空間太陽能發電站

1968年格拉塞博士提出了空間太陽能發電站方案，這一構想是建立在一個極其巨大的太陽能電池陣的基礎上，由它來聚集大量的陽光，利用光電轉換原理達到發電的目的。所產生的電能將以微波形式傳輸到地球上，然後通過天線接收經整流轉變成電能，送入全國供電網。

在宇宙空間建立太陽能電站，能合理地充分利用空間資源。太陽能電站設定在赤道平面內的地球同步軌道上，位於西經123度和東經57度附近，使太陽能電池陣始終對太陽定向，並且發射天線的微波束必需指向地面的接收天線。需要克服的主要問題有空間站的組建、太陽能發電設備、電能的儲存以及傳輸等。

在固定軌道上利用宇宙中沒有氣候影響達到更高的利用率、套用空間優勢集中設定極其巨大的太陽能電池陣的專門用於發電的宇宙空間站。中國五院“錢學森空間技術實驗室”團隊已開展太陽能電站具體研究工作，正處於研究試驗階段。

但是隨著地球消耗能量的越來越多，寄希望於一個空間太陽能發電站滿足整個地球是不現實的。

基本介紹

• 中文名：空間太陽能發電站
• 外文名：Solar Power from Space
• 核心：太陽電池組件
• 別稱：光電池發電站
• 發電優勢：能合理地充分利用空間資源
• 構想提出：1968年格拉塞提出

技術

技術原理

太陽能發電

太陽是太陽系的中心天體，它是一顆穩定的恆星，一個處於動態平衡的熾熱的氣體球。來自其中心產能區的巨大能流主要是電磁輻射，其次以粒子流的方式從太陽表層穩定地向外發射。太陽輻射能，是大氣圈、水圈、生物圈運動，以及岩石圈作用的主要能源。人類生存活動更離不開太陽能，太陽離子流以及太陽活動對地球也有重大的影響。通過實測，推算出太陽輻射總功率為3.82×千瓦，而地球僅僅能得到太陽總輻射能的22億分之一。太陽每秒鐘供給地球的能量是4.1×千卡，相當於每秒鐘燃燒500萬噸優質煤所發出的能量。太陽能的能量非常巨大，但絕大部分在茫茫太空中白白地散失掉了。

如何把太陽能收集和利用起來，為人類服務，已成為許多科學家研究的重大課題。20世紀中葉，科學家已在利用太陽能方面，取得了一項重大的突破，就是能夠把太陽能直接變為電能。太陽能發電是將太陽能轉換成電能的過程。太陽能發電可分為太陽熱發電和太陽光發電兩大類。利用太陽輻射產生的熱能生產蒸汽，來推動汽輪發電機組發電的過程，被稱為太陽熱發電。利用光電效應原理，將太陽光直接轉換成電能的過程，被稱為太陽光發電，亦稱光電池發電。

空間站設定

太陽光發電的核心是太陽電池組件。它是由矽單晶或砷化鎵半導體材料製成，每個太陽能電池的面積只有幾平方厘米。這種太陽能電池的套用十分廣泛，在現代日常生活中隨時都可以見到，比如太陽能電池計算器、太陽能電池手錶和太陽能電池鐘，只要太陽光一照射，這些計算器、手錶和鐘就能工作。由於航天技術的突飛猛進，如今人造衛星、宇宙飛船、空間站等航天器上的能源，大部分是採用太陽能供電，有些是將太陽能電池貼在衛星的表面上，有些則是貼在專門供給貼太陽能電池的翼板上，這種翼板好像是衛星向左右伸出的兩扇翅膀。在翼板表面上貼有數以萬計的太陽能電池，將它們並聯或串聯起來，在太陽光的照射下，便能供給幾百瓦乃至幾千瓦的電力。翼板面積越大，貼的太陽能電池越多，產生的電力就越大。1968年格拉塞博士提出了空間太用能發電站方案，這一構想是建立在一個極其巨大的太陽能電池陣的基礎上，由它來聚集大量的陽光，利用光電轉換原理達到發電的目的。所產生的電能將以微波形式傳輸到地球上，然後通過天線接收經整流轉變成電能，送入全國供電網。

太空 太陽能發電站

技術特點

在宇宙空間建立太陽能電站，能合理地充分利用空間資源。太陽能電站最好設定在赤道平面內的地球同步軌道上，位於西經123度和東經57度附近，使太陽能電池陣始終對太陽定向，並且發射天線的微波束必需指向地面的接收天線。由於處在赤道平面的同步軌道上，因此空間太陽能電站與地面任何地方的相對位置都保持不變。電站上需帶有少量推進劑，以便克服由太陽和月球重力作用、太陽光壓和地球偏心率等因素造成的軌道漂移。不過當空間太陽能電站繞地球運動時，總有一部分時間內被地球遮擋住陽光。但由於該站設定在靜止軌道上，每年有277天是全日照，僅每年的春分、秋分前後各有45天時間，軌道上的發電設施才出現地球陰影（亦稱星食期），最長的停電時間也只不過75分鐘，而停電時間又是可以正確預測的，照此算來，空間太陽能電站平均每天有99%的時間，可向地上接收設備輸電。在外層空間，太陽能的利用絕不會受到天氣、塵埃和有害氣體的影響，再加上日照時間長，因此空間太陽能電站與同一規模的地面太陽能電站相比，接收的太陽能要高出6～15倍。

技術分析

目前看來在太空中建立太陽能發電站的最主要技術瓶頸在於遠距離高密度的能量傳送和接收，一旦實現則建立空間太陽能發電站並不困難。

此外，航天技術的發展也會對電站的建站帶了積極的影響，縮短建設周期和成本，保證空間站更穩定的工作等。而太陽能發電技術的研究、轉化率的提高也可以使得基站更小型化，發電功率更高，從而降低空間站建設的難度和成本。

一旦技術上取得突破，那么人類對太陽能的利用必將變成現實。

需技術克服的問題

隨著地球消耗能量的越來越多，寄希望於一個空間太陽能發電站滿足整個地球是不現實的。目前看來，一個5Km*10Km的大型太陽能板的功率在500MW左右。

太空中的小型隕石、太空垃圾等對任何航天設備都是嚴重的威脅，一旦空間站遭到碰撞等，短時間內難以修復。考慮到太空的環境、安全性以及工程難度等種種因素，建設一個超大型空間發電站並不實際。因此要採取眾多小型電站的集群化建設，這樣可大大提高電站的安全係數。此外，當有新的技術和設備時，也可以方便的更換和維護。因此，一個GW級或更高的電站要由眾多個100MW級或更高的基站組成。

工程建設

在太空中建立太陽能發電站的工程中遇到的主要問題有空間站的組建、太陽能發電設備、電能的儲存以及傳輸等。

空間站的建設

建設空間太陽能發電站必然需要建設相應的空間站，這其中包括了發電站的控制系統、維護系統、人員臨時或永久的居住系統等。

空間站的理想軌道應選擇在地球上空3.6萬Km的地球同步軌道，由於相對於地面靜止、且距地球較近，控制和傳輸電能都相對方便很多，而且可以隨時傳輸。但是由於地球同步軌道離地球較近，空間緊張，各種通訊衛星等都需要占用這個軌道。因此這個軌道資源比較珍貴，在這裡建立大型的空間太陽能發電站可能會對其他航天領域造成影響。

另外一個可選的軌道是繞地球的月球軌道，距地球30萬公里。雖然這裡距地球較遠，工程建設難度會相應增大，但是考慮到可以建立月球前沿基地等因素，加上這個軌道受地球陰影的影響比同步軌道小許多，可以有效的延長發電時間，因此月球軌道是個不錯的選擇。而且由於這個軌道較大，可以考慮建立多個空間太陽能發電站以滿足地球日益增長的能量需求。

空間太陽能發電站的發電採用分基站、小規模、大集群的建設方式，即發電站可以分為數個小型基站，每個基站的規模都不需要太大，考慮100MW級即可。可以分批分期的建設各個基站，從而減少工程的難度。

每個基站都有相應的發電、儲能和傳輸全套設備。太陽能板的規格預計為3*5Km，以滿足100MW級的發電要求。整個空間站可以根據規模建設數十個甚至更多基站，以實現超大規模的發電需求。

主空間站負責各個基站之間的管理、聯繫以及維護等，電站人員一般只需要在主空間站空居住即可。空間站更主要任務則是負責電站和地面的電能傳輸。同時為了避免因為空間站建設在月球軌道而帶來的電能傳輸時間受限制的問題，考慮將地面接收站建立在南極或者北極地區。這樣還可以避免了高密度能量傳輸時對周邊的影響。

太陽能發電設備

空間太陽能發電站的核心便是太陽能發電設備了，利用眾多太陽能板收集太陽能並最終將其轉化為電能。太陽能電池種類包括了目前套用廣泛的半導體太陽能電池和正在研究中的光化學電池。

半導體太陽能電池的主要結構是一個p-n結半導體材料，太陽光照在半導體p-n結上，半導體吸收光子後產生空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路後就形成電流。

半導體太陽能電池根據所用材料的不同，可分為：矽太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池四大類。

1．矽太陽能電池

矽太陽能電池分為單晶矽太陽能電池、多晶矽薄膜太陽能電池和非晶矽薄膜太陽能電池三種。

單晶矽是研究和開發最早的太陽能電池材料，保持著目前最高的太陽能電池轉換效率，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為24.4，商業模件為12~16%。但是單晶矽太陽能電池成本價格高，為了降低成本，研發了多晶矽薄膜和非晶矽薄膜作為單晶矽太陽能電池的替代產品。

多晶矽和單晶矽的本質區別在於多晶矽記憶體在晶界，晶體顆粒很小。多晶矽太陽能電池成本低廉，但是轉化效率比單晶矽電池低，其實驗室最高轉換效率為18%,工業規模生產的轉換效率為10%。

非晶矽太陽能電池是利用矽氫合金材料，其成本低、重量輕，轉換效率較高，便於大規模生產。但是目前其轉換效率還比較低。

2．多元化合物太陽能電池

多元化合物太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅銦硒電池等。

硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶矽薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶矽電池低，並且也易於大規模生產，但由於鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的污染，因此，並不是晶體矽太陽能電池最理想的替代產品。

砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強,對熱不敏感，適合於製造高效單結電池。但由於GaAS的成本較高，目前主要套用於航天領域。為了充分套用太陽能，還發明了疊層電池，GaAs的疊層電池轉化率高達35%。

銅銦硒電池（CuInSe2）適合光電轉換，不存在光致衰退問題，轉換效率和多晶矽一樣，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今後發展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由於銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展又必然受到限制。

3．有機半導體太陽能電池

共軛高分子聚合物材料由於沿著其化學鏈的每格點軌道交疊形成了非定域化的導帶和價帶有機材料，因而呈現出半導體性質。通過適當的化學摻雜可以達到高電子遷移率，禁頻寬度為幾個電子伏特。該類材料有可能在非常低的溫度下，以低廉的價格進行大面積的光伏電池製備。

4．納米晶體太陽能電池

納米晶體是新近發展的，非常熱門的太陽能電池材料。最大的優點在於其導電機制建立在多數載流子的傳輸上，因此允許使用相對不純的原料，從來帶來了廉價的成本和簡單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10%以上，製作成本僅為矽太陽電池的1/5～1/10．壽命能達到20年以上。

在空間太陽能發電站中，考慮到大型工程的施工成本，納米是一個非常理想的選擇，此外，考慮到太空低溫的環境，有機半導體材料也可以作為空間太陽能發電站的另一選擇。

因此，在發電設備方面，可以根據技術來確定最佳選擇。又由於空間太陽能發電站採用了，在建成之後，更換和維護髮電設備都相對簡單，在新型太陽能電池材料套用之後，也可以簡單的更換的。

電能的儲存

在太陽能發電站中，另一重要的設備是電能的儲存設備，由於建立的空間電站規模較大，所以對電能的儲存也提出了較高的要求。由於傳統的儲電設備都不能完全符合太空高密度儲能的需求，同時由於太空的超低溫特點，可以考慮採用超導體儲電技術。

某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對零度附近某一特定溫度時，它們的電阻率突然減小到無法測量的現象叫做超導現象，能夠發生超導現象的物質叫做超導體，這一特定的溫度成為該物質的臨界超導溫度。1911年，荷蘭科學家昂內斯(Ones)首次發現了這個現象，他用液氦冷卻汞，當溫度下降到4.2K時,水銀的電阻完全消。後來又陸續發現了臨界溫度更高的材料。

由於超導體的內阻為零，因此用超導體做成一個線圈，如果線圈內有電流，則其將一直維持而不會衰減。利用超導體的此特性，不僅可以達到無耗儲電的目的，還可以實現電能的長時間存儲。

宇宙的背景輻射大約為4K，完全可以達到許多超導體的臨界超導溫度，是使用超導材料的理想之地。利用超導體材料製作線圈，由於對儲能要求較高，為了避免線圈電流過大，需要採用較多線圈的並聯。充電時依次向每個線圈注入電流即可，放電時控制同時放電的線圈的數目即可控制放電電流。

對於此空間電站來說，可以選擇集中存儲，即專門建立存儲電能的空間設施，這樣的好處是設計簡單，便於管理。缺點是危險係數較大，全電站的電能全部集中在一起，對儲能設備的要求較高，而且一旦出問題，整個電站都將無法工作。因此更傾向於採用分散存儲，即為每個基站設計相應的儲能設備，雖然設計起來會比較複雜、維護的成本也會較高。但是每個基站建立之後，設備的更新會變得相對容易，而最大的又是便是安全性較高，某個基站的儲能設備出問題不會影響到整個電站的電能供應。

電能的傳輸

這是此項工程最重要的一項，只有實現電能的遠距離無線傳輸，才能真正將太陽能電站搬到太空變為可能。

能量的無線傳輸並不是異想天開，電磁波是載有能量的，利用電磁波傳輸能量已經被廣泛使用了。RF射頻卡——即所謂的非接觸式IC卡，相信大家都不陌生，讀卡器發出的信號中包括了電源信號，與卡本身的L/C震盪電路發生諧振，從而產生能量來供晶片工作。

但是對於電站來說，以上技術還遠遠不夠。從太空向地面傳回電能需要極高的能量密度以及精確的定向傳輸。

雷射的極高相干性的特點使得其成為遠距離傳輸能量的首選，為了能更好的穿越大氣層，選擇波長更長的紅外線或者微波。不選在可見光區域是為了避免能量傳輸時對人的視覺造成太大影響。

工程的最大難題在於雷射的接收以及轉換為電能。因為工程需要傳輸的能量很大，高密度的能量會對周圍的電場磁場造成影響，因此地面接收站選在了南極或者北極。需要接收的是高密度的能量信號而非載信息信號，需要極高靈敏度的半導體器件將其轉化為電能並將其輸送到全球。

國際情況

中國

起點晚

“我國已經超越美國成為全球第一能源消費大國，然而空間能源技術不論是在科技界還是政策制定者那裡，都沒得到應有的重視。”葛昌純擔心，我國空間太陽能發電研究本身就起步晚，如果再不將優勢科研力量集中起來，跟國際先進水平的差距將進一步拉大。

據了解，美國在卡特總統當政時，對空間太陽能發電技術的支持達到高峰，幾十年來一直沒有間斷。美國宇航局啟動的“空間太陽能探索性研究和技術計畫”提出了該國的發展路線圖，為2030年的商業系統研製奠定了基礎。

日本在2003年提出了“促進空間能利用”國家計畫，目標是在20到30年後實現空間太陽能發電商業化。“2009年，日本航天開發局宣布已開始開發太空太陽能發電系統，該系統將從離地球表面以外3.6萬千米、與地球旋轉同步的衛星上的大型太陽能收集能源。”葛昌純告訴記者。

“我國上世紀就有科學家注意到這一技術，但由於缺乏足夠的支持，研究進展很慢。”葛昌純感慨，“2012年3月份召開的國際空間太陽能電站工作組第一次會議上，13名科學家沒有一名是來自中國的，足見我們跟國外的差距有多大，而且這個差距還在不斷拉大。”

高期待

在一次空間太陽能技術研討會上，一位四川發展改革委的官員對葛昌純說：“歐洲已將空間太陽能發的電賣到四川，還給我們很多的優惠，我們卻連這種電怎么來的都不知道。”

“如果我們再不奮起直追、加大對空間太陽能發電技術的研究，這一戰略新興產業與國外的差距將進一步拉大，市場早晚會成為別人的。”葛昌純表示。

作為一名航天專家，余夢倫更加專注空間太陽能發電設備的空間運輸問題。“要實現空間太陽能發電與地面太陽能發電的成本持平，運用火箭的運輸費用至少要降至每公斤1千元人民幣。”余夢倫告訴記者，運輸的費用是每公斤五六萬元，未來能實現每公斤1千元的目標，“但前提是要加大研究的投入，沒科研就不可能有進展”。

“空間太陽能發電是一個宏偉的空間和地面工程，涉及到許多重要的技術領域，如空間運輸、太空飛行器設計、微波技術、雷射技術、材料技術等。”葛昌純表示，對於我國而言，空間太陽能電站發展的戰略機遇已經來臨。

據葛昌純介紹，目前我國在空間太陽能發電技術方面尚沒有重大項目。“我們期待國家將其儘快列為科學發展規劃重大專項和國際合作重大項目，增大項目支持，早日實現空間太陽能發電的商業化。”（2012年3月，中科院在《空間太陽能電站技術發展預測和對策研究報告》中提出了“四步走”戰略，認為2030—2050年我國有可能研發出第一個商業化空間太陽能發電站系統，實現空間太陽能發電站商業運行。）

試驗階段

中國航天科技集團五院載人飛船系統總設計師張柏楠代表2016年3月6日向科技日報記者透露，五院“錢學森空間技術實驗室”團隊已開展太陽能電站具體研究工作，目前正處於研究試驗階段。

日本

2009年6月，日本公布了其最新太空太陽能發電站計畫。該項目預計耗資210億美金，發電量能達到十億瓦特，能供29.4萬個家庭使用。三菱電機公司和石川島播磨重工業集團已宣布加入該計畫，三菱電機公司和石川島播磨重工業集團加入了一個共有15個國家的研究人員組成的研究小組，這個研究小組的目標是在未來30年中將日本的面積達4平方公里的太空太陽能發電站送入太空並使之正常工作。日本政府希望到2015年可以發射一枚安裝了太陽能板的小型衛星，以測試將電能通過電束傳回地球的有效性。

日本航空宇宙開發中心（JAXA）也在研究類似的宇宙太陽能發電系統（SSPS），有望於2030年前啟動。其基本原理和美國類似，但日本科學家採用頻率為2.45GHz和5.8GHz微波傳送，這項技術在日本已經套用於工業和醫療設備。在北海道的研究基地，日本科學家用直徑2.4m的儀器裝置進行了地面接收太空微波的實驗。JAXA的最終目標是要建立一個約猿平方公里的地面接收站，生產100萬kW的電力，給50萬個家庭供電。

但是，太空太陽能發電也並非完美，高強度的輻射很可能帶來另一個環境污染問題。但是支持者認為，只要地面太陽能接收站的面積足夠大，就不會對人類及動植物構成傷害。因此地面接收站應該選人煙稀少、地域廣闊的地方，而且還要配套有效的電力傳輸系統。
雖然現在看來這些構想似乎有些不切合實際，但無論是美國還是日本，哪個項目的成功，都意味著人類在可再生能源領域中的一項重大突破。

美國

日本並不是唯一致力於發展空間太陽能的國家。美國太平洋天然氣和電力公司和加州太陽能公司也在共同致力於一項發電量達200兆瓦特的太空發電站項目，該項目預計從2015年開始，將持續15年。

美國私營太陽能公司介入太空太陽能電站

20世紀60年代由美國國家航空航天局（NASA）和五角大樓制定的SSPS計畫，因為費用昂貴而進展較慢。今天，許多私營太陽能公司紛紛介入此項研究。例如：美國太平洋煤氣電力公司（PC&E）已經於近期宣布，將與一個宣稱可在太空中有效攝取能量的加州太陽能公司（SolarEnCorp）合作並向其購買電力。由此，他們邁出了在外太空開發太陽能的第一步———在環繞地球的太空軌道上設立太陽能電池板，然後將直流電能轉化為無線電波傳送回地球，再由地面的電力儲備站接收，轉化為低頻交流電能後供應給千家萬戶。

這個項目計畫在2016年前提供200MW的電力，在15年內滿足25萬個家庭的用電。如果進展順利，15年內可夢想成真。很明顯，這些私營公司的計畫和源園年前的構想極為相似，先要把載有光伏電池板的衛星發射到距赤道22000英里（約35400km）的軌道上，並保持與地球位置相對不變。太陽能板寬度將達若干km，系統在採集太陽能後將其轉變為電能，然後再轉變為無線電波返回到地球上。地面的接收站準備建在美國加州費雷斯諾市的郊外。據太平洋煤氣電力公司粗略估計，該項目需要花費約20億美元，主要用於地球太陽能基地建設和發射衛星。美國加州大學伯克利分校能源和資源教授丹尼爾·卡門認為，眼下太空太陽能發電面臨最嚴峻的挑戰是實施的成本問題，尤其在當前全球經濟衰退之際。這個計畫需要幾十億美元的資金投入，遠遠高於目前同等規模其他可再生能源項目所需的1億到2億美元。但SolarEn公司執行總裁加里對完成該項目信心十足，他表示公司有能力提供12億耀48億瓦的電力，能夠在未來七年內實現供電商業化，太空太陽能的電力價格也能與其他可再生能源價格基本持平。

SSPS計畫

發展歷史

最初的構想是從1973年到1984年底為基礎研究階段，到1992年底試製概念樣機，並開始試製實用裝置，到1998年給出可投入實際運行的太陽能光伏發電和微波傳送接收裝置。

作為21世紀的新能源系統，核聚變發電系統和軟能源系統是有希望的。在軟能源系統中，宇宙太陽能發電系統（ SSPS）非常引人注目。
如果把宇宙太陽能發電系統的發展過程進行分類，大致可分為五個階段。

第一階段是構想時期。美國空軍雷神公司在1967年成功地進行了通過微波向模擬直升機提供電力的試驗，這一試驗連續進行了10h，成功地使直升機維持了18m的高度。這是世界上首次進行的電力微波傳輸試驗。

第二階段是美國航天局開始對宇宙太陽能發電系統進行立項。美國航天局同能源部在從20世紀70年代後半期到20世紀80年代前半期的10年左右的時間裡，正式進行了宇宙太陽能發電系統的開發與研究。代表這一研究成果的系統是1979年研製的宇宙太陽能發電系統。這一系統是在高度為3.6伊104km的衛星靜止軌道上建設裝有寬5km、長10km的巨大太陽能電池的太空站，並把產生的電力變換成微波後傳輸到地面。據說，預計該宇宙太陽能發電系統的發電能力為5GW。

第三階段是美國繼續研究能否實現比較經濟的宇宙太陽能發電系統的問題，並每隔10年做一次報告。

第四階段是用新概念、新思路研究宇宙太陽能發電系統的時期。其中，具有代表性的、高度為6000km的“太陽塔型宇宙太陽能發電系統”受到好評。其傳輸微波的頻率為2.45到3.5GHz，這滿足了家用微波爐所需要的微波條件。

第五階段是概念設計時期，美國航天局根據國會的要求，在1998年3月到9月，基於以前的研究成果，實施了宇宙太陽能發電系統的概念設計。

日本宇宙開發事業團、歐洲航天局和加拿大航天局也提出了應通過國際合作儘快解決的事項：研究主要的核心技術；進行大氣中的無線供電試驗；調查微波發射對生態系統所產生的長期影響；通過國際空間站進行宇宙太陽能發電系統試驗；以宇宙太陽能發電系統為契機，制定旨在開展新能源開發的國際合作。
宇宙開發事業團計畫在今後25年內投入約800億美元，進行宇宙太陽能發電系統研究與開發工作。根據這一計畫，擬在2010年到2020年構築發電能力為1GW級的實用型宇宙太陽能發電系統。此外，不僅進行上述基礎技術和核心技術的研究與開發，而且將向圍繞地球運行的軌道發射發電能力為6GW的宇宙太陽能發電系統衛星，並通過微波從太空向地面傳輸電力，還將進行電離層和大氣層的同傳播特性有關的試驗性研究。
如果計畫進展順利，那就等於是構築了比快中子增殖反應堆和核聚變反應堆更能迅速實用化的技術，因而值得關注。

SSPS計畫概述

若干年前就有人構想過從遙遠的地方利用微波來輸電，1969年美國雷神公司的布朗（W.C.Brown）從地面向天空發射微波，通過接收天線將接收的電能返回到一架直升飛機上，使裝有天線的直升飛機帶著接收的電功率在空中飛行，這是最早的成功的開拓性試驗。到20世紀70年代各國相繼研製微波輸送、接收電力的試驗。電功率一般均在2450MHz、10kW左右。1974年，美國邁阿密大學發表了論文《大規模從宇宙發電與輸電計畫》，簡稱SSPS（SatelliteSolarPowerStation）計畫，該計畫第一次把太陽能光伏發電和微波傳輸兩種最新概念結合了起來。

重要部分之一是太陽能光伏電池傳輸中的電池板。其占用宇宙站面積大約為6km伊26km，可發出8GW（1GW=W=kW）的功率。然後將其變為微波送至地球，除去損耗，到達地面取得的功率約為5GW。首先是把太陽能電池及微波發生器等設備送上宇宙的發射費用占了較大份額，預計會占1/2以上；其次是太陽能電池光伏發電的費用也占很大比例；最後是微波發射和天線等的費用，預計不會超過16%。

太陽電池的效率為12.3%，若不考慮從太陽光到電力的變換則發電5GW，而太陽電池發電功率需8.85GW，因此計算得出系統綜合效率為56%。

送電（發射）系統

送電系統的好壞將影響整個發電系統的綜合效率，此系統包括如下四大變換：

1）太陽光寅電功率；

2）直流電功率寅高頻微波電功率；

3）微波電功率（衛星）寅微波電功率（地球）；

4）微波寅商用電力。

控制電功率全部是在地球上進行，一方面是要控制宇宙發電，另一方面還要兼顧微波發射和接收的控制。該系統中技術含量最高的部件是把太陽能光伏發電出來的電功率變換為微波。研究初期，曾試用以單個超大功率的微波管作為微波傳送器，所以對各種形式微波管的性能進行了比較。最初認為速調管比較適合用於大功率發射，但發現其效率低；後又改用超高頻功率放大管（CFA），但其缺點是價格高，散熱困難；最後採用的是多個小功率的磁控管進行並聯的方案。眾所周知，磁控管是家用微波爐最常用的微波管，其優點是價格低，並可通過控制相位從而改變輸出功率。最後採用磁控管與散熱天線結合構成一個單元，以若干個單元組成微波發射陣列。

接收系統

若在地面設定一個參考定向點RB（ReferenceBeam），由此與衛星輸電進行通信聯繫，並控制衛星的發射方向和強度。將微波發射點（衛星上）的電力密度合成後，定向點的電力密度的寬度為1km（用高斯表示中心部分的高斯量為23kW/m2），故地面上定向點RB周圍的電力密度可相應為：輸電（發射）定向參考點RB和受電（接收）RB的電力密度分布圖如圖5所示。在宇宙上空的發射點雖然密度大，但只對飛機（引起燃料箱放電）有所影響，而地面的電力密度卻很低，還不致超過美國規定的微波泄露功率允許值10mW/cm2。當然，發射和接收二者的配合十分重要，若空中的陣列定向點設定稍有不當，則會影響輸電效率，使地面上的天線無法捕捉到全部電力，因而會使某些地面電場強度過高而產生危險。信號傳輸時經磁控管感測器系統檢測後，才由指令系統（CommandLink）對發射定向點進行控制。
接收天線陣列布置從遠處看接收天線陣列設定好像是一組一組的屋頂，但平面部分做成網狀的簾棚，可以完全阻斷微波。

圖5

這種屋脊式構造的目的是使微波不致穿過網的下方，同時也可使陽光和雨水由網眼流出，這樣，網下方非常安全。當然，網眼的大小孔需經多次實地試驗才能確定，最好是完全地阻斷微波射線，這樣不致對生物造成損害。如果能做到這一點，當然就可以將微波接收站設定在城市近郊了。

SSPS計畫試驗結果

宇宙發電輸電計畫（即SSPS）各個不同的部件已在地面上進行了小功率的模擬試驗，取得了初步的成果。考慮得最多的是成本，現正不斷的改進中，以儘可能降低系統造價。