空间太阳能发电系统及其关键材料

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1、第27卷第1期航天器环境T程2010午2月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING13空间太阳能发电系统及其关键材料葛昌纯，张迎春，徐亚东，刘艳红(北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)摘要：考虑到未来世界能源的发展，文章综述了空间太阳能发电系统国内外研究和发展现状，包括空间太阳能发电系统的结构演化以及世界各国相关项目的实施和进展，重点讨论了空间太阳能发电系统相关材料技术的发展。针对目前我国在航天和新材料领域的基础，提出了我国发展空间太阳能发电系统的建议。关键词：空间太阳能发电站；太阳能电池阵；卫星：能

2、源材料中图分类号：TK514；V474；TB34文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)01一0013-05DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2010．01．0021引言能源问题一直足影响社会发展的基础问题。全球能源日益紧张，据估计包括化石能源在内的所有能源储量大约仅能供人类使用200～300年左右。目前全球原油年消耗量约为35亿t，而亚洲的原油年消耗量正在激增中。在今后25年中全球原油平均每年消耗将达50亿t，足以把现已探明的全部储量耗尽。中国的能源问题比世界上其他国家更严重并将对世界能源形势产生重

3、大影响。中国人均能源消耗约为世界人均能源消耗的1／2，为发达国家的1／10，为美国的1／13[1。31。因此，我们将比其他任何国家更快遇到能源短缺问题。我国如不及早地开展从根本上解决能源问题的研究，能源安伞和能源危机将会严重地制约我国经济的发展，甚至威胁到国家的安全。1968年，美国的PeterGlaser博士提出了空间太阳能电站(SpaceSolarPowerStation，SSPS)的大胆设想，这为人类解决能源与环境问题指出了一个重要方向【4。71。虽然目前SSPS计划还没有实现，但是人们已经认识到现代社会必须由依赖化石燃料向依靠绿色

4、能源转变，以保护地球环境，实现可持续发展。作为一劳永逸地解决人类能源危机的终极能源，人们公认的主要有两种：核聚变能和太阳能。核聚变能发电在50年内能否实现商业化尚存在着争论，而SSPS技术有可能在20～30年内实现商业化，因此SSPS技术对人们有着更大的吸引力。2空间太阳能电站的系统构成PeterGlaser博士提出的空间太阳能电站的原型实际上是太阳能发电卫星(SolarPowerSatellite，SPS)，其结构如图1所剩3，7】。太阳能发电卫星主要巾大型聚光而镜、大面积太阳能电池阵、微波发射器等组成，将布置在地球同步轨道上。大型聚光

5、面镜将收集到的太阳光反射到太阳能电池阵上，由太阳能电池阵将太阳能转化为电能，再通过微波发射器将电能转换为微波束并传输到地面，通过地面接收装置再将微波束能转变为电能。此外，在地球同步轨道卫星上也可通过激光材料直接将太阳能转变成激光束并传输到地面，然后转变成电能或通过电解海水生成氢以作为能源。美国能源部1979年建立了一个太阳能发电卫星的“参考系统”【_71，并分析了在地球同步轨道上建立由60颗5GW的太阳能发电卫星所组成的星座的可行性。表l是该“参考系统”的基本参数HJ。收稿日期：2009．10．17；修回日期：2009．12．24基金项目

6、：国家973计划项目(2008CB717802)、国家自然科学基金项目(50972008)及教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET一07．0261)作者简介：葛昌纯(1934．)，男，中国科学院院士，研究方向为新型能源材料；E-mail：ecge@mater．ustb．edu．cn。张迎春(1969一)，男，教授，研究方向为新型能源材料；E—marl：zhangyingchun@tsinghlla．org．eft。14航天器环境工程2010年第27卷图l微波传输的SPSFig．1SPSreferencesystemwithmicrowav

7、etransmiRer表1SPS“参考系统”的基本参数【71Table1BasicparametersforreferencesystemofSPSSPS总数／颗60单颗SPS功率／GW5太阳电池阵的，t寸／km5×10微波发射尺线的直径／kin1簟颗SPS质链／kt30～50位于35。纬度位置的接收系统尺寸／km10x13发射天线中心功率密度／(kW·m。2)30接收系统中心功率密度／(kW·m。2)23020年(含第‘颗发射的SPS)总投资／l100～1200亿美元以后SPS成本／亿美元110～120SPSI：作寿命／qz30SPS投

8、资回报周期／年63空间太阳能电站的发展现况3．1美国自从PeterGlaser博士在1968年提出设想后，在卡特总统任期的能源危机期间，美国政府对SSPS项目的研究经费支出达到了高峰。20世纪