宇宙的力量：NASA与Ascent Solar的薄膜阵列如何塑造未来的空间能源传输

• 空间太阳能：市场前景与新兴需求
• 薄膜太阳能阵列及功率传输技术的进展
• 空间与地球能源的关键参与者与战略合作
• 空间能源传输的预计扩展与投资机会
• 空间能源倡议的地理热点与政策驱动力
• 下一代创新与空间到地球电力的未来道路
• 空间能源传输中的障碍、风险与战略机遇
• 来源与参考

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空间太阳能：市场前景与新兴需求

空间太阳能（SBSP）的概念长期以来承诺通过在轨道上捕获太阳能并将其传输到地球，带来清洁能源生产的革命性飞跃。最近的发展，特别是NASA与Ascent Solar Technologies之间的合作，使这一愿景更加接近现实。他们的工作集中于高效发电和从空间无线传输到地面接收器的先进薄膜光伏阵列。

在2023年，NASA选择Ascent Solar开发轻量、柔性薄膜太阳能阵列，支持其空间电力传输计划。这些由CIGS（铜铟镓硒）材料制成的阵列在效率和耐用性方面表现优异，同时显著减少发射质量和相对于传统硅面板的成本 (NASA)。薄膜技术对于SBSP至关重要，因为每节省一公斤的发射重量就能带来显著的成本节约和更大的可扩展性。

SBSP的市场前景正在迅速演变。根据MarketsandMarkets2024年的报告，全球SBSP市场预计到2030年将达到45亿美元，2024年至2030年间的年复合增长率（CAGR）为8.2%。这一增长受到能源需求上升、脱碳目标和对韧性、离网电力解决方案需求增加的推动。亚太地区，以日本和中国为首，正在大力投资SBSP研究和试点项目，而美国则利用公私合作伙伴关系加快技术的准备。

• 技术里程碑：在2023年，加州理工学院空间太阳能电力项目（SSPP）成功展示了在太空中无线电力传输，验证了向地球传递能源的可行性 (Caltech)。
• 新兴需求：国防机构、偏远社区和灾难响应团队被确定为早期采用者，寻求独立于地面基础设施的可靠、快速部署的能源来源。
• 挑战：监管框架、传输效率以及地面接收基础设施仍然是障碍，但持续的研发和国际合作正在解决这些问题。

NASA与Ascent Solar的薄膜阵列项目展示了SBSP加速发展的势头。随着技术障碍的降低和市场需求的增长，空间到地球电力传输有望成为全球能源格局中颠覆性的力量。

薄膜太阳能阵列及功率传输技术的进展

最近，薄膜太阳能阵列和功率传输技术的进展正在快速改变空间太阳能（SBSP）的前景。一个显著的里程碑是在2024年，NASA与Ascent Solar Technologies合作成功测试了一种轻量、柔性薄膜太阳能阵列，旨在用于空间到地球电力传输 (NASA)。这一合作旨在解决在太空中有效捕获太阳能并将其无线传输至地面接收器这一关键挑战，这一概念长期以来被认为可能会改变全球能源供应。

Ascent Solar的薄膜阵列采用了CIGS（铜铟镓硒）技术，在实验室环境下实现了高达17.8%的效率，相较于传统的硅基面板具有卓越的灵活性 (Ascent Solar)。这些阵列超轻便——每平方米重量不足1公斤——使其非常适合太空部署，那里的发射质量是一个关键限制。在2023年，Ascent Solar向NASA交付了一个200瓦的原型阵列，以便整合到该机构的空间电力传输实验中 (NASA新闻)。

功率传输过程的核心涉及将收集到的太阳能转化为微波或激光束，然后传输到地面的整流天线（将能量转回电力的天线）。在最近的测试中，NASA演示了安全有效地通过微波传输1.6千瓦的电力，距离达1公里，两端的转换效率超过40% (NASA电力传输演示)。

• 可扩展性：薄膜阵列可以制造成大面积的单元，从而能够构建多兆瓦的空间太阳能农场。
• 耐用性：CIGS薄膜对辐射和温度极端变化具有抗性，这对于长期太空操作至关重要。
• 成本降低：薄膜阵列的轻量特性显著降低了发射和部署成本。

通过这些进展，NASA与Ascent Solar正在为第一个从太空到地球连续传送可再生能源的实际演示奠定基础。如果实现规模化，这项技术可以提供可靠的24/7电力来源，不受天气或日光的影响，并在全球向清洁能源转型中发挥关键作用 (IEA可再生能源2023)。

空间与地球能源的关键参与者与战略合作

近年来，空间太阳能（SBSP）的追求加速，NASA和私营部门的创新者如Ascent Solar Technologies位于前沿。他们的合作是从轨道向地球传送能量的关键进展，利用先进的薄膜光伏（PV）技术使空间到地球的电力传输变得更加可行和高效。

NASA的角色与愿景

• NASA长期以来一直支持SBSP作为解决全球能源挑战的潜在方案，通过其航天技术任务局资助研究和示范项目 (NASA)。
• 在2023年，NASA向Ascent Solar授予了一份合同，以其小企业创新研究（SBIR）计划开发针对太空部署的轻量、柔性太阳能阵列 (NASA新闻稿)。

Ascent Solar的薄膜突破

• Ascent Solar专注于CIGS（铜铟镓硒）薄膜光伏技术，该技术提供高功率重量比和灵活性，这对于太空应用至关重要 (Ascent Solar)。
• 他们的最新模块效率超过15%，可以卷起或折叠以便紧凑发射，随后在轨道上展开以最大化能量捕获 (PV Tech)。

战略合作：为功率传输奠定基础

• NASA × Ascent Solar的合作旨在将这些薄膜阵列集成到原型SBSP系统中，这些系统将在空间捕获太阳能并将其转化为微波或激光进行传输至地面接收器。
• 最近的实验室演示显示了短距离内的成功无线电力传输，计划到2027年进行轨道测试 (Space.com)。
• 该合作是更广泛趋势的一部分，美国国防部等其他机构和国际伙伴也在投资SBSP研究 (美国国防部)。

随着技术的成熟，NASA × Ascent Solar联盟有望在商业化空间到地球能源方面发挥决定性作用，潜在地改变全球能源格局，并推动来自空间的清洁、持续电力的愿景。

空间能源传输的预计扩展与投资机会

NASA与Ascent Solar Technologies的合作标志着空间太阳能（SBSP）演变的关键时刻，特别是在从轨道向地球传送能量的背景下。Ascent Solar的超轻、柔性薄膜光伏阵列正在为NASA的空间电力传输计划而开发，旨在展示在空间中收集太阳能并无线传输到地面接收器的可行性。这项技术可能会通过提供连续、独立于天气的电力，彻底改变全球能源市场，解决能源安全和可持续性的问题。

最近的进展加速了实际演示的时间表。在2023年，NASA选择Ascent Solar开发下一代薄膜太阳能阵列，用于其空间电力传输实验，利用该公司的专有CIGS（铜铟镓硒）技术 (NASA)。这些阵列旨在具有高效率、轻量，并能够承受严酷的太空条件，使其非常适合在卫星和轨道平台上的部署。

全球SBSP市场预计将显著增长，估计到2032年将达到153亿美元，从2023年开始的年复合增长率为8.2% (Precedence Research)。成功演示空间到地球的电力传输将解锁多个行业的大量投资机会：

• 卫星制造：对先进太阳能阵列和电力传输模块的需求预计将激增，惠及专注于轻量、高效率光伏的公司。
• 地面基础设施：接收整流天线（将能量转回电力的天线）和能源存储系统的开发将需要大量的资本投资。
• 能源公用事业：公用事业可能会投资SBSP，以多样化能源组合和增强电网的韧性，特别是在偏远或灾害频发的地区。
• 风险投资与私募股权：早期资金正流入SBSP初创企业，2023年和2024年在开发无线电力传输和轨道组装技术的公司上有显著投资 (SpaceNews)。

随着NASA与Ascent Solar推进他们的薄膜阵列项目，清洁能源的新纪元已初见端倪。公共与私人投资的结合，加上快速的技术进步，使空间到地球的电力传输成为全球能源格局中的一种变革性机会。

空间能源倡议的地理热点与政策驱动力

空间太阳能（SBSP）的追求获得了显著的动力，地理和政策驱动力的结合加速了创新。一个显著的里程碑是NASA与Ascent Solar Technologies之间的合作，旨在利用先进的薄膜光伏阵列展示从太空向地球传递太阳能的可行性。这项倡议是更广泛趋势的一部分，国家和机构认识到SBSP能够提供清洁、持续的能源并应对地面能源安全问题的潜力。

• 美国：美国已成为SBSP研究的领导者，NASA的阿尔忒弥斯计划和国防部正在探索为平民和军事应用进行轨道电力传输。NASA × Ascent Solar项目利用轻量、柔性的薄膜太阳能阵列，这对于降低发射成本和提高轨道能量捕获效率至关重要 (NASA)。
• 日本：日本经济产业省设定了SBSP的雄心目标，计划在2020年代中期演示从太空到地球的微波电力传输。该国的空间太阳能系统（SSPS）项目是全球的先行者，政府与工业合作推动快速进展。
• 欧洲：欧洲航天局（ESA）在2022年启动了Solaris倡议，以评估SBSP在大陆能源转型中的可行性。Solaris项目正在评估政策框架、技术挑战和国际合作机会。
• 中国：中国已宣布计划在2028年前建设一个空间太阳能电站，目标是通过微波或激光将能量传输到地面站。这与中国在可再生能源和空间技术方面的更广泛战略相一致。

政策驱动因素包括脱碳法规、能源安全以及对强韧基础设施的需求。NASA × Ascent Solar的演示是关键一步，展示了公私合作伙伴关系与国际竞争如何塑造空间到地球电力传输的未来。随着这些项目的推进，监管框架和跨境合作将至关重要，以解决频谱分配、安全性和环境影响的问题 (IEA)。

下一代创新与空间到地球电力的未来道路

空间太阳能（SBSP）的追求近年来加速，NASA和像Ascent Solar Technologies这样的私人合作伙伴在下一代创新中处于前沿。核心概念涉及在轨道上捕获太阳能——在这里阳光是连续的，且未受大气的过滤——并无线传输到地球，潜在地革新全球能源供应。

在2023年，NASA选择Ascent Solar开发先进的薄膜光伏（PV）阵列，用于其空间到地球的电力传输计划。Ascent的轻量、柔性CIGS（铜铟镓硒）太阳能模块旨在最大化功率与重量比，这是成本有效发射和大规模轨道部署的关键因素 (NASA)。这些阵列可以折叠以便紧凑存放，然后在太空展开，使得能在轨道上建造以公里为单位的太阳能农场成为可能。

下一步是无线电力传输。NASA的路线图包括使用微波或激光束将收集的能量发送至被称为整流天线的地面接收器。最近的实验室演示已经在短距离内实现了40%至50%的传输效率，并且在2023年，美国海军研究实验室在X-37B航天飞机上的PRAM-FX实验成功地在轨道上将太阳能转化为微波，标志着一个重要的里程碑。

• 可扩展性：Ascent Solar的薄膜技术使得模块化、可扩展的阵列成为可能，未来可能产生吉瓦级的电力 (Ascent Solar)。
• 成本降低：薄膜PV的轻便性降低了发射成本，这对SBSP的可行性是一个重要障碍。
• 持续电力：基于空间的阵列可以提供不间断的能源，不同于受天气和夜幕影响的地面太阳能农场。

展望未来，NASA及其合作伙伴计划在未来五年内进行空间内功率传输的端到端演示。美国国防部和国际机构也在投资SBSP，认识到其在能源安全和灾害韧性方面的潜力 (美国能源部)。虽然技术和监管挑战仍然存在，但NASA与Ascent Solar之间的合作正在为清洁、来自太空的能源在地球的新时代奠定基础。

空间能源传输中的障碍、风险与战略机遇

从空间向地球传输太阳能的概念——被称为空间太阳能（SBSP）——长期以来一直是满足全球能源需求的诱人解决方案。最近的发展，特别是NASA与Ascent Solar Technologies之间的合作，使这一愿景变得更加接近现实。他们在薄膜光伏阵列上的工作是迈向切实可行的空间到地球电力传输的重要一步，但前进的道路上布满了技术、监管和经济挑战，以及战略机遇。

• 技术障碍与风险：
  • 效率与耐用性：Ascent Solar的薄膜阵列使用轻质、灵活的材料，旨在最大化功率与重量比，这对于太空部署至关重要 (NASA)。然而，这些材料必须能够承受严酷的太空环境，包括辐射、温度极端和微流星体冲击，这些因素可能会随着时间的推移降低性能。
  • 无线电力传输：将太阳能转化为微波或激光进行向地球传输，然后再转回电力，涉及显著的能量损耗。目前微波传输效率约为40%至50%，而基于激光的系统面临着大气衰减和安全问题 (Nature Energy)。
  • 地面基础设施：接收站或整流天线需要大面积土地，并且必须选址以最大程度地减少环境和公共健康风险。
• 监管与安全风险：
  • 频谱分配：通过微波或激光进行功率传输需要国际协调，以避免与通信设备的干扰并确保安全 (ITU)。
  • 地缘政治关注：高功率传输技术的双重用途特性引发了安全和武器化的顾虑，需建立严格的监管。
• 战略机遇：
  • 24/7可再生电力：基于空间的阵列可以持续收集太阳能，不受天气或日夜变化影响，提供稳定、可调度的可再生能源。
  • 灾害响应与偏远电力：快速部署的传输电力可能支持灾区或缺乏电网基础设施的偏远地区。
  • 商业与国际合作：NASA与Ascent Solar的进展可能推动公私合作伙伴关系和国际财团的形成，加速商业化和成本降低 (Energy Manager Today)。

虽然NASA与Ascent Solar的薄膜阵列项目是一个里程碑，但克服技术、监管和经济障碍将需要持续的投资和全球合作。潜在的回报——清洁、持久、可扩展的能源供应——使得这一领域在未来几十年成为战略前沿。

来源与参考

• Beaming the Watts Down: NASA × Ascent Solar的薄膜阵列为太空到地球电力传输奠定基础
• NASA
• MarketsandMarkets
• Caltech
• IEA
• PV Tech
• Space.com
• Precedence Research
• SpaceNews
• Solaris
• 2028年前建成的空间太阳能电站
• Nature Energy
• ITU