最近,太空光伏引起广泛关注,在太空里利用太阳能发电,让人们对“星辰大海”又多了一份期盼。其实,在太空里发电并非想象,早在上世纪,一些国家就曾在卫星上安装太阳电池,尝试以此发电。
现在,天上的卫星越来越多,对电的需求也越来越大。以前,卫星就像个手电筒,功能简单、耗电少;现在的卫星要搞通信、处理数据,甚至有人想依托卫星在太空建“数据中心”,卫星就变得像大探照灯一样,用电量大大增加。
随着科技的飞速发展,目前在太空发展太阳能,已经形成3条主要技术路线:
一是砷化镓电池路线,最快、最稳,能源转换效率达30%左右。我国在这方面具备完整的产业链,研制的三结砷化镓电池可靠稳定,但缺点是成本太高,比常见于屋顶上的太阳能板贵上千倍。
二是晶硅电池路线,成本低的同时早期转换效率也很低。不过,晶硅异质结技术可将能源转换效率提升至25%—27%,还可以薄片化。目前看来,p型晶硅异质结电池是比较现实的选择。
三是钙钛矿/晶硅异质结叠层电池路线。理论上效率高、重量轻,科学界认为这种方式更具潜力,一些光伏龙头企业也在加紧研发。但钙钛矿电池能不能扛住太空的恶劣环境,还需要打一个问号。太空环境里,温差可达200多摄氏度,还有各种宇宙射线,会给电池带来很大考验。
现在,很多太空用的太阳电池还需“量身定制”,未来批量生产的同时要保证质量稳定,并非易事。
太空光伏不是简单地把电池板送上天,而是让整个太空电站在极端太空环境下长期运行,这就包括发电、储能、输电、在轨运维等环节。太空环境与地面截然不同,面临强烈的紫外线、极端的温度变化、高能粒子辐射、原子氧侵蚀、微陨石撞击等,需要通过严格的地面模拟和长期在轨验证来积累数据。
未来几年,太空光伏领域应该在以下几个方面下功夫:技术上坚持多条腿走路;工程上多测试、多验证,尽可能模拟太空环境、解决相应问题;产业上形成合力。
做科研就像种树,太空光伏这棵树苗才刚刚破土而出,我们要做的,就是给予它时间成长。未来,当我们真正用上“太空电”,夜晚仰望星空,知道那里有我国建设的太空电站在默默工作,该是多么令人自豪的一件事。