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太陽能電池 未來戰場的主要能源

點擊:9073  添加時間:2019-01-24 10:32:00  来源:中国国防报

據德國《航空雜誌》網站日前報道,去年底,德國一個研究團隊製造出一款太陽能無人機,可在大氣平流層中停留,滯空時間長達3個月。根據研發進度,這架太陽能無人機在進行相關測驗工作後,將很快試飛。與傳統飛機相比,太陽能無人機無需攜帶任何燃料,利用太陽能電池產生的電量即可供飛機遠距離飛行,夜間也能依靠白天儲存的太陽能持續飛行。正因如此,太陽能無人機擁有十分廣闊的應用前景,太陽能無人機只是外軍在發展太陽能電池應用方面的一個縮影。

太陽能電池是利用半導體的光伏效應,直接將光能轉換成電能的裝置,因此又稱爲“光伏電池”。太陽能電池的大規模產業應用,即人們所說的太陽能產業。近年來,伴隨太陽能電池技術的進步和應用,太陽能產業得以迅速發展。據悉,到2040年,可再生能源在全球總能源結構中佔比將達到50%以上,作爲可再生能源主力,太陽能光伏發電在世界總電力供應中的佔比達20%。到21世紀末,這兩項數據將分別增長到80%和60%。可見,光伏發電將在未來能源領域佔據重要戰略地位,而太陽能電池則是名副其實的“能源明日之星”。

印度在喜馬拉雅山脈上建造的太陽能發電站

印度在喜馬拉雅山脈上建造的太陽能發電站

英國“西風”號太陽能無人機

英國“西風”號太陽能無人機

美軍研發的可穿戴式太陽能電池板安裝在頭盔上

美軍研發的可穿戴式太陽能電池板安裝在頭盔上

技術突破推動應用

太陽能光伏發電因利用方便、對環境友好、維護簡單、壽命長等優點,被認爲是解決戰場和航天能源供給的重要途徑,備受各國軍方重視。不過長期以來,各種太陽能電池的轉換效率不高成爲制約其大規模推廣的主要原因。近年來,太陽能電池在諸多技術領域取得突破,大大推動光伏發電的軍事應用。

光電轉換效率實現重大突破

外軍利用太陽能電池的技術發展主要體現在提高其光電轉換效率上,近年來,各類太陽能電池效率實現重要突破。2017年,日本研發出一款由薄層硅製成的太陽能電池,轉換效率達26.3%,刷新太陽能電池轉換效率紀錄,且成本更低。2018年4月,德國科學家通過效仿蝴蝶翅膀的納米結構,發現能高效提升太陽能電池吸光率的新途徑,使電池的吸光率最高可提升207%。

可穿戴便攜化電池備受青睞

近幾年,爲減少士兵執行任務所需攜帶的電池數量,外軍大力研發可摺疊、便攜式太陽能電池,爲士兵隨身攜帶的電子設備充電。美軍研發出外形如細銅絲一般的太陽能電池,可隨意彎曲,織入作戰服後可以收集並存儲太陽能,士兵穿戴上這種衣物後,白天行走中可收集太陽能,爲攜帶的手機、傳感器和其他設備充電,不再需要揹負沉重的電池,大大提高機動能力。日本研發出一種新型薄片狀有機太陽能電池,厚度只有3微米,用電熨斗熨燙後粘貼到衣服上即可使用,且在100℃高溫下仍能保持性能不變,日本計劃將其作爲未來“智能衣服”中內嵌傳感器的電源。

除以上兩種外,各國還在開發電池新材料新結構,以提高太陽能電池的轉換效率,推動產業發展。

從太空到海上,從空中到地面,新能源開發利用備受重視

當前,對太陽能電池的軍事應用主要集中在野外基地供電、太陽能無人機、高空通信中繼、太空發電、太陽能水下自主航行器等領域,總體來看,其應用前景非常廣闊。

建設太陽能光伏電站,緩解軍事基地用電壓力

太陽能光伏發電被認爲是軍事作戰基地使用的最佳能源。目前外軍正逐步加大其在前方作戰行動中的運用,以提高作戰基地能源使用效率,減少能源消耗帶來的財政支出和後勤補給負擔,並擺脫對傳統電源的依賴。

美軍在多個軍事基地建立太陽能發電站,並取得良好效益。例如,美陸軍在位於加利福尼亞州莫哈韋沙漠裏的歐文堡軍事基地建造了一個年產500兆瓦電能的太陽能發電站。其他軍方發電站位於新墨西哥州、亞利桑那州、加利福尼亞州及拉斯維加斯等地的軍事基地,這些發電站可基本滿足基地所有電力需求,爲美軍逐漸擴大的能量需求提供保障。

研發太陽能無人機,打造空中多任務機動平臺

太陽能無人機無需攜帶燃料,具有續航時間長、使用靈活、運行成本低等優點,它可快速飛抵戰區,成爲執行高空偵察、監視、情報作戰、通信中繼等任務的理想空中平臺。目前,美、俄、英、日等國均已研製出太陽能無人機。瑞士研製的新型太陽能無人機“陽光動力2號”,歷時15個月,在不採用任何燃料的情況下完成繞地球飛行一週試驗。

另外,攜帶無線通信設備的太陽能無人機將成爲衛星替代品,爲構建天-地立體通信網絡提供新途徑。例如,英國特種部隊裝備的一款“西風”號太陽能無人機。該機被稱爲“高緯度僞衛星”,能夠在1.95萬至2.1萬米高空連續飛行一個多月,主要承擔對地實時監控和無線通信等任務。目前,俄羅斯首架太陽能無人機也試飛成功,機上搭載的無線通話及視頻信號轉發器,可傳輸無線網絡數據。

重視利用太空太陽能發電,拓展地面能源供應渠道

開發利用太空太陽能被認爲是解決人類能源危機的新途徑:通過太陽能衛星系統吸收地球大氣層以外的太陽能,將其轉成微波傳輸到地面接收天線,最終轉化爲可供人類使用的電能。太空太陽能電站可連續工作,能量利用率高,被認爲是一種前景廣闊的可再生能源系統。據預測,2050年前,太空太陽能發電站有望開始滿足地球上的能源需求。另外,傳統武器裝備的遠距離補給要依賴地面能源,這項技術實現後,軌道空間站可直接給戰場提供電能,很大程度上爲軍事行動提供強有力的能源支持。

早在2003 年日本宇航局就制定出太空太陽能電站發展路線圖,目前正在開發“太空太陽能發電系統”。該局估計,在軌道上運行的一個直徑2000米至3000米的太陽能電池板,可產生10億瓦特電力,相當於一個核反應堆產生的電能。

加快發展太陽能海上航行器,充當海上不眠“戰士”

外軍認爲,太陽能海上自主航行器可連續工作數月,進行海洋探測、定位與監控工作,並與岸基和水下儀器進行實時通信。航行器可預設下潛至水下,按指定路線航行,在合適條件時浮出水面利用太陽能充電,實現真正意義上的不依賴化石燃料和零排放。此外,使用太陽能爲艦船輸送電力,還可以將艦船的維護成本降到最低。

目前,外軍對太陽能海上自主航行器的研發日漸重視,未來有望加大其在海上執行偵察、監視與通信任務領域的應用。2015年,美國展示由海浪波和太陽能混合驅動的自動化遠程艇。該艇在沒有任何維護的情況下可在海上航行一年之久,執行情報、監視、偵察任務、水下地形測繪、通信中繼、數據傳輸等任務。

原標題:太陽能電池,未來戰場的主要能源

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