太空太陽能計畫有成,順利從太空發送電力到地表

作者 | 發布日期 2023 年 06 月 07 日 8:00 | 分類 太陽能 , 尖端科技 , 能源科技 line share follow us in feedly line share
太空太陽能計畫有成,順利從太空發送電力到地表


美國加州理工學院的「太陽能收集器」年初跟隨 SpaceX 的「獵鷹 9 號」火箭升空,如今太空太陽能原型已經開始運作,證明能在太空中無線傳輸電力,而且還可以向地球發射足以探測到的電力。

加州理工學院的太空太陽能計畫(Space Solar Power Project,SSPP)旨在善加利用太空中的乾淨能源,軌道太陽能裝置基本上可以 24 小時全年無休收集陽光,不用考量到任何天氣條件跟日夜,因此理論上來說,太空太陽能潛力每平方公尺是地球上的 8 倍。

不過這一切都不便宜,畢竟要把太陽能板發射到太空,均化成本(LCoE)落在每度電 1~2 美元之間,幾乎是美國零售電價的 6 倍。

而加州理工學院今年 1 月初將原型空間太陽能演示器(Space Solar Power Demonstrator,SSPD)送入軌道中,50 公斤重的原型機由三大項研究組成,包括:

  • DOLCE:可部署在軌道的超輕型複合材料(Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment),為 1.8×1.8 公尺的方形結構,展示模組化太空航行器(spacecraft)的架構、封裝跟部署機制,試驗可以在軌道上的結構。
  • ALBA 則帶著 32 種不同的太陽能電池,可以確定哪種太陽能電池適合在太空環境中存活。
  • MAPLE:用在功率傳輸低軌道實驗的微波陣列(Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) 則是一組靈活的輕型微波功率發射器,可將功率選擇性地集中在兩個不同的接收器上,展示太空中遠距離的無線電力傳輸。

SSPP 聯合主任兼電機工程和醫學工程教授 Ali Hajimiri 表示,至今的實驗顯示, MAPLE 可以成功將電力傳送到太空中的接收器,透過編輯陣列程序還可以將電力輸向地球,我們已經在加州理工學院檢測到。

MAPLE 有兩個獨立的接收器陣列,距離發射器約 1 英尺,主要用來接收能量並轉換為直流電(DC)電點亮一對 LED。目前 MAPLE 實驗就在太空中試圖單獨點亮每個 LED,並來回切換測試,且該實驗也不是密封環境,也能考驗是否能撐過太空惡劣環境,包括寬溫度波動和太陽輻射。

Hajimiri 指出,就我們所知,即使使用昂貴的剛性結構,也沒有人在太空中展示過無線能量傳輸,如今我們正在透過靈活的輕質結構、自己開發的積體電路來首次實現。

MAPLE 設備還包括一個小小窗口,主要透過它來發射能量。團隊在加州理工學院帕薩迪納校區高登和貝蒂摩爾工程實驗室的屋頂上接收器檢測到的,團隊在預期的時間和頻率上接受到訊號,根據從軌道的行程具有正確的頻移。

除了證明發射器能倖存並保有性能,該實驗還有回饋機制,其中電力傳輸天線 16 個為一組,每個再由柔性積體電路晶片驅動,Hajimiri 團隊正以小規模的干擾模式和測量各組合之間的差異,來評估系統內單一元件的性能,需要整理不規則現象、還要追溯到各個單元,可能需要長達六個月的時間才能完全完成。

(首圖來源:加州理工學院

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