卫星太阳能电站

尹怀勤

地球上欣欣向荣的景象，得益于太阳送来的光和热。但庆幸又遗憾的是，太阳能在到达地球之前，在宇宙中已经大量流失。这样的好处在于，地球上的生物不会被过于强烈的太阳能“烤煳”，但遗憾就在于，我们损失了很多可以利用的能源。为了弥补这个遗憾，人们开始大力开发、利用空间太阳能，卫星太阳能电站的构想应运而生。

卫星太阳能电站就是利用卫星技术，在太空把太阳能转化成电能，然后再以某种方式将电能传回地球供人类使用。1968年，美国科学家彼得·格拉舍在《自然》杂志上发表题为《来自太阳的能源：它的未来》的文章，首次提出了卫星太阳能电站的设想。他认为，最好的方法就是把卫星太阳能电站建在地球同步轨道（又称地球静止轨道）上。地球同步卫星运行在距地球35786千米远的轨道上，它的运行轨道位于地球赤道平面上方，运行方向与地球自转方向相同，运行周期与地球自转一周的时间相等，所以从地面上望去，卫星仿佛停在空中一动不动。

彼得·格拉舍在文章中对卫星太阳能电站的设计提出了以下构想：运行轨道应保证卫星的接收面能始终对准太阳，传输装置可把能量向任何接收点发射;光电转换即把太阳能转换成电能的元件，应能达到最大的理论效率;传输装置不仅会将转换后的电能送回地面，而且传输频率能满足大气吸收量最小的要求;地球接收器能够以需要的能量密度接收电能，并且能适时传输到用户那里。此外，还有一些颇为具体的设想，比如：为了保证卫星太阳能电站24小时接收太阳能，应当在同步轨道上布置两个电站;卫星接收太阳能的电池板要足够大;光电转换元件要选择比较成熟的硅光电池等。

卫星太阳能电站大致由三个部分组成：一是两块大型太阳能电池板，能够通过光电效应直接把太阳能转换成电能;二是发射天线，能够把直流电转换成微波电能，并能24小时不停地向地球传输电能;三是地面接收站，在接收到卫星发来的微波束后，经过 整流即可向用户供电。

在宇宙空间中获取太阳能比在地球上获取太阳能更具优势。首先，由于地球自转，处于黑夜的部分将无法充分利用太阳能，而宇宙空间则基本上没有白天黑夜之分。其次，太阳光穿过大气层到达地球表面时，其辐射强度已经大大减弱，到达地面的阳光，又有相当一部分被反射回去。據计算，在宇宙空间接收的太阳能要比在地球上至少多4倍。再次，在太空建电站不像在地球那样会受纬度、地理环境、云层等客观因素的影响。最后，太空接近真空状态，并且温度非常低，这样可以大大延长太阳能电池以及辅助设备的工作寿命。不仅如此，太空电站无需专门储备太阳能的设备就可以源源不断地向地球输送电能，如果在太空中建起足够数量的卫星太阳能电站，人类就可以源源不绝地收到太阳的馈赠，这样不仅能够减轻能源危机，还能保护生态环境。

虽然这种卫星太阳能电站的研究离人类实际应用还有一定距离，但经过大量研究，科学家认为建造大型卫星太阳能电站并不存在很大的技术问题，只是初期的建设成本较高、建设工程浩大、技术复杂，仅电池板就有几十平方千米之大，数千吨重，需要类似航天飞机的航天器分批送往轨道，逐步组装成型。不过，卫星太阳能电站一旦建成，其后期的运行成本会很低。

目前，已经有一些国家提出了具体的卫星太阳能电站设计方案，或许在不久的将来，我们就能用上太空电站传回来的电能了。