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      美國成功實現了將光伏發電進行微波傳送的端對端演示

      2022-01-07 13:45
      全球光伏
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      空間光伏一直是科學家的夢想,因為太空中,鮮紅的太陽永不落!

      如果說實現空間光伏發電應用目前最大的市場障礙是將如何低成本地將光伏系統發射到太空,那么該應用最大的技術障礙就是如何把太空中光伏發的電傳送回地球。

      近日,美國空軍研究實驗室和諾斯羅普格魯曼公司的太空太陽能增量演示和研究(SSPIDR)項目首次成功實現了將光伏發電進行微波傳送的端對端演示。

      1. 空間光伏傳輸原理

      與地面光伏電站所發的電進行電力傳輸的原理不同,你不可能在太空和地面之間架起直流或交流的電力網絡為空間光伏發電進行電力傳輸。

      科學家的想法是,將空間光伏發電先轉化成無線電波,對著地球進行發射,同時在地面上建設一座無限電波接收站,再將接收到的無線電波射頻信號轉化為電力,接入電網進行傳輸。

      圖1:空間光伏原理和太空太陽能增量和示范研究 (SSPIDR)

      為了實現這一過程,科學家需要在太空中搭建一個能將光伏發電轉化成射頻電波的裝置,再將該裝置對準地球發射電波,還要有一個射頻接收裝置,并且該裝置能夠將射頻轉化成電流。

      而實現光電到射頻的轉換,并實現射頻電波的高效傳輸,這是該項目成功的關鍵。據了解,如果高效射頻傳輸成為可能,那么利用充電樁充電將無需有線傳輸,汽車在高速公路上邊開邊充電也將成為現實。

      2. AFRL的射頻傳輸試驗

      2018 年美國空軍研究實驗室(AFRL)與Northrop Grumman 簽訂了一份價值超過 1 億美元的合同,用于開發有效載荷,以展示原型空間太陽能系統的關鍵組件,這是為太空中的大型太陽能收集系統鋪平道路所需的基本步驟。

      AFRL的設想是制造傳統的光伏電池板與支持從光伏到射頻轉換并發射波束的裝置,并將二者結合稱夾心瓦,第一層是一塊高效光伏 (PV) 電池板,用于光伏發電并為第二層提供電力,第二層填充了支持太陽能到射頻轉換和波束成形的組件。

      圖2:AFRL的“光伏射頻天線模塊”

      該光伏設備被稱為“光伏射頻天線模塊”,是一塊12英寸的正方形“瓷磚”面板,能夠將陽光轉換為射頻微波。設備中使用的太陽能電池制造了一個額外的層,以捕獲空間光譜中的藍光。

      地面演示試驗中,科學家使用太陽能模擬器照亮面板的光伏側并開始太陽能到射頻的轉換過程。由于太陽能模擬器強度很大,研究人員能夠在工業級柔性塑料屏障后面查看監視器上的實時 RF 輸出數據,并可以看到表明功率轉換和 RF 輻射功率成功的 RF 能量峰值。

      除了實現從太陽能到射頻的轉換,科學家還需要測試該射頻天線的能量轉換過程以及由此產生的熱性能,從而分析轉換效率,幫助研究人員理解在實際空間條件下測試硬件。AFRL本次試驗成功地測試了單塊“瓷磚”,為此后搭建一平方米的原型面板提供了一個構建塊,目前這是全球任何其他太陽能到射頻實驗尚未達到的閾值,預計將于 2025 年推出。

      3. 中國的太空光伏電站研究

      據報道,中國太空光伏電站將按照四步走設想向前推進,第一階段2011 - 2020年進行太空電站的驗證與設計,第二階段2021年 - 2025年將建成第一個低軌道空間電站系統,第三階段2026 – 2040年的將發射太空電站系統并完成組裝,第四階段2036 - 2050年將正式實現電站商業運營,設計壽命30年。

      我國首個空間太陽能電站實驗基地,由重慶大學、中國航天科技集團和西安電子科技大學三家優秀團隊共同協作,2019年初在重啟璧山區福祿鎮和平村啟動建設,該基地建成后將開展基礎性實驗和應用研究。

      如果順利,中國光伏人將有幸在未來幾年內見證中國低軌道空間太陽能電站系統的成功發射、安裝和運行。

      聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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