全球能源競爭的賽場,正從地球表面延伸至浩瀚星空。近期,美國企業家埃隆·馬斯克公開表示,計劃未來每年向太空部署1億千瓦太陽能人工智能衛星能源網絡。在太平洋的這一側,晶科能源和天合光能兩家中國光伏龍頭企業,先後在新年致辭中將太空光伏列為重要發展方向。什麼是太空光伏?為何太空光伏會成為頭部企業前瞻佈局的焦點?
太空光伏,是指在航天器或衛星上搭載光伏組件,為航天器或衛星供電。未來,隨著技術成熟,還有望通過衛星在太空聚集太陽能,再以微波或鐳射形式傳輸至地面轉化為電能供人類使用。
其實太空光伏並非新事物。由於早期光伏發電成本高昂,其最早應用於價格敏感度較低的航空航天領域。1958年,美國第二顆人造衛星使用化學電池和光伏電池,通過發射器進入太空,這顆小衛星奠定了光伏電池應用基礎。如今,大多數航天器都會配備光伏電池,光伏技術也廣泛用於宇宙探索。
太空光伏技術之所以再次成為焦點,是因為其契合了兩大時代需求:一方面,近地軌道衛星互聯網、空間站建設、深空探測等太空經濟蓬勃興起,對持續穩定的太空能源供給形成剛性需求;另一方面,人工智能算力中心能源消耗量呈指數級增長,地面電力體系或難以支撐未來龐大的人工智能用電需求。
太空光伏可以解決這些問題。相較于地面光伏受晝夜更替、陰晴雨雪制約的先天短板,太空擁有近乎完美的發電環境:擺脫大氣層遮擋的陽光強度遠高於地面,且能實現24小時不間斷發電,無需儲能配套即可穩定輸出,理論發電效率遠超地面系統。可以説,太空光伏是太空算力、深空探測等場景重要的長效能源支撐,也是未來實現“太空發電—無線傳輸—地面接收”的全鏈條新型能源方案。
太空光伏面臨的挑戰也很突出。首先,極端環境適應性要求高,太空環境中無大氣層保護,雖然避免了困擾光伏組件的水氧侵蝕,但太空輻射強、溫差大,太空極端環境下的材料可靠性仍需提升。其次,設備成本居高不下,遠超地面光伏電站,大規模太空光伏電站在軌部署、長期維護成本依舊高昂。再次,産業鏈配套尚未成熟,新一代光伏電池的地面應用尚未實現規模化放量,航天級定制化産能和供應鏈配套缺失。如果考慮未來對地傳輸能量,還需提高無線能量傳輸效率和控制精度。
挑戰雖多,卻無法掩蓋太空光伏的深遠戰略價值。從能源安全看,太空光伏蘊含巨大清潔能源潛力,若實現規模化對地供電,將徹底改變地球能源供給結構,為碳中和目標提供全新方案,築牢國家能源安全新防線;從科技牽引看,太空光伏研發攻關,將倒逼超輕新材料、無線能量傳輸、航天製造、在軌機器人等多個領域技術突破,形成以應用促創新、以創新帶産業的良性循環,帶動整體工業體系升級;從未來發展看,太空資源開發已成為大國競爭的核心領域,提前佈局太空光伏這种太空經濟基礎設施,就是爭奪未來空間經濟的供能權。
看待太空光伏,既要懷揣仰望星空的夢想,更要秉持腳踏實地的理性,循序漸進走好發展之路。從發展路徑看,太空光伏商業化必然是分步推進的過程:近期,聚焦衛星、空間站等特定太空設施供電,解決航天裝備的能源需求;中期,服務於低軌衛星星座,支撐太空算力網絡建設;遠期,待技術成熟後,逐步實現大規模能源對地傳輸,惠及地面能源體系。
對我國來説,發展太空光伏需發揮制度優勢,推動光伏、航天等多領域産學研協同攻關,制定專項技術路線圖,集中力量突破無線傳輸、超輕材料等核心技術;要堅持“國家隊”與民營企業互補發展,依託航天央企的工程化能力,結合光伏民企的技術創新優勢,形成靈活高效的産業梯隊;更要積極參與國際規則制定,倡導和平利用太空資源、合作共贏的開發秩序,推動太空光伏成為人類共同發展的科技成果。
太空光伏技術突破需要時間,産業成熟需要積澱,但人類對能源自由的渴望從未止步。這場從地面到太空的光伏革命,才剛剛拉開序幕。
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