引起了国际上的广泛关注,以美国、日本等为代表的多个国家对于空间太阳能电站开展了长期的研究工作。
21世纪以来,越来越多的国家、组织、企业和个人都开始关注空间太阳能这种取之不尽的巨大空间能源。
(1)美国美国是在SPS领域投入资金最多的国家,也是研究最长的国家,推出了众多创新性的概念方案和技术,虽然未列入正式的国家发展计划,但得到了持续的关注和支持。
20 世纪70 年代末,美国能源部和美国航空航天局( NASA) 耗资5000 万美元开展SPS 系统和关键技术研究,完成第一个详细的SPS 方案——5GW的1979 参考系统。
1995 年,NASA 开始重新评估空间太阳能电站的可行性。
1999 年,NASA 投资2200万美元开展了“空间太阳能发电的探索研究和技术计划( SERT) ”研究。
该计划提出了空间太阳能电站的发展路线图,并提出了集成对称聚光系统等新概念。
年,美国国防部发表了“空间太阳能电站作为战略安全的机遇”中期报告,引发了新一轮的空间太阳能电站的研究热潮。
年,美国PG&E 公司宣布与Solaren 公司签署了正式购买200MW SPS 电力的协议,成为世界第一个SPS 购电协议。
(2)日本日本是第一个将SPS正式列入国家航天计划的国家,提出了正式的发展路线图(图2),得到了长期持续的关注和发展。
虽然投入有限,但在无线能量传输等领域处于世界先进水平。
图2日本空间太阳能电站发展路线图()从20 世纪80 年代起,日本就成立了特别委员会,组织数百名科学家参加了15 个技术工作组,开始研究SPS 概念方案和关键技术。
年,日本宣布以三菱公司为主的集团将在2030 ~2040 年间建设世界第一个GW级的商业SPS 系统,总投资额将超过200 亿美元。
根据年日本公布的最新发展路线图,日本SPS 发展将分为3 个阶段。
第一阶段: 研究阶段,年前年前完成1kW 级地面无线能量传输试验。
微波无线传输功率为1. 6kW,传输距离50m。
激光无线传输功率为1kW,传输距离500m。
利用小卫星或国际空间站JEM 舱开展低轨无线能量传输验证,微波无线能量传输功率为kW 级。
第二阶段: 研发阶段, 2030 年前选择无线能量传输方式,开展100kW 系统验证,预期地面接收能量为10kW。
研发2 ~200MW级系统。
2MW 系统为商业系统的一个完整的模块单元( 2024 年) ,200MW 系统为商业系统的1 /5 缩比模型( 2030 年前) ,为最终的验证系统。
第三阶段: 商业阶段2035 年前后,实现1GW 的商业系统。
根据日本最新公布的航天基本计划,空间太阳能发电研究开发项目列入七大重点发展领域,并且作为国家三个长期支持的重点研究领域之一(其它两个为空间科学和深空探测领域、载人空间活动领域)。
(3)其他国家欧空局、加拿大、俄罗斯等国及相关国际组织非常关注该领域的发展,提出一些新概念,并重点在无线能量传输、超轻大型空间结构等先进技术方面开展研究工作。
,国际无线电科学联盟(URSI)正式发布“URS I空间太阳能发电卫星(SPS)白皮书”。
10月,国际宇航科学院组织的国际联合工作组正式发表“空间太阳能电站——第一次国际评估:机遇、问题及可能的发展途径”研究报告。
2.2 我国发展概况7月,中国航天科技集团公司组织进行了“空间太阳能电站发展必要性及概念研究”研讨。
,国防科工局启动“我国空间太阳能电站概念和发展思路研究”项目的研究工作。
,由中国空间技术研究院王希季、闵桂荣等七位院士牵头开展中国科学院学部咨询评议项目——空间太阳能电站技术发展预测和对策研究。
,中国空间技术研究院组织召开首次“全国空间太阳能电站发展技术研讨会”,多位院士和近百位专家参加。
5月,“空间太阳能电站发展的机遇与挑战”香山科学会议召开,多个领域的专家研讨了发展空间太阳能电站的重大科学问题和发展建议。
国际上也非常关注中国在此领域的发展。
利用国际会议和交流机会,我国与美国、日本、欧洲和俄罗斯的专家开展了广泛深入的技术研讨。
,国际宇航大会在北京召开,中国专家应邀作了“21世纪人类的能源革命——空间太阳能发电”的空间发电分会主旨发言,葛昌纯院士作为特邀专家代表中国参加空间太阳能发电论坛。
在相关研究的基础上,“十二五”期间,在国防科工局等的支持下,国内有更多的研究团队开展了相关研究工作。
包括中国航天科技集团公司、中国工程物理研究院、西安电子科技大学、重庆大学、四川大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学和中科院长春光机所等单位,开展了空间太阳能电站系统方案和多项与空间太阳能电站相关的关键技术研究工作。
在中国航天科技集团公司原总经理马兴瑞指示下,中国空间技术研究院于6月论证形成《系统谋划,加快推进中国空间太阳能电站领域发展》的研究报告,提出了我国SPS发展路线初步建议。
,杨士中院士和段宝岩院士向国家建议开展太空发电站关键技术研究,引起了相关部门的重视,正在组织开展其发展论证工作。
今年3月6日,国航天科技集团五院载人飞船系统总设计师张柏楠在全国两会期间向记者透露,五院“钱学森空间技术实验室”团队已开展太阳能电站具体研究工作,目前正处于研究试验阶段。
三、空间太阳能电站关键技术与类型通过对十几种空间太阳能电站概念进行分析和比较,可从运行轨道、构型、无线能量传输方式、发电方式、电源管理等几个主要方面对于空间太阳能电站进行分类(表1) 。
空间太阳能电站概念的发展重点是以轻型化、模块化等为目标,重点解决系统的控制、大功率电力管理、散热等难题。
表1空间太阳能电站概念的比较3.1 运行轨道空间太阳能电站可能的运行轨道包括: LEO( 低地球轨道) 、GEO( 地球静止轨道) 、SSO( 太阳同步轨道) 、L1( 太阳地球第一拉格朗日点) 、月球及行星环绕轨道等。
低地球轨道的优点是轨道高度较低、发射或接收天线面积较小、运输成本较低、可利用空间站进行组装维护; 缺点是每个轨道内需经历较大的阴影期,无法实现连续供电,地面需多个接收站与之配合,运行控制和姿态轨道维持较为复杂。
低地球轨道较适于小型试验系统。
太阳同步轨道可较好地保持太阳电池阵的对日定向和发射天线的对地球定向,全年的大部分时间均可连续工作; 缺点是地面需要非常多的接收站与之配合,才能实现连续供电,控制非常复杂。
地球同步轨道是空间太阳能电站的最佳运行轨道,可以很好地实现与地面接收站间的定点传输,易于实现太阳电池阵的对日定向和发射天线的对地定向,全年的大部分时间均可连续工作; 缺点是轨道高度高、距离地球远,因此发射天线和接收天线面积大、运输成本高、维护困难。
日地L1 点轨道作为日地第一平动点,仅需很小的姿态控制即可实现太阳电池阵的对日定向和发射天线的对地球定向; 缺点是距离地球远( 约150 万km) ,发射天线面积大、运输成本高、维护困难,且地面需多个接收站与之配合。
月球及行星环绕轨道主要用于月球和行星( 火星) 探索的供电。
目前已提出基于行星环绕轨道的供电方案,为行星表面移动目标、极地阴影区探测器和行星基地供电。
国际上也提出了利用月球表面建立月球空间太阳能电站的构想。
从目前的轨道分析,大规模能源利用最优的空间太阳能电站运行轨道为GEO 轨道,但空间太阳能电站构建的关键在轨组装过程,应从运载能力和装配能力角度考虑LEO 和GEO 两种轨道。
3. 2 结构型式空间太阳能电站从构型角度可分为两大类: 一类是聚光空间太阳能电站概念,保持聚光器对日定向,并利用聚光器改变太阳光的方向,入射到太阳电池阵上; 另一类是非聚光空间太阳能电站概念,利用旋转机构保持太阳电池阵列对太阳指向或不对太阳定向。
非聚光空间太阳能电站的代表为1979 SPS 基准系统。
系统配置相对简单,易于扩展功率水平,但也存在一些难题,特别是高功率传输和电源管理的挑战。
其主要技术特点包括: ①构型简单,太阳电池阵适合采用较轻的薄膜太阳电池; 通过增加太阳电池阵列模块可轻松实现功率的扩展; ②需采用高功率旋转机构,维持太阳电池阵指向太阳; ③将电能从太阳电池阵传输到微波器件,需大量的输电电缆进行远距离、大功率的电力传输,会产生较大的功率损耗。
聚光空间太阳能电站是空间太阳能电站发展的新方向,典型代表为最新提出的聚光系统方案。
主要技术特点包括: ①采用聚光系统确保发射天线对地球定向的同时,入射太阳光可反射到太阳电池表面; ②消除了高功率导电旋转机构; ③采用高效率聚光电池,减小电池阵的面积; ④采用夹层结构很好地解决了长距离电力传输问题; ⑤由于增加了聚光系统,通常包括主聚光器和二级聚光器以及支撑结构,构型和控制变得非常复杂,系统规模很难扩展; ⑥在高聚光比情况下系统散热将成为一个重要问题,需采用高温部件。
3. 3 太阳能发电技术太阳能发电技术是影响空间太阳能电站整个系统的效率、尺寸、重量和截面积的主要因素,重点是要提高发电效率、比功率和增加寿命( 30a 以上) 。
主要考虑太阳能光伏发电系统和太阳能热动力发电系统两种方式。
太阳能热动力发电系统从未在空间中应用,故不以此作为主要候选方式。