“阳光动力2号”动力揭秘

甘志星

北京时间2015年3月9日，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”于阿联酋首都阿布扎比正式开启长达数月的环球之旅。按照此前指定的飞行路线图，在长达3.5万千米的飞行旅途中，飞机将途经阿拉伯海、印度、缅甸、中国、太平洋、美国、大西洋、南欧和北非，并最终返回阿布扎比。4月22日凌晨，“阳光动力2号”已抵达南京禄口国际机场。如果此次环球之旅顺利，“阳光动力2号”将成为世界上首架环球航行的太阳能飞机。

直击“阳光动力2号”

从外形上看，“阳光动力2号”就像一只展翅翱翔的雄鹰，它有一对翼展达72米的翅膀，但机身非常窄小，机舱不到4平方米，只能容纳1名飞行员，质量有2.3吨。飞机“身轻如燕”的奥秘正在于机身和机翼均采用了极轻的碳纤维材料，这能最大程度上减轻机身质量，同时也能极大减少飞行过程中的动力消耗。“阳光动力2号”宽大的机翼中共镶嵌了来自美国加利福尼亚州光伏企业SunPower提供的17248片高效太阳能电池，它能将所吸收的22.7%的太阳能转换为可利用的能量。

高效的太阳能电池可以产生最大70千瓦的功率，输出的电力可以带动四扇直径4米的双叶螺旋桨给飞机提供动力，使飞机维持每小时50～100千米的飞行速度。太阳能电池板所产生的电能，除了供其日间飞行外，还可以将多余的电能储存在发动机吊舱中重达633千克的锂聚合物电池组。这样一来，有了能量储备的飞机不但能在白天飞行，同时也能保证夜间的飞行，迎来新一天的阳光。

“阳光动力2号”受天气条件等因素的制约，飞机很难仅仅依靠太阳能进行不间断的飞行，环球飞行过程，“阳光动力2号”在空中的实际飞行时间约为25天。它每隔数天降落一次，完成2名飞行员的互换，与此同时还会完成飞机检修等一系列工作。

“阳光电源”起底

太阳能电池种类繁多，乘着阳光环游世界的“阳光动力2号”采用的又是哪一种呢？目前太阳能发电主要有太阳能热电和太阳能光伏发电两种形式：太阳能热电通过汇聚太阳光加热锅炉，将太阳能转变成热能，再通过机械能装置将热能转变成电能；太阳能光伏发电利用太阳光照射在半导体材料上的光电效应，直接收集电子流进行发电。

在众多光伏电池中，硅基太阳能电池是最为成熟的光伏电池。根据硅材料的不同，可分为单晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池等多种。单晶硅薄膜太阳能电池的转换效率最高的，实验室的转换效率可达24.7%，规模生产时也可达15%～18%，在大规模工业生产中占据着主导地位，虽然在转换效率上远优于其他两种，但单晶硅的成本却居高不下。多晶硅薄膜太阳能电池成本低廉，在实验室的转换效率可达18%，工业规模生产的转换效率也可达到10%，具有非常乐观的市场潜力。非晶硅薄膜太阳能电池成本同样低廉，实验室转换效率也可达10%以上，但由于其稳定性不高，这极大地限制了它的推广使用。如果能解决稳定性问题，它必将成为太阳能电池领域的一颗新星。

“逐日之旅”动力揭秘

至此，“阳光动力2号”的动力之谜已慢慢浮出水面。传统的太阳能热电电池需要借助巨大的反光镜和笨重的机械设备汽轮机辅助发电，这无疑会增加飞行器的飞行负担。由此看来，“阳光动力2号”采用的应该是硅基太阳能电池，从它高达22.7%的能量转换效率推断，动力之源非单晶硅薄膜太阳能电池莫属。

单晶硅薄膜太阳能电池不但在“阳光动力2号”的环球之旅中有不俗的表现，在“游弋”于太空中的航天器，如“嫦娥号”系列、“天宫一号”以及“玉兔号”月球车，都有单晶硅薄膜太阳能电池的精彩亮相。