日企构想把月球变“太阳能发电站” 日本提出月球环概念 收集太阳能发回地球
2012-12-19
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地球上除原子能和火山、地震以外，太阳能是一切能量的总源泉。若在地球大气层外放一个测量太阳总辐射能量的仪器，在每平方厘米的面积上，每分钟可接收的太阳总辐射能量为8.24焦。这个数值叫太阳常数。如果将太阳常数乘上以日地平均距离作半径的球面面积，这就得到太阳在每分钟发出的总能量，这个能量约为每分钟2.273×1028焦（也就是，太阳每秒辐射到太空的热量相当于一亿亿吨煤炭完全燃烧产生热量的总和）。而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一。太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。太阳能取之不尽，用之不竭，又无污染，是最理想的能源。
能源是人类社会赖以生存和发展的基础。利用能源，又不污染环境，是人类在社会发展长河中，不断追求的目标，大规模开发利用太阳能，则是实现这一目标的重要一环。
太阳能，因为它是一种辐射能，不带任何化学物质，是最洁净、最可靠的巨大能源宝库。地球仅接收到太阳辐射能量的22亿分之一，相当于全世界目前发电总量的八万倍。
当今世界能源结构正在发生新的变革。专家们认为，用太阳能代替所有潜在的矿物资源，是21世纪发展的方向，其发展速度很可能像计算机产生一样，将得到迅猛发展。目前，被国际上称之为阳光产业的太阳能的开发和利用，已快步进入商业化成长期，并取得了一系列成果。但与太阳光的能量相比，只是利用了它的九牛一毛。要大规模开发利用太阳能，必须在地球以外作文章，于是，科学家把目光投向了太空。即在离地球三万公里以外的太空中建立太阳能电站的构想。
因为，阳光在到达地球时，受大气层的吸收和散射，使能量损失多半，再加上黑夜、阴、雨、云雾等气候条件的限制，在地球上建站，很难成为人类的主体能源。
建太空电站，有两个方案，一是建立太空卫星太阳能发电站，另一种是在月球上建立太阳能电站。不管是卫星电站，还是月球电站其技术是共同的，它们必须具备三个基本条件，即，太阳能发电装置，空间微波转换和发射装置，地面接收和转换传输装置。整个过程经历了太阳能—电能—微波—电能的能量转换过程。
要做到这一点，必须在光伏电池技术取得很大进步的同时，还必须扩大太阳能电池帆板的面积，初步估计，电池帆板的面积要达到数十平方公里，要把它送上太空，必须具有大功率，可重复使用的航天飞机才能做到。同时，还要把这种超大型的太阳能装置的电池帆板，分模块地进行发射。为减少阻力，电池帆板的设计像折扇那样，是活动的，发射时帆板叠起收拢，放进航天飞机的舱内，当进入预定位置后，它自动展开，与主机进行组装。
太空电站工作时，安装在卫星电站上的集光器，随时太阳，把接收到的太阳能聚集于电池帆板内，然后通过微波发生器，把电能转换成微波能，通过发射天线，把微波送到地面接收站。这是一个宏大的空间能源开发工程，它的实施，必须伴随着许多重大科学难题的攻克才能实现。
利用太阳能，代表着21世纪能源科学发展的方向，尽管空间太阳能电站的研究离人类实际应用还有一定距离，但空间太阳能电站这一伟大构想，标志着大规模开发太阳能资源的开始。
两院院士上书发改委：太空电站计划亮相
中国新能源网 2011-9-1
谈起雄心勃勃的空间太阳能电站计划，今年90岁的中科院院士王希季精神抖擞。
“发展空间电站可以促进国际合作，谁引领清洁的可再生能源的开发利用，引领航天事业，谁就可能引领全球。”8月28日，王希季在第四届中国能源环境高峰论坛上表示。
空间电站计划，是指在太空中建立太阳能发电站，然后通过微波或者激光等形式传输到地面，地面接收空间发射来的能输，转换成为电能以供地面使用。该计划最早在1968年由美国Peter Glaser博士提出，全称是空间太阳能电站。
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。
目前美国、日本、欧洲、俄罗斯等都提出了自己的国际空间太阳能电站的构想，预计投资数百亿美元，建立100万千瓦的商业性装机电站，在2030-2040年投入使用。目前中国暂时还没有起步。
为此，由王希季为代表的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》8月份结题完成，该项目由多名中科院和工程院院士完成。该项目建议国家发改委尽快抓太空电站的论证和顶层设计，以明确发展目标和指导思想，提出发展路线图和工程初始方案论证。
在此基础上，在2020年前深化发展路线图深入方案论证，提出关键技术和先期必须创造的条件，进一步深化发展路线，并逐步开展攻克关键技术和创造条件的工作。
第三步，2030年进行并完成整个空间站的研制，在轨实验和验证工作。最后在2040年建成商业性的太阳能空间电站。
“太空电站计划将培植新产业”
中科院院士王希季认为，太空电站将从根本上改变人类利用和获取能源的方式，将会带来新能源、新材料、光电、电力技术等多个科学技术领域的重大创新，可能会引发一场新的技术革命。
据记者了解，目前航天技术已经被列入到国家新兴战略产业领域，建立太空太阳能电站，属于高端航天技术的一部分，由于涉及的部门众多，推进此项目将带动多个产业的兴起和技术革新。
“大规模开发利用空间太阳能，将极大地提高经济发展速度和质量，可能会引起经济基础的飞跃，而导致新的技术革命，甚至产业革命。”王希季说。
目前中国的地面太阳能电站发展迅速，2010年中国太阳能光伏发电容量为80万千瓦，太阳能热水器面积有1.68亿平方米。国家“十二五”规划提出，2015年太阳能光伏发电容量要达到1000万千瓦，2020年达到2000万千瓦。
不过，由于地面太阳能的实际接受的辐射只有太空的1/5，加上经常因为天气因素导致无法接受太阳能，因此地面太阳能电站的实际效果大打折扣。相比而言，太空电站99%的时间可以稳定接受太阳能辐射，而且接受的辐射是地面的5倍以上。
中国空间技术研究院副院长李明指出，近期墨西哥湾漏油以及日本核电站发生重大事故，加剧了人们对传统能源的担心。而水电和风电都存在不稳定的特点，相比之下，太阳能才是人类最可信赖的能源方式。
目前国家发改委系统对于空间太阳能电站的情况并不是很了解。国家能源局的一位人士对记者回应称，“这的确是个新东西，需要好好了解和研究。”
商业和技术可行性存疑
李明认为，目前中国航天技术经过50多年的发展，取得了巨大进步，已经为空间太阳能电站的发展提供了较高的技术基础。
“我国已成功地发射了100多颗卫星和7艘飞船。未来十年左右将要建设70吨级的空间站设施，这为空间太阳能电站带来机遇。”李明说。
不过，过去40年以来，太空电站计划在其他国家并无实质性的进展，主要是发射技术难以突破。比如一个5GW（5百万千瓦）的空间太阳能供电站的质量（按照1979年参考，需要3-5万吨），即相当于人类50多年来发射的所有航天器的（6000多颗）的总和。
此外，1个GW的空间太阳能电站，按照30年寿命设计，总发电量为2400亿千瓦时，但是以目前的造价看，需要2600亿人民币。即使按照每度电（千瓦时）为1元计算，仍入不敷出。
不过，建设空间太阳能电站的意义不能仅仅按照上述成本来测算。两院院士闵桂荣和中国科学院院士王希季认为，开发利用轨道空间站的太阳能资源，关键在于实现了能源技术的新突破。
比如能源传输从有线变成无线，能源从过去的海洋和地下变成了以空中为主。同时能源的主要来源是以太阳能为主。发展上述工程，可以带动交通、材料、动力、电子、微波、激光、机器人、防腐等技术的革新和突破。
此外，中国可以有自己的独特路径。比如中国可以集中力量发展重型运载火箭，以提高空间运输能力，跨步宜一步到位，不宜分步跨越。
目前，中国每年发射的卫星重量加起来也才100吨的水平。而发射1个百万千瓦的电站的重量则有上万吨。即使使用新的材料，质量降低到1/10，也需要完成数千吨航天器部件的研制、发射、在轨组装和测试。
实际情况是，中国规划在2014年首装负荷为20-25吨级的运载火箭，预计在未来10-15年完成上百吨级负荷的运载火箭的研发和运用。
2011年07月25日 中国新闻周刊网 钱炜
提要: 随着一纸供电协议的签署，被列为“未来七大工程奇迹”之一的空间太阳能技术已经悄然迈入现实。在国外对空间太阳能电站的研究进行了几十年之后，中国制定了发展空间太阳能的路线图：今年启动关键技术研究，2050年实现商用。
在赤道上方高远的地球静止轨道，环绕着晶莹闪耀的太阳能电池板带，它们充分地吸收阳光，全天候地从36000公里以外的太空，以微波的形式连续不断地向地球输送电力。这听起来像是最近流行的科幻小说《三体》里的情节，但实际上已离我们并不遥远——再过5年，美国旧金山及北加利福尼亚地区的部分居民即有望率先用上来自太空的电能。
今年4月，美国太平洋天然气及电力公司(PG&E)同意从2016年起，向Solaren公司购买200兆瓦的电力。Solaren公司的特别之处在于，他们将把太阳能电池板发射到地球轨道上，再将其生成的能量传送至位于加州弗雷斯诺的电站，并最终输入到常规电网。
尽管航天器和卫星经常使用太阳能电池板为自身提供能量，但大规模开发太空太阳能，并将其传输到地球上，却是个新奇而令人兴奋的想法。虽然空间太阳能技术被列为“未来七大工程奇迹”之一，但是Solaren公司的最新尝试却令人感到，这项属于未来的技术已在现实中悄然迈开脚步。
40年前的构想，40年后的预期
理论上计算，在阳光充足的地球静止轨道上，每平方米太阳能能产生1336瓦热量。如果在这一区域部署一条宽度为1000米的太阳能电池阵环带，假定其转换效率为100% ,那么，它在一年中接收到的太阳辐射通量差不多等于目前地球上已知可开采石油储量所包含能量的总和。
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。中国空间技术研究院副院长李明研究员表示，由于太空中无空气效应，且可以24小时正对太阳照射角度，因此其发电效率几乎相当于地面太阳能光伏设备的5～6倍。
实际上，利用太空中的太阳能并非是近几年出现的新构想。早在1968年，美国科学家彼得·格拉赛就提出了空间太阳能电站的原型。它实际上是一个太阳能发电卫星(SPS)，由大型聚光面镜、大面积太阳能电池阵和微波发射器等组成。
格拉塞的这一设想在当时很快引起了美国航空航天局(NASA)的兴趣。1970年代，NASA投入了大量经费进行研究，并提出了“1979 SPS基准系统”方案。该系统由60个5吉瓦的卫星组成，设计容量共300吉瓦，可满足美国三分之二的电力需求。
然而，由于当时技术条件尚不成熟，再加上成本昂贵——预算高达2750亿美元，该项目最终不了了之。NASA空间太阳能项目前主管、国际宇航学会第3委员会主席约翰·曼金斯分析说，导致这一计划落空的另一个原因是，NASA的主业是空间探索，向地球提供能量并不属于该机构的使命。
“9·11”事件后，反恐战争改变了美国的国家安全战略，空间太阳能电站技术再次成为关注的重点。资料显示，在过去30年里，美国共耗资8000万美元对空间太阳能发电概念进行研究。
除了美国，日本与欧盟也早已展开了对该领域的探索。2009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吉瓦级商业SPS系统，总投资额将超过200亿美元。而欧盟则提出了“太阳帆塔”计划，该计划主要采用一种可展开的轻型结构——太阳帆。其中每一块太阳帆电池阵为一个模块，尺寸为150米×150米，发射入轨后自动展开，在低地轨道进行系统组装，再通过电推力器转移至地球同步轨道。
国外对空间太阳能电站的研究已进行了几十年，估计到2030年，空间电力产业将进入商业化阶段。面对此发展态势，中国的很多专家都认为，如果再不迎头赶上，就将被美、日等国家远远地甩在后边。
在去年8月的空间太阳能电站发展技术研讨会上，12位两院院士与100多位业内专家经过讨论，拿出了中国发展空间太阳能的路线图，并制定了详细的“分四步走”战略。根据该方案，中国将从2011年起启动对空间太阳能电站关键技术的研究，在2030年发射空间太阳能电站的“测试版”系统，并在2050年实现商用。
对此，北京科技大学材料科学与工程学院教授张迎春对《中国新闻周刊》表示，目前，以中国空间技术研究院为主的一些科研机构已经开展了实际的研究。
庞大的系统工程
空间太阳能电站的电能传输有两种技术路线。在Solaren公司的计划中，是用微波来传输能量。该公司CEO加里·斯皮纳克表示，这一过程使用的技术实际上是基于通信卫星技术，因而目前已相当成熟；而另一方面，微波传送过程中的能耗也低于地球上传输电缆的能耗。
而日本的项目则是采用激光传输。张迎春对此解释说，虽然原理相同，但由于传输方式的不同，这两种类型的空间太阳能电站的结构完全不同。“激光传输的空间太阳能电站是将太阳能直接转化为激光，发射回地球，再转化为电能；而微波传输，则是把太阳能转化为电能，再将电能转化为微波，输送到地球后最终还原为电能。”两种技术路线相比较，激光会受到天气的影响，而微波技术则相对稳定，也更成熟一些。张迎春透露说，中国目前倾向于发展基于微波传输的空间太阳能电站。
无论哪种技术路线，都涉及到新材料的研发。基于激光的空间太阳能电站，需要有将太阳能转化为激光的介质。而对于微波传输系统来说，其核心材料是适用于太空的太阳能电池板。与用于地面的太阳能电池板相比，太空中的太阳能电池板需有防宇宙射线辐射的能力，有更高的发电效率，以及更长的使用寿命。“由于成本昂贵，空间太阳能电池板不能像在地球上一样，用个十几年就报废了，需要起码能使用30来年。而理想的发电效率在30%～40%。”张迎春说。
对于材料问题，Solaren公司副总裁凯尔·伯尔曼在接受《中国新闻周刊》电话采访时不愿透露具体的信息。但他表示，他们的“多卫星空间太阳能运行系统”已于2006年获得美国的“整系统专利保护”。
除了材料上的难题，建造空间太阳能电站更是一个涉及到多学科、庞大的系统工程，对现有的航天器技术提出了很大的挑战。首先是空间太阳能电站的规模更大，质量达到万吨以上，比目前的卫星高出4个数量级，需要采用新材料和新型运载技术；其次，它的面积延绵数公里以上，比目前的卫星高出6个数量级，需要采用特殊的结构、空间组装和姿态控制技术；此外，空间太阳能的功率也更大，为吉瓦级，比目前的卫星高出6个数量级，需要特别的电源管理和热控技术。
将来一旦空间太阳能电站开始运行，还会面临更多新的问题，比如，需采取相应措施对波束进行安全控制，解决空间太阳能电站对飞行器的影响，以及防止空间碎片可能对其造成损害等问题。
与未来“签约”
与技术相比，成本问题或许是制约空间太阳能电站发展更主要的因素。历史上，美国在该领域数次折戟，都与预算太高有关。据中国国内有关专家估算，建设一个空间太阳能发电站需要耗资3000亿至1万亿美元。以一个1吉瓦量级的空间太阳能电站为例，假设寿命为30年，总发电量大约为2400亿千瓦时，以目前的地面太阳能电价计算，其所获得的收益不超过400亿美元。
Solaren公司同样面临资金问题的困扰。据伯尔曼透露，尽管他们这套系统造价要远远低于以往的类似计划，但总共所需要的几十亿美元资金仍远远高于可再生能源项目通常所需的1亿至2亿美元投资。目前，Solaren与PG&E的协议刚刚经过加州公用事业管理局和加州能源局的许可，正在等待美国联邦政府的最终批准。所以，PG&G公司实际上尚未向Solaren注入资金。不过，伯尔曼表示，他们已经找到更大的投资者，愿意为此提供支持。
约翰·曼金斯则告诉《中国新闻周刊》，太空太阳能的电价，最初约为2～3美元，随着相关关键技术的突破，未来其电价成本应可以降至每度5美分～15美分。
而在张迎春看来，按照目前航天器的研制、发射成本，空间太阳能确实还无法与现有能源竞争。但若考虑到全球能源日益紧缺的局面，作为未来的战略能源，空间太阳能则不失为很好的选择。
他还补充说，除了从能源角度出发，发展空间太阳能也有军事上的考虑。空间太阳能电站虽然不具有特别的攻击能力，但作为一个大功率空间电源系统，可与其他军事技术结合成为攻击性武器。此外，空间太阳能电站可能用于军事设施的无线供电，从而充当间接的军事设施。
展望更为遥远的未来，张迎春描述了一幅颇具“科幻”色彩的场景：“人类探索太空的步伐会走得越来越远。而未来的空间太阳能电站，不仅可以设在地球静止轨道上，也可以设置在太空中的其他地方，作为人类太空飞行器的中途能源补给站。”
●日本研究太空太阳能发电（2011-07-27 ）
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据新华社东京7月26日电 日本宇宙航空研究开发机构和福井大学正共同推进研发一种能在太空将太阳光高效转化为激光并传输到地面的装置，这种装置一旦完成，有望不受天气和时间段影响实现太阳能发电。
据日本《读卖新闻》网站日前报道，研究小组正在研制这个高约200米、宽约2公里的大型反射镜状装置，计划将其发射到距地球约3.8万公里的轨道。这一装置包含福井大学副教授金边忠开发的一种新材料，它容易吸收太阳光的能量并激励生成激光。
据报道，这个太空太阳能发电装置完成后，由地面设施接收激光并用来发电，其功率可达到约100万千瓦，相当于一个核反应堆的发电能力。日本宇宙航空研究开发机构计划在2025年至2030年间发射试验装置。
目前地面太阳能发电有两种思路，一是以光伏电池板将太阳光直接转换成电能；二是以凹面镜聚集太阳光的热量，加热水蒸气等介质驱动涡轮机发电。它们共同的缺陷是占地面积大，也受制于日照时间，夜间不能发电，气候恶劣时效率极低。如果让人造卫星搭载太阳能电池板进行太空发电，电能又难以高效传回地面。
与自然光相比，激光发散极小、能量密度极大，被认为是天地间传输能量的最佳介质，日本在此领域已研究多年。2007年，日本宇宙航空研究开发机构和大阪大学宣布取得突破，他们用一种铬-钕混合粉末吸收阳光并激励发出激光。
激光微波传能量 日本拟建太空太阳能发电站
2009年11月12日
日本太空总署（JAXA）近日表示，日本计划从2030年开始从太空中收集太阳能，通过激光或微波传回地球供人使用，该计划可能耗资数十亿美元。日本政府已经指派了一些公司和科学家对此进行研究，希望在未来几十年内能够找到一种取之不尽的清洁能源。
据美联社报道，日本资源缺乏，对进口石油依赖性极高，这也促使该国一直在太阳能和可再生能源领域处于领先地位。另外，日本近年还制定了一项十分严格的温室气体减排目标。
此次“太空太阳能发电站”（SSPS）对日本具有深远的意义。该系统拥有一组由光电板组成的装置，面积可达数平方公里，可在大气层以外的轨道上与地球保持同步运行。
参与该项目的研究学者称：“太阳能是一种清洁的取之不尽的能源，我们相信太空太阳能发电站将帮助人类解决能源短缺和全球暖化的问题。”
太阳能电池在太空中收集的能量是其在地面收集的五倍以上。收集的太阳能将通过激光或微波传输到地球，随后靠一种建造在海上或水库上的巨型碗碟状天线接收。
研发者希望借此建立一个千兆瓦量级的供电系统。该系统相当于一个中型核电站，但发电成本仅为一般发电厂的1/6。建立太空太阳能发电站的最终目的，就是寻找一种比其他可替代能源更为廉价的能源。
但太空太阳能发电站存在许多挑战，例如能量的传输。早在1998年，日本就已经开始了此项研究，当时有多达130位学者参与了这方面的工作。上个月，日本的一些高科技企业也加入了进来。
日本太空总署研究员TatsuhitoFujita表示，未来几年，日本将向低空轨道发射一颗测试微波传输技术的卫星。大约在2020年，将开始对大型光电装置进行测试。这些实验有助于人们对太空太阳能发电站的可行性进行评估。
日本太空总署表示能量传输技术是安全可靠，但是同时也承认必须对公众进行说服教育，因为公众可能会认为从天上射下来的激光会烧焦飞鸟，或者击毁飞机。（朱莉萌） (来源：人民网-环保频道)
钇铝石榴石晶体或被选为太空阳光转换激光的新材料
2008年11月10日 来自： 生意社
太空太阳能电站是利用卫星技术，在太空把太阳能转化成电能，然后以某种方式传回地球供人类使用的系统。一旦建成，就成为一种“取之不尽”的洁净能源。我国“神七”的“太空漫步”试验，从长远来看，太空行走是我国从太空获取能源的关键技术步骤。
太空太阳能电站——是人类获取能源的主要方向
在军事领域，太阳能对军用航天器具有不可替代的作用。以应用卫星为主的航天系统在通信、导航定位、预警、军事气象等诸多方面都有着不可替代的作用，在未来战争中更将成为决定胜负的举足轻重的因素。然而，这些担负军事任务的航天器(卫星、飞船、空间站、航天飞机等航天器)不可须臾离开电能来维持其正常工作。由于航天器本身自带的电池迟早要耗尽，因此太阳能就成为航天器得以正常工作的不可缺少的能源。美国国家安全太空办公室(NSSO)则对太空太阳能的军事用途感兴趣。太空发电站传输回地球的微波束较为集中，因此如果给战场上的士兵配发接收天线，他们就能随时用微波对设备充电。另外，太空太阳能也能为边远地区的军事基地提供便利。而在这些地区，传统供电方式每度电的成本在1美元以上。
在宇宙空间，太阳光线不会被大气减弱，太阳光的辐射能量十分稳定。因而在静止轨道上建设的太阳能电站，一年有99%的时间是白天，其利用效率比在地面上要高出6~15倍。再有太空太阳能电站的发电系统相对来说比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。
随着全球变暖和能源短缺问题日益紧迫，向太空要能源愈发迫切。美国五角大楼在2007年10月的报告中则明确指出，和“向下钻取能源”一样，“向上钻取能源”的工作必须立即着手开始。
国外发达国家重视开发太空太阳能
随着科学技术的进步，在外太空进行试验发电的国家有美、日、法、德、俄和乌克兰等，其中大多采用微波传送方式，只有德国采用激光传送。而今，欧洲国家在非洲留尼汪岛建造的一座10万千瓦试验型微波输电装置，已于2003年向当地村庄送电；而日本拟于2020年建造试验型太空太阳能发电站SPS2000，其2050年结束试验进入规模运行，该项目已排入日本航天计划。
太空太阳能发电站的想法最初在1968年由美国麻省里特咨询公司的工程师彼特·格拉泽提出。虽然太空发电站的大规模建设有望一举解决温室气体排放和能源短缺问题，但美国在20世纪70年代进行了初步研究后还是放弃了这种想法，因为其建设成本高得惊人。即使在今天，仅将一颗这样的太阳能卫星送进太空就需要1万亿美元，而在太空建发电站至少需要十几颗这样的卫星。高昂的成本，让人类不得不望而却步。
虽然在太空建设发电站的计划暂时搁置，但人类探索太空太阳能的脚步却从未停止。美国太空太阳能专家约翰·曼金斯说，近年来太阳能领域的三大技术突破可使太阳能卫星的大小和成本降到可接受的水平，现在曼金斯的可控能源技术公司则是太空太阳能领域研发的领头羊。
他解释说，首先与20世纪70年代相比，如今的太阳能电池的效率提高了4倍，因此所需的电池板的面积可大大缩小。其次，微波传送技术也大大提高，利用固定装置就能使微波光束实现精确指向，而不再需要旋转天线。因此可以用体积小、组装简便的模块天线替代原来1公里长的天线。最后，机器人可以替代宇航员在太空中完成组装工作。2007年10月，美国五角大楼国家安全太空办公室(NSSO)悄然推出一份研究报告，建议美国政府在未来10年投入100亿美元建造一颗能将10兆瓦太阳能传回地球的试验卫星，并为下一步私人参与开发此技术提供经济激励。这就是被称为太空太阳能发电站的研究项目。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。根据美国科学家预测，到2025年，美国有可能在太空建造100座太阳能电站，将会满足美国全国30%的电力。
20世纪80年代，日本也已展开太空太阳能相关研究。而日本宇宙航空研究开发机构与日本经产省共同资助1200万美元的太空太阳能十年计划也即将结束第一阶段的研究。日本采取的激光传输，利用静止轨道上的反射镜将收集到的太阳光转换为激光，再传输到地面。由于激光与太阳光不同，不易发散，因此能够进行远距离传输。
而在地面，日本科学家准备使用光电转换装置将接收到的激光转换为电力，直接用来分解海水制造氢气。在微波传输方面，日本科学家希望将位于静止轨道上的太阳能电池发出的电力转换为微波传输到地面，在地面再将接收到的微波重新转换为电力。为了使微波能更高效地在大气中传输，他们准备使用不受云、雨等气象条件影响的频宽带，目前备选的有专门用于产业、科学和医疗领域的2.45GHz带和5.8GHz带。
“这项研究的目的很明确，就是为化石燃料的枯竭和全球变暖这些人类共同面临的难题提供一个解决的方案。”这个项目的负责人JAXA高级任务研究中心的铃木拓明如是说。今后他们的研究重点将放在寻找可以高效地将阳光转换为激光的材料方面，目前最有可能被选用的是一种添加了钕和铬的钇铝石榴石晶体。
据称，在太空太阳能发电系统初步建成后，将采取微波和激光两种方式共同进行传输，微波系统包括薄膜集光镜、太阳能电池板、微波传送天线等设备，长度有数公里，重量至少1万吨。而激光系统至少需要在太空中设置100个，以形成阵列，总重达500吨，长度10公里。此外，在地面上还需要设置长度至少2公里的微波接收天线。日本计划在2030年之前把太阳能发电卫星发射到地球静止轨道上，通过这些卫星每年将100万千瓦(相当于一所大型核能发电站的发电量)的能量传输到地球。
日本的计划实施起来并不容易，除了技术之外，最主要的就是费用问题。建造这样规模的设施据估计至少需要几百亿美元。但随着技术的不断成熟，太空太阳能发电的费用也会降低，争取可将每度电的价格限制在7日元(约合0.448元人民币)。如果真能达到这个目标，太空太阳能发电的价格将与目前用其他方式发电的费用相当，确实非常经济，颇具吸引力。
中国具有开发太空太阳能的潜力
近年来，虽然我国在发展地面太阳能可再生能源方面做了大量的工作，但利用规模还十分有限，发展空间太阳能发电技术、解决太阳能的大规模利用问题才是我国发展的主要方向。
作为空间太阳能发电的主要关键技术，WPT(Wireless Power Transmission)在能量传输方面起重要作用。我国在雷达技术研究、应用方面具有一定基础，激光技术也已成熟。微波技术、激光技术在许多方面得到了应用，表明我国在WPT技术上已具有相当基础，如对WPT在输能的功率、效率与精度控制等方面进行技术攻关，应用于空间电站的WPT技术一定会很快成熟起来。
作为空间电站的能量转换器件——太阳能电池应具有较高的转换效率、重量体积比功率以及较强的抗辐照、抗衰退能力，同时要成本低、寿命长，便于安装。我国研制太阳能电池始于1958年，目前约有38个研究生产单位从事光伏研究与发展工作。生产能力超过5.5MW/年。另有两条空间用硅太阳能电池生产线，产品大部分是单晶硅太阳能电池组件。我国光伏发电首先应用于空间，已经发射的大多数卫星均采用硅太阳能电池供电。
目前我国实用性单晶硅电池效率可达15%，多晶硅电池超过10%，非晶硅电池也超过6%。砷化镓电池的实验室效率可达21%，批量生产可达18%。随着效率的提高，各种新工艺、新结构的出现，太阳能电池的比功率、抗辐照、抗衰退能力也将进一步提高。我国已具备了太阳能电池的技术基础与空间应用能力。
在空间技术基础方面，要建设太空太阳能电站，除发展载人航天、空间站技术外，应同时或首先研究空间遥控机器人技术。另外，为了降低太空太阳能电站的建设成本，应重点降低运输成本，提高有效载荷，同时研究其他各种运输技术，如电子推进器、磁悬浮火箭、可重复使用的运载器等。尽管就我国的目前空间技术水平相比还存在许多差距，但就空间工业基础来讲，我国已具备建设太空太阳能电站所需空间技术的潜能。
日本加紧开发太空太阳能发电技术
2008年08月26日 科技日报
“公元2307年，化石燃料已经枯竭，人类开始使用大规模太空太阳能发电系统作为新的能量来源，但是从中受惠的只不过是一部分大国以及他们的盟国……”这是日本著名科幻小说《机动战士高达》中的开篇语。不过，目前全世界正面临着共同的能源危机，人们恐怕等不到2307年就不得不开展太空太阳能发电系统的研究。而在这方面，日本科学家已经走在了前面，为了获取清洁可再生的太空能源，他们正加紧进行相关技术与设备的研制，计划用约20年的时间将太空太阳能发电变为现实。
在很久以前，人们就认识到太空太阳能发电的优势：首先，与地面相比，太空阳光的强度要高上5至10倍，因此发电效率很高；其次，太空中没有昼夜之分，可以全天24小时收集太阳能，而且还不受天气影响；还有，在太空中发电十分清洁，不会产生污染也不会出现废弃物，同时也十分安全。不过，由于技术和费用等问题的制约，太空太阳能发电的设想一直以来都被束之高阁，成为一个看似不可能实现的梦想。此次，日本科学家就是对这个“梦想式”的创意产生了兴趣。
2007年，设在大阪的日本激光技术综合研究所利用太阳光生成了最高能量达180瓦的激光束。2008年2月，北海道的日本科学家开始了新型电力传输系统的地上试验，这个系统可以以微波形式将能源从太空传送到地球。这两项实验都是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)主导的一项大胆的计划———太空太阳能发电系统(SSPS)计划的重要组成部分。激光和微波是太空太阳能发电领域中的两种主要的传输方式，也是该技术的核心难题。而日本双管齐下，希望同时在这两个领域获得突破。
日本采取的激光传输利用静止轨道上的反射镜将收集到的太阳光转换为激光，再传输到地面。由于激光与太阳光不同，不易发散，因此能够进行远距离传输。而在地面日本科学家准备使用光电转换装置将接收到的激光转换为电力，直接用来分解海水制造氢气。
在微波传输方面，日本科学家希望将位于静止轨道上的太阳能电池发出的电力转换为微波传输到地面，在地面再将接收到的微波重新转换为电力。为了使微波能更高效地在大气中传输，他们准备使用不受云、雨等气象条件影响的频宽带，目前备选的有专门用于产业、科学和医疗领域的2.45GHz带和5.8GHz带。“这项研究的目的很明确，就是为化石燃料的枯竭和全球变暖这些人类共同面临的难题提供一个解决的方案”。JAXA高级任务研究中心的铃木拓明如是说。铃木是这个项目的负责人，目前正领导着来自日本各研究机构的约180多名研究人员从事该项目的研究。
现在铃木等研究人员在JAXA的角田太空中心正加紧研究向距离500米远的接收站发射800瓦的激光束。他们采用了一种只反射波长为1064纳米的光线的镜子，已经能够把这种光传导至实验型太阳能电池板中(之所以选择这种波长的光是因为其很少被大气吸收，衰减率可控制在10%以下)。今后他们的研究重点将放在寻找可以高效地将阳光转换为激光的材料方面，目前最有可能被选用的是一种添加了钕和铬的钇铝石榴石晶体。
据称，在太空太阳能发电系统初步建成后，将采取微波和激光两种方式共同进行传输，微波系统包括薄膜集光镜，太阳能电池板、微波传送天线等设备，长度有数公里，重量至少1万吨。而激光系统至少需要在太空中设置100个，以形成阵列，总重达500吨，长度10公里。此外，在地面上还需要设置长度至少2公里的微波接收天线。日本计划在2030年之前把太阳能发电卫星发射到地球静止轨道上，通过这些卫星每年将100万千瓦(相当于一所大型核能发电站的发电量)的能量传输到地球。
虽然日本的计划看起来充满吸引力，但实施起来却并不容易，除了技术之外，最主要的就是费用问题。建造这样规模的设施当然费用不菲，据估计至少需要几百亿美元，以日本一国之力恐怕无法承担。此外，这样规模的设施必须要进行试验，而把1万多吨的设备发射到太空中进行试验，这也需要一笔不小的费用。虽然看似困难重重，但铃木却并不担心，“我们现在进行的都是基础研究，只有这些完备了，才能保证这个计划的顺利实施，如果达到既定目标，在经济方面应该有保证”。他指的是日本为该计划制定的另一个目标：随着技术的不断成熟，降低太空太阳能发电的费用，争取将每度电的价格限制在7日元(约合0.448元人民币)。如果真能达到这个目标，太空太阳能发电的价格将与目前用其他方式发电的费用相当，确实非常经济，颇具吸引力。
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