开发项目涉及多方面,除了太阳能电池及微波送电技术之外,还包括电力管理,运送及安全等。目前已开始在各个领域展开积极准备。
比如,在微波送受电技术方面,与京都大学共同开发出了模拟阳光送电装置。该装置的组件包括由133个卤灯构成的模拟阳光光源、太阳能电池、微波振荡电路、送电天线,以及由1848个天线构成的受电天线。
此外还在考虑在宇宙中建造构造物。比如试制反射镜。反射镜由蒸镀铝的聚酰亚胺构成。先将该反射镜以嵌入方式收放在直径约49cm的六角形构造物中,然后再展开至直径达2倍以上的约110cm。
具体而言,通过向内腔中吸入空气使之膨胀,使嵌入的反射镜自然展开。反射镜重量很轻,只有785g。委托Sakase Adtech试制而成。
降低运送成本成难点
在实现SSPS时,难点除了技术开发之外,还包括如何降低成本。作为主要部件,太阳电池及微波元件的数量庞大。如果是1GW级系统,就需要相当于1GW的太阳能电池,以及数十亿个微波元件(使用5.8GHz频带时,注4)。如果要设置20~30台SSPS的话,就需要数量庞大的部件,甚至可以说“新工厂建多少都不够”(JAXA的佐佐木)。也许通过大量生产才可降低成本。
注4)称为整流天线(Rectenna)的平板式天线的间隔按照0.6~0.8波长来设定。5.8GHz频带的电磁波的波长为5.2cm,因此整流天线的间隔为3~4cm。各整流天线均需要配备微波元件。
除部件成本之外,还必须降低将这些部件运到宇宙空间的运送成本。1GW级系统的话,需要运送1万~2万吨的物资。利用现有的一次性火箭来运送时花费巨大。所以就需要使用能够以1万~2万日元/kg的成本向宇宙运送的、可再次使用的火箭。JAXA希望随着宇宙旅游的普及以及SSPS等大量物流需求的生产,可使再次使用的火箭得到加快开发并大幅降低成本。
如果上述成本得以顺利削减,1GW级SSPS的建设费用可控制在1万亿~2万亿日元。SSPS的主要部件、即太阳能电池不仅寿命长达数十年,而且与核电站等相比运营成本较低。综合这些因素来推算,SSPS的发电成本有望控制在8日元/kWh。这样的话,即使与现有发电方式相比,也可谓是具有充分竞争力的能源。
还考虑采用激光方式
作为SSPS的示例,JAXA以前曾公开过利用微波输送能量的系统,但目前该机构还在考虑利用激光输送能量的系统。JAXA将微波方式称为M(microwave)-SSPS,将激光方式称为L(laser)-SSPS。
利用激光时不使用太阳能电池。而是使用由阳光直接激发激光的阳光直接激发式固体激光器。JAXA迄今一直在开发该激光器,并在评测大气对传播特性的影响。
激光器的优点在于,由于可减少激光器的直径,因此与微波相比,可将受电设备的直径减小至200~300m。要实现SSPS,保证受电设备拥有足够的设置场所也是难点之一,因此可使受电设备实现小型化的优点十分突出。
而另一方面,使用激光器也存在问题,除了激光会被雨吸收之外,输送能量的效率也较低。需要提高从阳光向激光转换的效率。
到达地面的激光主要用于制造用作燃料电池燃料的氢。在制造氧时,采用向浸入海水的光催化剂照射激光,或者利用光电转换元件将激光转换成电力后对海水进行电解的方法。