美媒人类即将开始从太空收集能源
据美国《新闻周刊》网站1月5日报道,美国加州理工学院的研究人员将太阳能电池板送入太空,从轨道上收集太阳能,从而创造了可再生能源历史。
1月3日,加州理工学院的研究人员成功发射了太空太阳能演示器(SSPD)。这是一个航天器原型,可在不受大气层和昼夜循环影响的情况下收集太阳能。航天器将利用无线传输方式将太阳能送回地球。
地球上的太阳能电池板利用光伏效应,将太阳光直接转化为电力。其中,光子撞击硅光伏电池,导致原子中的电子被击出,从而产生电流。也可以利用聚光太阳能热发电(CSP)技术从阳光中收集能量,即利用反射镜或透镜聚集阳光,让阳光转化为热能,最终产生高温蒸汽,经由涡轮发电机转化为电力。
2021年,太阳能发电占世界发电量的4%。
不过,地球上太阳能的一大缺点是只能在白天聚集能量,并且发电效率受季节和云层覆盖的影响。这些问题在太空中可以避免。
SSPD由三个部分组成,每个部分将进行单独的实验。第一个实验是可部署在轨超轻复合材料实验(DOLCE),它将测试模块化航天器的部署。DOLCE是一个6英尺(约合1.83米)见方的结构,它将测试最终释放一个一公里级航天器集群所需的机制。第二个实验是ALBA,它将测试32种不同类型光伏电池中哪一个在太空中最高效。最后一个实验是微波阵列用于功率传输的低轨道实验(MAPLE),它将测试利用微波传输能量。
不过,要让这项新兴技术投入运转,需要跨越一些重要的里程碑。
气候科学家、美国全国大气研究中心杰出学者凯文·特伦伯思对《新闻周刊》记者说:"在我看来,最大的挑战是把太阳能传输回地球,期间不出现巨大损耗或其他问题(比如太阳能光柱落到预定区域以外的地方)。"
他说:"这在太空中应该不成问题,因为太空中没有空气。但只要受到大气原子(电离层中的带电原子)和分子的影响,就会发生散射的情况。"
特伦伯思说,最严重的问题有可能是水蒸气引起的,因为水蒸气吸收阳光并产生一些局部热量。这削弱了能量传输及其效率。
他说:"地球的一些地区,比如亚热带地区,水蒸气较少,可以提供某种窗口。但我不知道,在旋转的地球上如何瞄准并有效利用这些窗口。现在,这个问题在一定程度上可以避免,方法是将太阳能转化为微波能,微波能可以比较容易地通过大气传输,除非受到雨滴或粒子的影响。在地球上,微波塔被用于在10英里(约合16公里)左右、而不是数百英里范围内发射能量。"
他说:"一个很大的问题是,太阳能四散开来,而不是聚集在一起。利用巨大的天线可以实现更好地聚集,但即便是这样,也需要巨大的接收器。"
即使这种技术被发现能奏效,一些人也不认为它会被采纳。
太阳能电池科学家、澳大利亚悉尼大学副教授托马斯·怀特对《新闻周刊》记者说:"我觉得很难想象这种方法如何能与地球上的光伏发电进行竞争,即使为了提供24小时供应而把储能成本考虑在内。"
他说:"尽管对未来的技术发展有一些非常乐观的设想,但(欧洲航天局最近委托进行的一项成本效益分析)提出,到2045年,其潜在的平准化度电成本(LCOE)将在每千瓦时3.8至10.6欧分之间。目前地球上的光伏LCOE已经在每千瓦时3欧分左右,而且逐年降低,因此到2045年将远远低于这个价格。储能成本也在迅速下降。"
怀特说,如果基于太空的太阳能电池获得成功,它们将不得不与现有技术进行竞争,而现有技术已经得到充分认识和实地证明,成为最廉价的发电方式之一,并且走上了一条非常可预料的成本降低之路。
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