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50年再回首,太空旅行与光伏革命的开端

文章出处: 人气:-发表时间:2019-08-06 11:27

  人类首次登上月球已经有50年了。现在是时候来记住在太空旅行中使用的一些技术,如光伏或氢燃料电池,它们是目前引领能源转型的技术。国际空间站(NASA)目前在能源和环境领域讨论最多的话题包括可再生能源、光伏、电动汽车或使用氢发电的燃料电池。所有这些技术都被认为是新颖的,至少在它们的使用和目前正在实现的应用中是这样。但是,尽管这些技术近年来有了很大的改进,其实它们已经存在了很长时间,从20世纪中叶开始,它们在太空旅行的背景下被创造出来并得到了发展。

  那么问题是,如果这些技术在很久以前就已经作为空间技术使用了,为什么至今还没有在工业或民用层面得到大规模采用。在外层空间的苛刻和极端条件下,在避难所外面和保护我们的大气层之间,或在太空飞行器起飞的强烈加速期间,这些技术的特点与我们日常生活中使用的技术终究有些不同。当然,这些技术也存在一些缺陷,到目前为止,有些缺陷被认为是无法弥补的。另一方面,我们拥有“廉价”的化石燃料,而这些燃料已经建立了大规模分销的基础设施。

  但是,随着气候变化的影响日益恶化,解决和克服这些缺陷并在实施方面进行投资似乎变得更有意义,几乎所有人都明白这是值得的,并希望还为时不晚。

  在谈到太空技术时,最常见的技术之一是太阳能电池板。它们存在于卫星、空间站和太空探测器中,一般来说,存在于任何需要能量并必须在太空中停留很长时间的物体中。在这些情况下,不携带燃料是最好的选择,这是一个主要的不便,特别是在发射期间。此外,物体在太空停留的时间越长,或者需要运行的时间越长,就必须携带更多的燃料。

  如果不需要携带燃料,那么最好的选择是使用该环境中可用的能源,这实际上决定了其只能使用太阳能。太空中使用的最大光伏电池结构是国际空间站上2500平方米的光伏板。这些太阳能电池板提供高达120千瓦的电力,足以驱动空间站所有系统,并为空间站在地球阴影下提供电力的电池充电。

  但是在太空中使用光伏技术的起源要远得多,可以追溯到20世纪50年代发射的第一颗人造卫星。“先锋一号”是第四颗进入轨道的人造卫星。这发生在1957年3月17日,就在第一颗人造卫星发射后五个月。当时,这种硅电池的成本约为每瓦300美元,所以只有在低功耗、低重量、长时间需要能源而无需充电的情况下使用才有意义。环绕地球运行的卫星或在太阳系内飞行的太空探测器是理想的应用。“先锋1号”仍然绕着地球运行,多亏了第一批太空光伏电池板,它一直运行到1964年,而它携带的电池只能提供20天的电量。

  但是让我们把脚放回地球表面。在太空竞赛的早期阶段,用化石燃料发电要简单得多,成本也低得多,因为技术已经开发出来了,燃料是可以负担得起的,而且相关的配送基础设施建设也很顺利。接下来的五十年亦是如此。

  但与此同时,光伏技术的发展,降低了生产成本,提高了发电效率。到目前为止,太阳能电池板的成本相较于早期低了1000倍,而且已经跌破每瓦0.30美元,与先锋I型(Vanguard I) 上使用的每瓦300美元的价格相去甚远。

  有了这些成本优势,光伏技术已经达到了可以直接在市场上与化石燃料、火力发电厂竞争的地步,而无需援助、保价或补贴。这是一个最重要的因素,表明光伏革命已经开始。

  光伏发电技术的主要特点和优点是发电时不排放二氧化碳和温室气体,是实现欧盟2030年减排目标的理想技术。

  光伏装置基本上是许多小的太阳能电池的联合体。这允许从国际空间站上的大面板或地面发电站的大型组件演变为建造在工业建筑物或住宅屋顶上的小型装置。这种模块化的演变和电池价格的下降使自我消费成为可能并且有利可图。

  自我消费几乎可以在任何层次进行:从单户住宅,到邻里社区或大型工业设施。正因为如此,自我消费有望成为光伏革命的根本支柱。这将导致整个发电结构的大规模分散,必须调整目前为集中生产和分散消费而设计的配电系统和电力市场。

  自从光伏技术开始参与把人类送上月球的太空竞赛以来,已经过去了50多年,直到今天,光伏技术已经开始引领全球发电领域的革命。

  资料来源:AleaSoft Energy Forecasting

  (原文来自:可再生能源杂志 中国新能源网综合)

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