人類對能源的開發(fā)利用是無止境的。人類社會的發(fā)展已經(jīng)到了今天這個階段。目前，廣泛使用的能源主要是煤、石油、天然氣等化石能源。雖然化石能源的儲量相對較大，但它是不可再生能源，大量使用化石能源會導(dǎo)致嚴重的溫室效應(yīng)和氣候變暖。因此，我們對清潔能源的追求從未停止。
01
解決能源危機的方向
目前，我們光伏發(fā)電并網(wǎng)可以利用的清潔能源主要有風(fēng)能、太陽能、水能、核能、生物質(zhì)能、潮汐等。核能的利用仍然完全是通過核裂變，核聚變技術(shù)還沒有被人類完全掌握，核裂變存在著核泄漏的風(fēng)險和核廢料的處置問題。其他清潔能源也在我國得到了開發(fā)和利用。從本質(zhì)上講，地球上的風(fēng)、水，甚至化石燃料都來自太陽。因此，如果我們能夠有效地直接利用太陽能來產(chǎn)生能源，我們就有可能為人類社會提供更持續(xù)的能源，并有望解決人類的能源危機。
使用太陽能最直接的方法是直接通過太陽能電池板發(fā)電。目前我國有很多光伏發(fā)電企業(yè)，光伏發(fā)電在我國的發(fā)展也相對較好。但現(xiàn)在我們的太陽能設(shè)備安排在地球表面,和到達地球表面的太陽在地球的大氣層是能量的損失占總輻射和相當部分的十倍太陽輻射能到達地球在太空,在太空和太陽能資源的使用可以不受天氣條件的影響。2008年，來自美國和日本的研究人員成功地在相距90英里的夏威夷兩個島嶼上無線傳輸微波級別的能量，這個距離等于能量從軌道傳輸?shù)降孛娴拇髿鈱雍穸取＿@也為能量的長距離無線傳輸提供了技術(shù)支持。經(jīng)過幾年的發(fā)展，無線遠程能源傳輸技術(shù)日趨成熟。另外，近年來光電效率逐漸提高。目前，部分器件光電效率已達40%，有望在未來成為現(xiàn)實。
02
空間太陽能發(fā)電
太空太陽能電站的基本構(gòu)想是將裝有太陽能電池板的衛(wèi)星送入太空，在那里捕獲的太陽能被轉(zhuǎn)換成特定波長的高能電磁波或微波。對于傳輸?shù)降孛娴奈⒉▉碚f，理想的頻率是2.45gh或5.8gh，這兩個波段介于紅外和FM/AM無線電信號之間，它們最有可能穿透大氣層，但在這個過程中會損失一些能量。微波可以在空氣中形成一個看不見的微波柱，直徑大約1英里、2公里或3公里。在地面上，有橢圓形天線的網(wǎng)格，稱為網(wǎng)格天線，它覆蓋的面積相當于一個微波柱，接收微波能量，可以轉(zhuǎn)換并發(fā)送到傳統(tǒng)的電網(wǎng)。
另一個需要考慮的是太陽能發(fā)電站的運行軌道。最容易想到的是地球同步軌道。將微波能量送回地球的過程可以通過固定空間太陽能發(fā)電站來簡化，因為它相對于地球的位置是恒定的。但是由于地球的自轉(zhuǎn)，同步衛(wèi)星只能接收一天中的半天的光線。為了確保太陽能電池板在一天中產(chǎn)生最多的能量，你需要讓太陽能電池板一直面向太陽，你需要給衛(wèi)星一個與地球相同的角速度。同時，考慮到地球仍在旋轉(zhuǎn)，衛(wèi)星和地球?qū)⒉粫酝耆嗤慕撬俣刃D(zhuǎn)。由于地球同步軌道如此之高，人們在衛(wèi)星正下方看到的電站實際上只占了一小部分的視野，而這并沒有發(fā)生。有些人擔(dān)心衛(wèi)星下面的人看不到太陽。
03
電能在空間和地面之間的傳輸
實際上有一種軌道選擇可以讓空間站在一天中的任何時候都能工作，那就是把衛(wèi)星送入圍繞地球的黃昏線的軌道。這使得衛(wèi)星可以在任何時候接收太陽光線，而且軌道的高度可以調(diào)節(jié)，這大大增加了衛(wèi)星的使用，并使在太空中部署大量衛(wèi)星成為可能。在這種情況下，有兩個主要的技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服。其中之一是，由于地球公轉(zhuǎn)，地球早晚線的方向在不斷變化，發(fā)電衛(wèi)星的軌道需要在一年的時間里進行微調(diào)。另一個問題是，發(fā)電衛(wèi)星受到地球早晚線變化的影響，它們相對地球的位置也在變化，使得能量傳輸變得困難。一種選擇是在地球拉格朗日面上的L1點放置一顆中繼衛(wèi)星，這將需要很少的能量來長時間停留在該點上。可以將太陽能轉(zhuǎn)換成其他發(fā)電衛(wèi)星微波傳輸中繼衛(wèi)星,然后通過中繼衛(wèi)星將接受微波能量傳輸?shù)降孛?使用這個方案還需要赤道建造許多微波能源站,甚至因此相對于中繼衛(wèi)星微波能量站不是靜態(tài)的,因此,能量轉(zhuǎn)移仍在很多技術(shù)問題。
每個行業(yè)正在迅速發(fā)展,21世紀未來相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展,國際空間站預(yù)計將在未來成為現(xiàn)實,當大規(guī)模空間電站建成和投入使用,將對人類和提供無盡的源源不斷的清潔能源,人類能源危機也將完全解決。
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