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阳光到达地球的能量远远大于人类所消耗的能量,如果能够对其加以充分利用,便可直接解决能源问题。但在陆地上采集阳光,受昼夜转换及天气影响能量会不稳定。
因此,将太阳能用作社会基础能源尚未取得进展。而有望打破这一局面的是一种准备在不受昼夜转换及天气影响的宇宙设置太阳能电池,称之为SSPS的宇宙太阳能利用系统(图11)。
SSPS的概念是1968年由美国研究人员提出的。虽然美国宇航局(NASA)等曾进行过研究,但目前“在技术开发上位于世界最前沿的却是日本”(JAXA的佐佐木)。
JAXA正在实施相关计划,在离地3万6000km的静止卫星轨道上设置相当于1座核电站的1GW太阳能电池设备,将其产生的电力转换成微波输送给地面上的受电设备。如果在浩瀚的宇宙空间大量设置这种设备,便可确保充足的能源,因此能源问题有望由此一举解决。
高质量能源
在宇宙而非陆地设置太阳能电池的优点有很多(图12)。一是与在陆地上设置时相比,不受大气等影响,平均能量密度提高。在东京设置时为140W/m2,而宇宙中则高达1.4kW/m2之多。
二是能源质量高。由于地球的地轴存在倾斜度,因此即使日本进入夜间,设置在静止卫星轨道上的太阳能电池仍可持续照射到阳光。尽管在春分、秋分的各40天里每天会有1个小时不能发电,但这是事前已知的因素,容易处理。此外还不受天气变化的影响。因此,不管昼夜及天气的情况如何,都能获得稳定的电力(图13)。
JAXA将来的目标是设置20~30台1GW的SSPS,为日本提供20~30%的电力。届时,为了有效利用静止卫星轨道,需要将SSPS与其他卫星结合成为复合体,或者以静止卫星轨道为中心在周围设置建筑物,以立体使用空间。虽然SSPS的数量还可进一步增加,但能源问题过度依赖一种发电方式面临很大风险,因此JAXA将目标设定为日本用电量的20~30%。
直径为2km的太阳能电池系统
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