在太空接受太阳能

天基太阳能系统可以成为满足全世界电力需求的可持续和取之不尽的长期解决办法。

长期以来，太阳能电池板阵列一直被用于空间站和卫星的供电，但利用外层空间太阳能的概念仍处于萌芽阶段。在地球上，太阳能电池板在白天有足够阳光的地方用于发电。像俄罗斯这样的许多地方一年到头都没有足够的阳光。此外，由于大气中的尘埃和其他粒子的反射和吸收，到达行星的太阳能中有很大一部分会损失掉。

目前，太阳能必须储存在电池中，以备恶劣天气和夜间使用。如果成功，天基太阳能系统可以成为满足全世界电力需求的可持续和取之不尽的长期解决办法。

与陆地太阳能农场相比，这些系统可以全天候接收永久阳光，不受任何阻碍地捕捉太阳光线，提供巨大的输出能力。这种持续发电的能量可以立即传输到世界任何地方，比如偏远的军事地区，从而减少了对电池的依赖。

这个迷人的想法在20世纪70年代被尝试过，但是几个障碍使它不可能继续下去。即使在今天，最令人生畏的挑战仍然是在没有回报保证的情况下产生的成本。太阳能卫星需要大量的太阳能电池板，这也意味着更大的质量。

由于条件的限制，制造过程中使用的材料在太空中的使用寿命很短，而且大量的材料需要快速更换是一个很大的麻烦。解决方案是在不降低效率的情况下使它们变得轻量化。

尽管面临挑战，印度空间研究组织(ISRO)与美国国家空间协会和中国合作开发太阳能集热器和太阳能卫星。2015年，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)成功地通过55米距离的微波将1.8千瓦的能量传输到接收天线。该机构一直在研究如何克服与无线电力传输相关的技术挑战。

2019年2月，中国科学技术协会(CAST)宣布了建造动力卫星的计划。许多国家的愿景是在未来几十年内在太空建立一个商业规模的太阳能发电站。

研究人员提出了许多太阳能捕获和传输的设计方案。其中大多数集中于利用光学反射器集中和超轻量但有效的光伏阵列，可以很容易地维护和修理能源收集和转换为电力。

对于建筑来说，使用月球材料，例如，在太空中可能是一个方便的选择。完成的阵列将在地球上空轨道运行，并将能量传回地面接收器。有效的传输只有通过有效的无线系统才能实现。激光束和微波动力传输是典型的偏好，因为它们重量更轻，成本更低，效率更高。

对于轨道而言，选择地球同步轨道地球观测卫星(GEO)具有多重优势，包括可扩展性和几乎恒定的动力传输，但难点在于处理辐射暴露问题。在地球上，能量可以通过 rectenna 接收，这是一种用于无线系统的整流天线，通过无线电波传输能量。

多亏了 SpaceX 和蓝色起源等公司，太空发射和硬件成本正在缓慢下降。模块化制造和机器人技术的发展使小型模块化系统的大规模生产成为可能，从而降低了卫星成本。

2018年，加利福尼亚理工学院的科学家们创造了一块每平方米重1.5千克的瓷砖，这块瓷砖可以集成成大型太阳能电池阵列，用于利用太阳能。

在尝试这种方法的过程中，我们需要考虑到对地球，包括对生物体造成的风险。各国需要遵守诸如微波传输功率等级的安全协议。由于传输射频波的频谱已经很拥挤，波段分配和地缘政治的挑战可能会出现。大量的电力传输可以导致表面温度升高。太阳耀斑等其他空间危害也需要考虑在内。

还有很长的路要走，但是如果有适当的时间和资源，太阳能发电卫星可以为人类提供无数的好处。