馬斯克喊出 100GW 太空發電，太空與地表太陽能板究竟差在哪？

隨著馬斯克在 X 平台上宣揚，未來將多達一百萬顆 SpaceX 衛星送入太空，並聲稱這套系統一年可產生約 100GW 電力系統，用來支撐其 AI 超級電腦龐大的用電需求，太空太陽能再次成為討論焦點。

100GW/year of solar-powered AI satellites requires 100GW/year of AI computers … https://t.co/KsnIeqbyEG

— Elon Musk (@elonmusk) January 31, 2026

不過，在談論這樣的大規模構想之前，其實有必要先回到一個更基本的問題：太陽能在衛星上究竟是如何運作的？

單晶矽 VS 化合物太陽能板

雖然同樣被稱為太陽能板，但地表與太空使用的太陽能板，在材料與設計邏輯上其實差異很大。聚焦在重量、材料、抗輻射等等。

地表太陽能板目前仍以單晶矽為主，原因在於技術成熟、轉換效率穩定，成本反而才是關鍵。 但當太陽能板被送進太空後，條件就重新被定義。太空中沒有地球大氣層的保護，太陽輻射包含更多紫外線與高能粒子，對材料的破壞性也更強。

因此，抗輻射的材質就相對重要，衛星太陽能板多半採用以砷化鎵為代表的化合物半導體材料，這類材料能吸收更廣泛的光譜，轉換效率更高，也更能承受太空中的高能輻射。

地表矽晶板通常僅有一層 P-N 結，受限於材料特性，只能吸收特定波段的光能。而太空採用的「三接面（Triple-junction）」結構，則是將三種不同能隙的材料垂直堆疊，分別針對紫外線、可見光與紅外線進行分段吸收。這種設計能最大化全光譜能量的利用，使轉換效率能突破 30% 至 40%。

至於現在很熱門的鈣鈦礦太陽能，也可能將成為未來太空太陽的新型選手。

重量嚴控的要求

把任何東西送進外太空都需要算好重量，任何額外的重量，都意味著更高的發射成本，也會增加軌道控制與姿態穩定的難度。

太陽能板如果過於笨重，不只會讓發射費用暴增，還可能影響衛星長時間維持正確朝向的能力。這也是為什麼太空太陽能板必須極度輕量化，同時又要具備足夠的結構強度，才能在展開後長時間承受溫差變化與輻射衝擊。

發電原理一樣，但太空更難散熱

無論是在地球還是太空，太陽能發電的基本原理其實沒有改變，都是透過光電效應，讓光子撞擊半導體材料並釋放電子，進而形成電流。

然而，真正的差別在於環境條件。地球上的太陽能板除了吸收光能外，還能透過空氣對流與傳導將多餘熱能帶走；太空則是真空環境，幾乎不存在這兩種散熱方式，只能依賴輻射慢慢把熱釋放出去。

也因為如此，太空太陽能板反而更容易面臨過熱問題。長時間直射太陽，能量不斷累積，若熱管理設計不足，溫度過高反而會讓轉換效率下降，甚至加速材料老化。這也是為什麼太空太陽能系統除了發電效率外，還必須同時兼顧熱控設計。

太空太陽能的挑戰

最重要的是成本高昂，除了要加上太陽能的研發成本以外，還需要加上衛星的發射成本，不過好消息隨著太空商業日發成熟，現在的發射成本越來越低。

即使材料與效率問題能夠解決，衛星太陽能仍然存在不少先天限制。太陽能板需要直射陽光才能維持良好發電效率，因此衛星必須持續調整姿態對準太陽，仰賴推進器與控制系統配合運作，增加系統複雜度與能耗。

更棘手的是，太空幾乎不可能進行即時維修。太空碎片、太陽風暴與長期輻射都可能對太陽能板造成傷害，一旦發生問題，多半只能依靠事前設計好的診斷與容錯機制撐完整個任務週期。這也讓太空太陽能系統在設計階段就必須把可靠性與壽命放在第一位。

此外，軌道選擇更是關鍵難題。若採用如 SpaceX 的低軌道（LEO）方案，衛星每 90 分鐘就會進入地球陰影一次，無法像同步軌道那樣達成 24 小時連續發電。這意味著衛星必須額外搭載笨重的儲能電池，來應對頻繁的「日夜交替」。

這也是為什麼馬斯克必須採取「星系（Constellation）」戰略，計畫發射成千上萬、甚至一百萬顆衛星組成龐大網絡。唯有透過這種數量優勢，確保當部分衛星進入陰影時，仍有其他衛星處於日照區接手運作，才能彌補低軌道先天的不連續性，實現其所宣稱的穩定電力供應。

（首圖來源：pixabay）