在地面上,太阳能存在局限性。太阳能电池的效率不高。会下雨。太阳在夜间消失。基于太空的太阳能电池板可以通过规避天气和黑暗时段,产生比地面上同类电池板五倍的能量。国家空间学会2007年的一项研究估计,位于地球同步轨道的半英里宽的光伏带,一年内产生的能量相当于地球上所有剩余石油的总和。尽管成本高昂,但发射可用的太阳能卫星在今天是可以实现的。挑战在于如何将捕获的能量传输到地球——这是科学家们才刚刚开始着手解决的问题。
如果说从太空传输能量听起来令人不安,那么这个概念实际上非常安全和简单。装有太阳能电池板的卫星将全天候收集太阳能,然后将这些能量转换为红外激光束。高效率的激光将传输80%的捕获能量到地面接收器;一种设计设想使用60英尺宽的激光束和9700平方英尺的地面接收站。如果云层阻碍激光束穿过地球大气层,卫星可以将能量重定向到网络中的其他卫星或接收器。
本月,欧洲航天公司Astrium将在德国测试红外激光传输系统的可行性。Astrium创新部门负责人Matthew Perren表示:“我们只是想演示以人眼安全的波长传输能量。”“我们试图以人眼不敏感的波长传输能量,这样您就可以安全地穿过激光束或意外地看向它。”该公司计划在2016年发射一颗初步卫星,该卫星装有500平方英尺的太阳能电池板,并将向地面接收器传输几千瓦的能量。Astrium表示,到2020年,他们将运行一颗能够提供10千瓦能量的卫星,这足以供10个单户住宅使用。
与此同时,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和总部位于加州的Solaren公司正计划使用微波传输太阳能。Astrium测试的高效激光器最近才问世,而高效微波发射器已经存在多年。2008年,物理学家将20瓦的微波频率从茂宜岛的一座山上发射到夏威夷岛,距离为92英里,大约是地球大气层深度的1.5倍。JAXA已与三菱等公司合作,启动了一个耗资210亿美元、为期30年的项目,旨在将配备2.5平方英里太阳能电池板的卫星送入太空。这项努力将产生1吉瓦的电力,约等于一座核电站的发电量。独立的倡导组织Solar High Study Group表示,轨道上有足够的空间容纳数千颗这样的卫星。
如果基于太空的太阳能卫星能够发射——这是一个重大的“如果”,考虑到将激光送入太空的政治影响——最初的接收者很可能是南北极的研究实验室,或能源短缺的其他地方。美国国防部也表示有兴趣将太空电力传输到战场,因为在战场上,燃料运送的成本可能高达每加仑400美元。
关于环境影响,英国萨里大学物理学家Stephen Sweeney(他正在研究Astrium系统)表示,这不会加热地球或改变气候。他还指出,由于激光使用的波长,激光束不会伤害任何可能误入激光路径的动物。
数据
- 2200亿千瓦时: 预计到2030年全球年能源消耗量
- 1至2吉瓦: 单颗轨道卫星可提供的太阳能总量
- 60英尺: 能量传输光束的宽度