針對太陽能發電面臨的挑戰,如安裝場地有限與容量利用率低,正在出現各種解決方案。日本正引領兩項創新技術的發展,旨在提升太陽能發電效率:太空太陽能發電與次世代柔性太陽能電池。
陽光不僅照亮與溫暖地球,更是所有生命活動的根本能源。太陽能發電,將太陽能轉化為電力,是全球推動低碳與永續社會的核心焦點。
儘管太陽能自 1970 年代起就已投入使用,但至今仍未成為全球主要能源來源。這主要因為可供安裝的場地有限,加上容量利用率受限——夜晚、惡劣天候或太陽能板積塵都會導致發電量下降。
為克服這些限制並提升太陽能的使用效率,目前出現了兩項具高度潛力的技術:太空太陽能發電(SBSP)與次世代柔性太陽能電池。日本在這兩項技術的實際應用上已取得明顯進展,為太陽能的未來開闢新方向。
日本在太空太陽能發電(SBSP)領域的研究已持續數十年,透過產、學、研與政府的緊密合作,不斷推進技術前沿。京都大學在開發利用微波傳輸無線電力(wireless power transmission)技術方面處於領先地位,而這正是 SBSP 的核心技術之一。
1990 年,篠原直樹教授(Shinohara Naoki)在導師松本浩教授(Matsumoto Hiroshi)的啟發下,投身於 SBSP 研究。松本教授曾指出:「SBSP is a technology that will enable the human race to survive for the next 10,000 years。」篠原教授回顧導師教誨時表示:「隨著地球人口增長,電力需求也將不斷上升,僅依靠地面發電無法滿足需求,因此我們必須將目光投向太空。」
自 1980 年代以來,日本已在太空中進行多次 SBSP(space-based solar power)實驗,即便其他地區的研究一度停滯,日本仍持續累積寶貴數據。1983 年,日本完成了全球首個微波電離層非線性交互實驗(Microwave Ionosphere Nonlinear Interaction Experiment, MINIX),成功在太空等離子體中實現兩枚火箭之間的電力傳輸。1993 年,日本利用新開發的相控陣列天線(phased array antenna)進行了另一項火箭實驗,再次成功提升了太空等離子體中的電力傳輸精準度。
此外,日本還擁有先進的衛星系統設計能力,能優化電力生成效率,並將能量精準傳輸至地球。
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在全球能源需求持續增長的情況下,從太空獲取太陽能的主要挑戰與潛在突破有哪些?
主要挑戰包括:高昂的發射成本、如何高效將能量傳輸至地球,以及太空垃圾的最小化。 潛在突破則包括:先進的無線電力傳輸技術、具成本效益的衛星部署方式,以及可擴展的太空太陽能技術。