在太空接受太陽能

天基太陽能系統可以成為滿足全世界電力需求的可持續和取之不盡的長期解決辦法。

長期以來，太陽能電池板陣列一直被用於空間站和衛星的供電，但利用外層空間太陽能的概念仍處於萌芽階段。在地球上，太陽能電池板在白天有足夠陽光的地方用於發電。像俄羅斯這樣的許多地方一年到頭都沒有足夠的陽光。此外，由於大氣中的塵埃和其他粒子的反射和吸收，到達行星的太陽能中有很大一部分會損失掉。

目前，太陽能必須儲存在電池中，以備惡劣天氣和夜間使用。如果成功，天基太陽能系統可以成為滿足全世界電力需求的可持續和取之不盡的長期解決辦法。

與陸地太陽能農場相比，這些系統可以全天候接收永久陽光，不受任何阻礙地捕捉太陽光線，提供巨大的輸出能力。這種持續發電的能量可以立即傳輸到世界任何地方，比如偏遠的軍事地區，從而減少了對電池的依賴。

這個迷人的想法在20世紀70年代被嘗試過，但是幾個障礙使它不可能繼續下去。即使在今天，最令人生畏的挑戰仍然是在沒有回報保證的情況下產生的成本。太陽能衛星需要大量的太陽能電池板，這也意味著更大的質量。

由於條件的限制，製造過程中使用的材料在太空中的使用壽命很短，而且大量的材料需要快速更換是一個很大的麻煩。解決方案是在不降低效率的情況下使它們變得輕量化。

儘管面臨挑戰，印度空間研究組織(ISRO)與美國國家空間協會和中國合作開發太陽能集熱器和太陽能衛星。2015年，日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)成功地透過55米距離的微波將1.8千瓦的能量傳輸到接收天線。該機構一直在研究如何克服與無線電力傳輸相關的技術挑戰。

2019年2月，中國科學技術協會(CAST)宣佈了建造動力衛星的計劃。許多國家的願景是在未來幾十年內在太空建立一個商業規模的太陽能發電站。

研究人員提出了許多太陽能捕獲和傳輸的設計方案。其中大多數集中於利用光學反射器集中和超輕量但有效的光伏陣列，可以很容易地維護和修理能源收集和轉換為電力。

對於建築來說，使用月球材料，例如，在太空中可能是一個方便的選擇。完成的陣列將在地球上空軌道執行，並將能量傳回地面接收器。有效的傳輸只有透過有效的無線系統才能實現。鐳射束和微波動力傳輸是典型的偏好，因為它們重量更輕，成本更低，效率更高。

對於軌道而言，選擇地球同步軌道地球觀測衛星(GEO)具有多重優勢，包括可擴充套件性和幾乎恆定的動力傳輸，但難點在於處理輻射暴露問題。在地球上，能量可以透過 rectenna 接收，這是一種用於無線系統的整流天線，透過無線電波傳輸能量。

多虧了 SpaceX 和藍色起源等公司，太空發射和硬體成本正在緩慢下降。模組化製造和機器人技術的發展使小型模組化系統的大規模生產成為可能，從而降低了衛星成本。

2018年，加利福尼亞理工學院的科學家們創造了一塊每平方米重1.5千克的瓷磚，這塊瓷磚可以整合成大型太陽能電池陣列，用於利用太陽能。

在嘗試這種方法的過程中，我們需要考慮到對地球，包括對生物體造成的風險。各國需要遵守諸如微波傳輸功率等級的安全協議。由於傳輸射頻波的頻譜已經很擁擠，波段分配和地緣政治的挑戰可能會出現。大量的電力傳輸可以導致表面溫度升高。太陽耀斑等其他空間危害也需要考慮在內。

還有很長的路要走，但是如果有適當的時間和資源，太陽能發電衛星可以為人類提供無數的好處。