太阳能电站

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太阳能电站
浩瀚的太平洋上曾经有过一个埃卢也拉普小岛,它是马沼尔群岛中的一个岛,1952 年 10 月,美国实施的代号“常青藤行动”——爆炸第一颗氢弹,把这个小岛的户口永远地吊销了。这颗氢弹长约 9 米,它爆炸时,一个通红的火球腾空而起,其威力比投在广岛的原子弹的威力大 500 多倍,相当于 107 吨烈性炸药 TNT 的威力。
然而氢弹的这点本事和太阳的威力比起来,简直渺小的微不足道。太阳每秒钟发出的能量为 3.83×1023 焦耳,这个能量等于 1016 吨优质煤完全燃烧后所产生的总能量。按日前的生产能力,全世界每年约开采 50 亿吨煤,如果 50 万年前的中国猿人也能如此采煤的话,那么积 50 万年开采煤的总和,还顶不上太阳烧 1/4 秒!如若太阳把它的全部能量都集中射向地球,那相当于地面上每平方公里上爆炸 180 颗比第一枚氢弹威力大 10 倍的氢弹。万幸的是,地球只得到了太阳能量的 22 亿分之一,不过这 22 亿分之一已非同小可,如果在天上建个太阳能发电站把地球所能得到的全部太阳能用来发电,它每年可产生 58 亿亿度电!
20  世纪中叶,科学家已在地面上实现了把太阳能转化为电能,那么既然如此,又何必去天上建造太阳能发电站呢?原来在地球上建立大型太阳能一电能转换装置,会出现很多不利因素。因为在地球上的任何一个地方,一般一年中只有 1/2 左右的时间能获得日照,而且日照程度又随时间和天气而改变,所以不能把它作为基本负载的电厂来使用。同时还因为在地面上有风和重力存在,使建筑超级大型太阳能电池阵或反射镜颇为困难。加之存在大气和地面的各种污染,还需要设计专用自动清洗设备对其进行定期清洗,不然就会影响它的转换效率。
然而,在宇宙空间建立太阳能电站,能合理地充分利用空间资源。太阳能电站最好设置在赤道平面内的地球同步轨道上,位于西经 123 度和东经 57 度附近,使太阳能电池阵始终对太阳定向,并且发射天线的微波束必须指向地面的接收天线。不过当空间太阳能电站绕地球运动时,总有一部分时间内被地球遮挡住阳光,因此,每年有 277 天是全日照,仅每年的春分、秋分前后各有 45 天时间,因地球阴影停止发电,但最长的停电时间也只不过 75 分钟,而停电时间又是可以正确预测的,照此算来,空间太阳能电站平均每天
有  99%的时间,可向地上接收设备输电。在外层空间,太阳能的利用绝不会受到天气、尘埃和有害气体的影响,再加上日照时间长,因此空间太阳能电站与同一规模的地面太阳能电站相比,接收的太阳能要高出 6~15 倍。
早在 1968 年,美国科学家格拉塞博士就提出建造太阳能发电卫星的设想。这位科学家设计的太阳能发电卫星发射到地球同步轨道上,展开后长达 12 公里,重 11 万吨,太阳能电池板分布在卫星两侧,可自动跟踪太阳。卫星上有一座可以转动的天线,直径达 1 公里,永远指向地球。它采用取之不尽、用之不竭的太阳能,利用太阳能电池板把太阳的光能转化为电能,然后通过特高频率放大器变为微波能,借助相控阵发射天线把微波能定向发送到地面接收站,最后转化为电能,为地球上的用户提供服务。这种太阳能发电卫星就是一座建在太空的太阳能电站,人们称它为太空电站。
由于太空电站的结构尺寸和质量都相当庞大,需要用航天飞机把它的构架和部件运到太空轨道上进行装配。首先是在 500 公里高的近地轨道上设立空间基地,用来中转物资和人员,然后在 36000 公里高的同步轨道上完成建造和总装太阳能电站的任务。鉴于采用高度自动化的技术,参加空间建造的人员不宜太多,但也不能过少,据估计,建造一座 5000 兆瓦的太空电站,需要 500 多人在太空工作半年,其中 135 人在近地轨道空间基地工作,400 人在同步轨道空间基地服务。
美国已将研制这种太空电站提上日程,它的发电能力为 5000 兆瓦,大致可供纽约州使用,预计到 2025 年建成 100 座,届时将供应全美 30%的电力。
人类不仅在筹备建造太空电站,而且已经用各种办法向太阳“借光”。 1993 年 2 月 4 日,格林威治时间 5 点多,俄罗斯“进步”号宇宙飞船所携带的一面直径为 22 米的镀铝箔圆形反射镜像伞一样打开,它把太阳光反射
到地球背阳一面的欧洲里昂、日内瓦、伯尔尼、慕尼黑等 4 公里宽的地区达 6 分钟之久。这面反射镜用凯夫拉纤维制成,厚度仅 5 微米,加上反射镜骨架总重 40 千克,它反射到地面的阳光相当于日光的 2~3 倍。
据科学家测算,如果建一个实用型太空太阳能照明系统,约需要 80 万美元,但由此节省的电费却高达 3500 万美元。如果制造多个类似反射镜的照明系统,并采用定点式照射,那么其亮度可达 40~50 个满月强度,地球上将出现真正的“不夜城”。  

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