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目前，世界各國都在推進大型光伏發(fā)電設(shè)施計劃。這種設(shè)施通過設(shè)置數(shù)萬塊太陽能面板，來達到百萬瓦級發(fā)電規(guī)模。在宇宙擴大設(shè)施規(guī)模的研究也在推進之中。“宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)”可在宇宙中進行光伏發(fā)電，并將電力輸送至地面（圖1）。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）計劃最早于2017年度發(fā)射具有2kW發(fā)電能力的實證衛(wèi)星。

圖1 宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖在地球軌道上設(shè)置太陽能面板等裝置，利用微波或激光向地面輸送能量。（圖：JAXA）

在太空中，太陽光不會像在地球上那樣因大氣吸收而減弱，也不會受到天氣的影響。而且，如果將光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置在日照時間最長的靜止軌道上，就基本不會轉(zhuǎn)到地球陰影里，可以持續(xù)不斷發(fā)電了。發(fā)電量也可達到地面的5～10倍。

宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)是1968年美國的彼得·格拉澤（Peter Glaser）提出的概念，日本于1990年代初期在宇宙科學(xué)研究所（現(xiàn)JAXA）的主導(dǎo)下組建了研究小組。目前，JAXA與經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省下屬的宇宙系統(tǒng)開發(fā)利用推進機構(gòu)（J-spacesystems）正致力于無線電力傳輸及衛(wèi)星技術(shù)的開發(fā)。日本政府在2009年制定的“宇宙基本計劃”中，提出了力爭在今后10年內(nèi)使其走上實用化道路的目標(biāo)。

利用5.8GHz頻帶電波傳輸電力

宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)大致分為兩類，分別是以微波傳送太陽能的方式和以激光傳送的方式。前者以微波傳送太陽能面板提供的電力。而后者利用太陽光激發(fā)激光，然后向地面?zhèn)魉�，通過向海水中的光催化劑照射這種激光等方法，生成燃料電池的燃料——氫氣。盡管尚不清楚哪種方式會成為主流，但研究歷史較長的微波方式目前在試驗等方面處于領(lǐng)先地位。

采用微波方式的宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)的大致原理如圖2所示。整個系統(tǒng)由太陽能面板和三個子系統(tǒng)構(gòu)成。分別為（1）微波發(fā)生系統(tǒng)、（2）發(fā)送天線（宇宙天線）、（3）微波接收天線與電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（整流天線）。微波頻率考慮使用5.8GHz頻帶。

圖2 微波方式宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)的大致原理

利用微波發(fā)生器將太陽能電池的直流電轉(zhuǎn)換成微波之后發(fā)送出去，通過整流電路將地面接收的微波重新轉(zhuǎn)換成直流電。發(fā)送微波時，從接收端發(fā)送指示信號來通知準(zhǔn)確的位置。

首先，將太陽能面板提供的直流電轉(zhuǎn)換成微波。被人們看好的微波發(fā)生器是一種電子管即磁控管。這是因為其構(gòu)造簡單，可以輸出高效率微波。而且，宇宙天線可利用放大器將發(fā)生器產(chǎn)生的微波傳送至天線。放大器考慮使用可高頻運行的GaAs類元件、GaN類元件及SiC類元件等。