太陽能是零碳能源,但受日照時間、天氣等因素影響,即使在陽光充足的地區,也不可能全日24小時都有陽光,難以全天候提供穩定電力。冰島正計劃在太空建造太陽能發電系統,持續收集太陽能傳回地面,預計2030年開始運作。
幾十年來,人類一直探索在太空收集太陽能(space-based solar power,簡稱SBSP)的可能。現在,有公司計劃在幾年內將構想變成現實。
這項雄心勃勃的計劃由英國太空太陽能公司(Space Solar)、冰島雷克雅未克能源公司(Reykjavik Energy)和永續發展倡議組織Transition Labs合作推動,計劃在大氣層外建造一座太陽能發電廠,再透過短波長的無線電波將收集到的太陽能傳送回地球使用。
今年10月31日,他們宣布,會在2030年將一枚試點衛星發射到太空,收集太陽能,供應地球,預計初期發電量約為30兆瓦,足夠供應約1,500到3,000個住戶使用。
太空太陽能公司更放眼未來,計劃在2036年前發射六個太陽能發電站,將收集的電量提升至吉瓦(gigawatt)級,成為全球最大的太空太陽能發電計劃。吉瓦是電力功率單位,1吉瓦等於10億瓦特,相當於一座大型核電廠的發電量。
這枚試點衛星重約64公噸、闊400公尺,將在離地球1,471至20,000哩的中地球軌道(medium earth orbit)運行,以大型太陽能板將持續收集太陽能,再將能量轉換成微波,傳輸到冰島的地面接收站,最後轉換成電網可以使用的電力。
這個項目目前正在物色地點,建造地面接收天線,以收集以高頻無線電波形式發射的能量,並將其轉換為電力,納入電網。實驗衛星估計價值約8億美元,但它提供每吉瓦電力的成本約是22.25億美元,是核能的四分之一。
太空太陽能預計,將來的發電站由模組化核心構件建造而成。這些構件可以組裝成不同大小的太陽能收集器。該公司表示,這些巨型衛星可以在不同高度運行,同時為多個國家提供電力。
自1970年代以來,一直有科學家提出類似構想。1973年,捷克裔的美國太空總署科學家Peter Glaser發明以微波從軌道向下傳輸到地面上的接收整流天線的方法,獲得了專利。但之後科學家未能解決在地上傳輸功率的問題,例如軌道上收集器的面積相當龐大、太陽能電池板的發電功率不高,而且能源再轉換會造成消耗。
雖然目前地球上的太空太陽能技術還無法達到如此大規模的電力傳輸,微波送電的效率已經比過去改進了不少。美國加州理工學院(Caltech)今年較早的實驗已將毫瓦級電力從太空傳輸到地面,證明了技術可行。冰島的計劃將挑戰現有技術的極限,實現數十億倍的電力傳輸。
Transition Labs執行長夏爾坦‧奧蘭‧歐拉夫森(Kjartan Orn Olafsson)表示,從外太空汲取太陽能很合理,理由包括:外太空的太陽能沒有地球大氣層的阻隔,能量更高;不受天氣與日照時間影響,可以全年無阻一天24小時提取。這樣穩定和強力的能源,希望可以補地球上其他能源的不足。
太空太陽能公司聯合行政總裁馬丁‧索爾托(Martin Soltau)說,太空太陽能發電具有成本效益高、供應穩定等優勢,將有助於推動全球能源轉型。
除了冰島,包括日本和中國等許多國家,都計劃在未來幾年內發射太空太陽能的示範系統,並在未來20年內開發成熟的地球軌道上發電裝置。今年2月,美國初創公司Virtus Solis也宣布,計劃於2027年發射太空太陽能示範系統。