天基太阳能可以全天候提供可再生能源，从而避开该技术的最大局限之一。现在，在猎鹰 9 号火箭成功发射旨在评估其可行性的实验硬件后，该想法将得到首次真正的测试。
在地球轨道上安装巨大的太阳能电池板并将能量传回的想法已经存在了几十年。这种可能性很有吸引力，因为在太空中你不再受天气或地球昼夜循环的支配，而且太阳辐射水平更高，因为阳光不必穿过大气层。
但到目前为止，由于太空技术的技术复杂性和无情的经济性，天基太阳能仍停留在科幻领域。但得益于 2013 年的 1 亿美元捐赠，来自加州理工学院的一个多学科团队在过去十年中一直在默默地致力于此，开发使其成为现实所需的各种技术。上周二，SpaceX 将全尺寸天基太阳能发电厂所需的一些关键子系统的原型送入轨道进行测试。
在接下来的几个月里，加州理工学院太空太阳能项目的团队将测试允许其灵活的太阳能电池板在太空中展开的系统，以及旨在将电力传输回地球的技术。他们还将评估不同种类的太阳能电池板技术在恶劣的太空环境中的表现如何。
“无论发生什么，这个原型都是向前迈出的重要一步，”领导该项目的三位加州理工学院教授之一阿里·哈吉米里 (Ali Hajimiri) 在一份声明中说。 “它在地球上有效，并且已经通过了任何发射到太空所需的严格步骤。风险仍然很多，但经历了整个过程，给了我们宝贵的教训。”
在太空中建造太阳能电池板比在地球上建造要复杂得多。最大的挑战首先是让它们到达那里，这受到将材料送入轨道的难以置信的成本的限制。因此，该团队不得不专注于在不牺牲发电能力的情况下尽可能减轻太阳能电池板的重量。
他们的解决方案结合了超薄柔性太阳能电池板、集发电和输电于一体的巧妙设计以及新颖的模块化架构，可以组合许多更小的独立面板来创建大型阵列。
他们设计的基本单元是一块几英寸宽的矩形瓷砖，其表面覆盖着镜面状的太阳能聚光器，这些聚光器将阳光直射到一条光伏电池上，在那里将其转化为电能。表面下方是一个集成电路，可将太阳能电池的能量转换为微波，然后通过一排超薄且灵活的贴片天线从瓷砖底部传输出去。
图片来源： 加州理工学院
这种设计可以显着减轻重量，因为它不需要笨重的布线来将产生的电力传输到中央变送器。然后，这些瓷砖将被排列成条状，并集成到一个新颖的折叠结构中，该结构在发射时会很紧凑，然后在太空中展开一次。
结果将是一个能够自我部署、产生能量并将其传输回地球的独立航天器，但该愿景涉及将其中许多结合起来以创建能够产生与陆基能量相当的能量的阵列系统。该设置使得调整阵列的大小和配置变得容易，并且还意味着对单个模块的损坏不会使整个系统停止运行。
本周启动的实验旨在测试该架构背后的几项关键底层技术。一个名为 DOLCE（可部署在轨超轻复合材料实验）的项目将通过从一个垃圾桶大小的小罐中部署一个 6 乘 6 英尺的框架来测试展开机制。
另一个名为 MAPLE（用于功率传输低轨道实验的微波阵列）将测试一系列超轻型微波发射器，这些发射器设计用于在太空中的一定距离上发射功率。名为 ALBA 的最终实验将在几个月内对 32 种不同类型的光伏电池进行测试，以了解哪种光伏电池在严酷的太空环境中最有效地运行。
假设所有测试都按计划进行，研究人员将验证使他们的愿景成为现实所需的一些关键技术。但鉴于地球上太阳能发电价格的下降以及旨在应对太阳能间歇性的储能技术的日益普及，该想法的经济性和实用性存在疑问。
不过，从长远来看，该技术可以发挥重要作用，约翰·蒂默 (John Timmer ) 在Ars Technica中写道。大多数估计表明，我们应该能够相当轻松地将大约 70% 的电网转换为可再生能源，但由于季节性变化或罕见的天气事件导致可靠性不足，这意味着要实现更高的目标可能会很困难。
当地球条件导致发电量下降时，每周7天、每天 24 小时可用的可再生能源可以帮助填补缺口。我们可能还需要几十年的时间才能需要它，但考虑到天基太阳能的复杂性，现在开始研究这项技术似乎是一个明智的选择。
图片来源： 加州理工学院