用太阳能发电不是什么稀奇事，但如何才能做到24小时不停歇地利用太阳能？究竟在哪里太阳才会永不西沉？

答案是，太空！于是，我国科学家决定直接在太空建一座发电站。

听起来很科幻，但实际上，我国太空发电站的实验性工程此前已经启动了。

什么是太空发电站

目前人类的发电方法，有火电、水电、风电、核电和太阳能光伏发电，这些方法利用的能量不同，但设备运作都是在地球上进行的。

太空发电站则不一样，虽然也属于太阳能发电，可发电设备已经离开地面到达外太空了。根据科学家的设想，太空发电站又叫空间太阳能电站。

顾名思义，它也是将太阳能转化成电能，所以本质上跟地面的太阳能光伏发电是一样的。唯一的区别在于，发电设备位于外太空。

很多人就要疑惑了，设备位于外太空，这样发出来的电该如何传送到地球呢？难不成天地之间，还要架设长长的输电设备？

输电设备肯定是要架设的，但并非传统的有线方式，而是新型的无线方式。

科学家的设想是，激光或者微波等形式，可以将采集到的太阳光，源源不断传输到地面。通过电力系统的接收和转化，进而就能变成人类所需的电能。

具体来看，要完成上述步骤，需要三个关键的环节：采集、转化传输、接收利用。

采集太阳能，需要借助大型的航天设备来完成，比如在轨卫星或者是空间站。以在轨卫星为例，根据科学家的设想，未来在地球上的轨道上，可部署一定宽度的光伏电池环状带。利用采集设备，就能源源不断采集太阳光。

在能量的转化和传输上，激光和微波是目前主要研究的方向。微波这种形式，穿透性好，波束又比较宽，整体转化的效率较高，非常适合未来大功率的传输。

太空电站具备哪些优势

太阳能本身就属于绿色可再生能源，只是地面的太阳能利用，会受到空间大气层和地球自转的影响。

一旦出现阴雨天气就无法发电，夜晚没有太阳也没办法发电。对比之下，如果从外太空采集太阳能，则不会受到昼夜和天气因素的干扰，相对而言采集和传输就能连续不断进行。

从聚光效果来看，地面每平方米可接收140瓦太阳能，太空中的设备，每平方米可接收1400瓦。相对于在地面进行采集，它的效率会大大提升。

相比于地球上的常规能源，太阳能可谓源源不断。统计显示，目前地球上煤炭还能使用一百多年，石油和天然气还能使用半个多世纪。

而太阳还有长达几十亿年的寿命，目前到达地球的太阳能量，只有太阳所发出能量的十六分之一，也就是说大部分能量都白白浪费了。

如果未来能够高效采集和转化利用，一年所采集的太阳能，相当于地面一年内开采石油的总和。

设想以及太空发电的优势都很好，但在很长一段时间，率先提出类似方案的国家，并没有推动落实。

一个世纪前的设想，国外未能推进

还在1920年，有天文学家就想到了在外太空发电。不过由于该想法太过于超前，具体要运用到怎样的技术和设备，科学家们都没有明确目标。

直到40多年后，基于微波能量传输技术取得的进展，又有科学家提出了发电卫星的概念。

具体来说，将两颗卫星发射到外太空，一颗采集太阳能，另一颗卫星则转化和传输太阳能。显而易见的是，彼时的设想还比较简单，科学家以为两颗卫星就能搞定。

在007电影中，就采用了这种卫星聚焦太阳能的概念和桥段。可当科学家真要把技术运用到现实中时，却发现难度非常大。

上世纪70年代，因为两次石油危机，美能源局联合NASA，开始具体构思有关太空发电站的方案。

1979年，名为基准系统的方案构思出现。在科学家的构思中，要用到太阳能电池列阵以及发射天线，电站部署的数量达到60个，规划的发电能力为50亿瓦。设想不错，不过方案最终并没有实施。

到了90年代，NASA又一次提出了太阳塔的技术概念。采集太阳光的设备依然是卫星列阵，而后利用微波技术向地面传输。

这一方案的短板在于，设备列阵在午夜和中午时分会相互遮挡，采集发电效率会大大降低。所以要想提高效率，就得发射更多的设备才行。

21世纪初，NASA又构思出了新的方案。这次所用的是单独激光卫星，所用的反射镜面直径超过了500米，采集、转化和传输都融为一体，这样就不用担心长距离的运输了。

不过，这一方案同样存在不足之处，由于容易受到天气因素干扰，一旦开始运作地面需要设置多个接收站。

2012年时，NASA再次提出了一项新的计划，不过新的方案依然停留在计划和构思环节，还没有落到实处。

除了美国之外，日本和欧洲多国，在这一领域也进行过相关研究。

日本在上世纪80年代，曾推出过微波-电离层非线性作用试验，这从传输的角度，证明了利用微波技术，可以将太阳转化的电能进行远距离传送。

2004年开始，日本将太空发电站列为了国家计划，此后用于研究的相关投资超过了210亿美元。

具体来看，日本提出了绳系式方案，发电和传输设备融为一体，相关的采集设备，使用缆线的方式悬挂在一起，整个所需模块有3800个。

日本之外，欧洲航天局也提出过太阳帆塔的方案。欧洲提出的方案，跟美国此前提出的一些方案有些类似，系统最大的问题在于不能持续供电。

我国的“逐日工程”

我国推动的这一计划叫“逐日工程”，是由西安电子科技大学的段宝岩团队推动的。

2021年夏天，相关实验基地在重庆璧山开工建设。这一基地主要是针对发电和传输，进行地面的模拟和验证。

实验基地位于璧山的福禄镇和平村，之所以选择这里，是因为当地日照时间较多，每年的云雾阴雨天气较少，可以保障未来实验顺利推进。

该实验基地2018年就提出了前期规划，建设期为2019年到2020年。主要建设的设施有升空实验场地、实验楼房和铁塔、平台调试大厅等，投资规模为两亿元。

根据此前的规划，2021年到2025年，为小规模的并网发电阶段，2025年后将展开更大规模的系统工作。目前来看，地面试验系统在2023年5月通过了验收，整体进度已经有所延期。

该系统是全世界第一个全链路、全系统的空间太阳能电站地面验证系统，整套系统包含了五个方面。

有光电转化系统，传输和管理系统，发射天线系统、接收与整流天线系统、控制和测量系统。

具体来看，利用聚光镜反射太阳光，而后发电列阵可以将光能转化成直流电能。而后通过相关的系统模块，将电能汇聚到发射天线。

之后，电能会利用相关转化系统转化成微波，无限传输的方式将其传送给地面，接收之后再转化成电能，就可以传输和利用了。

下一步还要面临哪些问题

构思和实验，都还不是最终的落实，而整个太空发电站，一旦真正的启动，它的工程将相当巨大。中国空间技术研究院王希季院士曾表示，要解决的问题，需要一步步的迈过去。

比如在建设上，太空发电站无论是尺寸还是重量，都要远远超过现在航天器的规模。像现在的空间站，其总重量在400吨左右。

而一座太空发电站，最小的规模也超过了1000吨。而且，要将所有部件设施发射到3.6万公里的地球轨道，以现在的发射重量来计算，相关的发射任务接近150次。

开工之后，整个空间设备的建设任务需要在两年内完成，这样一来一个月的发射任务至少需要6次以上。

此前曾有科学家形容，一旦太空发电站真的开始推动建设，整个工程将要比美国曾经推动的阿波罗登月计划还要庞大。

所以，不管是规模、频率还是资金的投入，这在整体上来看都是相当严峻的考验。

整个太空发电站建成后，其铺开的最小面积也有40平方公里左右，这是什么概念，好比几千个足球场那么大。

如此大范围的空间设备，结构复杂且应用了大量新技术，那么对空间的整体环境，就有很高的要求。起码不能让太空垃圾对其构成威胁。

除此之外，地面还得有维修和维护预案。整套设备是持续工作的，如果出现故障或者其他问题，要随时能够派人上天维修才行。

目前从建设的角度看，未来可能会利用3D打印技术进行太空建造。但具体要到什么时候真正推进，现在也还是未知数。

结语

从应用远景来看，未来的太空发电站建成，并且能实现无线传输电能的话，地面上的各种设备，或许都能实现无线充电。

与此同时，人类未来还要进一步探索深空，能源动力也是必不可少的。而太空发电站的建成，则可以给各类航天器进行充电。

一句话，太空发电站的建成，将会是技术上的颠覆和突破，它能让我们对太阳能的利用达到一个全新的高度。