太空太陽能電站是利用衛(wèi)星技術，在太空把太陽能轉化成電能，然后以某種方式傳回地球供人類使用的系統(tǒng)。

人類獲取能源的主要方向

“公元2307年，化石燃料已經枯竭，人類開始使用大規(guī)模太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)作為新的能量來源，但是從中受惠的只不過是一部分大國以及他們的盟國……”這是日本著名科幻小說《機動戰(zhàn)士高達》中的開篇語。不過，目前全世界正面臨著共同的能源危機，人們恐怕等不到2307年就不得不開展太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究了。

在日本，太空發(fā)電站的研究如火如荼。20世紀80年代日本的多所大學就展開了相關研究。而日本宇宙航空研究開發(fā)機構與日本經產省共同資助1200萬美元的太空太陽能十年計劃也即將結束第一階段的研究。過去10年間，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(JAXA)一直為本國的空間太陽能電站系統(tǒng)(SSPS)提供穩(wěn)定支持。目標是在2030年前向太空發(fā)射一顆對地靜止衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星將為地球上50萬戶家庭提供10億瓦特電能。

2008年2月，北海道的日本科學家開始了新型電力傳輸系統(tǒng)的地上試驗，這個系統(tǒng)可以以微波形式將能源從太空傳送到地球。這兩項實驗都是日本宇宙航空研究開發(fā)機構(JAXA)主導的一項大膽的計劃——太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)計劃的重要組成部分。激光和微波是太空太陽能發(fā)電領域中的兩種主要的傳輸方式，也是該技術的核心難題。而日本雙管齊下，希望同時在這兩個領域獲得突破。

在我國，太陽能的利用也一直是最熱門的話題，經過多年的發(fā)展，國內在集熱器(含太陽能熱水器)已成為太陽能應用最為廣泛、產業(yè)化最迅速的產業(yè)之一。1998年銷售總額達到了35億元，其產量位居世界榜首。

我國的太陽能產業(yè)已開始運作。中國科學院宣布啟動西部行動計劃，將在兩年內投入2.5億元人民幣開展研究，建立若干個太陽能發(fā)電、太陽能供熱、太陽能空調等示范工程。目前河北保定國家高新技術開發(fā)區(qū)正加快建設我國規(guī)模最大的多晶硅太陽能電池生產基地，該項目集太陽能電池、組件及應用系統(tǒng)等為一體，一期工程完成后可達到年產3兆瓦多晶硅太陽能電池的能力，填補了我國在太陽能開發(fā)應用方面多項空白，并將大大推動太陽能電池用低鐵玻璃的生產、銷售市場。但從整體上分析，國內太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于起步較晚，尤其是在太陽能電池的開發(fā)、生產上還落后于國際水平，整體上仍處于產量小、應用面窄、產品單一、技術落后的初級階段。經粗略統(tǒng)計表明，國內目前僅建有5個(單晶硅)太陽能電池生產廠，年產量約有4.5兆瓦(注：1兆瓦(MW)為1000千瓦)，工廠設施仍停留在已有引進的生產線上。而國外不少企業(yè)已把眼光瞄準更為先進的薄膜晶體太陽能電池的開發(fā)與生產上。這種新一代的先進的薄膜晶體太陽能電池其轉換效率可高達18.3％，比目前平均轉換效率提高了3個百分點。

太空太陽能電站開發(fā)費用昂貴

太空太陽能電站的設想非常偉大和宏遠，但實現起來所需要的經費卻是十分驚人的。1968年彼得·格拉澤的將太陽能電站搬到太空去的設想，需要研制一種太陽能動力衛(wèi)星，并把它送到距地面3.6萬千米的軌道上(即地球同步軌道。在這一軌道上，衛(wèi)星繞地球飛行1圈的時間，正好與地球自轉一周所需要的時間相同)。對格拉澤提出這一宏偉設想，由于要花一大筆錢，美國政府不感興趣。不過到20世紀70年代中期，因出現能源危機，格拉澤的計劃重新受到重視，美國政府投資2000萬美元作為研究費用。但研究費不久就用完了，人們的熱情又冷了下來。因為美國科學院估計，要建成這個太空發(fā)電站，大概要用50年時間，研制、發(fā)射和組裝耗資達3000億美元，工作量相當于600名宇航員在太空工作30年。盡管發(fā)電能力為300千兆瓦，能供1.5億人口用電，可巨額投資遭到非議。原來，格拉澤設計的這座電站重量達5萬噸，其中僅太陽能電池板的空間面積就達50多平方千米，而向地球發(fā)送電力的微波發(fā)射天線的直徑達1千米。按美國航天飛機一次最多能運送30噸物資計算，也要發(fā)射1000多次才能把電站的設備全部送上天。而在20世紀70年代時，美國的航天飛機還沒有正式投入使用，因此人們認為，格拉澤的計劃在短期內難以實現。1999年和2000年，美國國會分別給宇航局撥款500萬和1500萬美元，用以深入研發(fā)空間太陽能發(fā)電技術，以期找出更好更成熟的建設方案。專家們從目前發(fā)展態(tài)勢估計，本世紀20年代第一個空間太陽能電站將升空組裝并開始試驗性發(fā)電。

日本計劃2040年前后向太空發(fā)射太陽能電站。盡管日本近年來在航天領域屢遭挫折，日本經濟、貿易和工業(yè)部(METI)仍雄心勃勃地計劃在2040年之前向太空發(fā)射太陽能電站。日本從2001財年4月份將開始太陽能衛(wèi)星的研究，到2040年系統(tǒng)將開始運作。METI計劃發(fā)射的太陽能衛(wèi)星在地球同步軌道每秒可產生100萬瓦的能量，相當于一個核電站產生的能量。太陽能衛(wèi)星將擁有兩個3000米長的太陽能發(fā)電翼板，兩個翼板之間是一個直徑1000米的能量傳輸天線。所產生的電能將以微波的形式傳送回地球，微波的強度將低于移動電話發(fā)射的微波強度，能保證發(fā)射的微波不影響移動通信和其他通信。衛(wèi)星地面接收天線的直徑將達幾千米，可能會建在沙漠或海洋地區(qū)。衛(wèi)星預計重2萬噸，總的建設費用預計為2萬億日元(約170億美元)。與目前熱發(fā)電或核能發(fā)電每千瓦小時9日元相比，在空間發(fā)電的成本是每千瓦小時23日元。

總體看來，建造空間太陽能電站，不僅能保證源源不斷的電能從天上來，以解決人類能源的危機，而且在它的研制、運輸、組裝、使用過程中所開發(fā)的新技術和新產品，也能夠推廣到其他航天活動中，能夠提升相關產業(yè)的技術水平與技術檔次。雖然太空太陽能電站擁有如此之多的好處，且其技術途徑也是可行的，然而真正建造起來卻并非是一件易事。這是因為，建造該種新型電站的難度遠非地面電站能比，它是一項規(guī)?？涨啊⒓夹g密集的龐大航天系統(tǒng)工程。具體實施起來要涉及科技、社會、經濟、環(huán)保、材料等多方面的問題，需要分成若干專題進行攻關研究和歸納起來的綜合分析。僅就研制、發(fā)射和組裝空間太陽能電站的關鍵技術來講，就有個提高效率、降低成本的共性問題。但我們有理由相信，隨著各國航天技術的發(fā)展，總有一天，我們將能夠從太空中獲取能源資源造福于全人類社會。

責任編輯 林京