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太阳能电池 未来战场的主要能源
2019-02-02 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

  据德国《航空杂志》网站日前报道,去年底,德国一个研究团队制造出一款太阳能无人机,可在大气平流层中停留,滞空时间长达3个月。根据研发进度,这架太阳能无人机在进行相关测验工作后,将很快试飞。与传统飞机相比,太阳能无人机无需携带任何燃料,利用太阳能电池产生的电量即可供飞机远距离飞行,夜间也能依靠白天储存的太阳能持续飞行。正因如此,太阳能无人机拥有十分广阔的应用前景,太阳能无人机只是外军在发展太阳能电池应用方面的一个缩影。

  太阳能电池是利用半导体的光伏效应,直接将光能转换成电能的装置,因此又称为“光伏电池”。太阳能电池的大规模产业应用,即人们所说的太阳能产业。近年来,伴随太阳能电池技术的进步和应用,太阳能产业得以迅速发展。据悉,到2040年,可再生能源在全球总能源结构中占比将达到50%以上,作为可再生能源主力,太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比达20%。到21世纪末,这两项数据将分别增长到80%和60%。可见,光伏发电将在未来能源领域占据重要战略地位,而太阳能电池则是名副其实的“能源明日之星”。

  技术突破推动应用

  太阳能光伏发电因利用方便、对环境友好、维护简单、寿命长等优点,被认为是解决战场和航天能源供给的重要途径,备受各国军方重视。不过长期以来,各种太阳能电池的转换效率不高成为制约其大规模推广的主要原因。近年来,太阳能电池在诸多技术领域取得突破,大大推动光伏发电的军事应用。

  光电转换效率实现重大突破

  外军利用太阳能电池的技术发展主要体现在提高其光电转换效率上,近年来,各类太阳能电池效率实现重要突破。2017年,日本研发出一款由薄层硅制成的太阳能电池,转换效率达26.3%,刷新太阳能电池转换效率纪录,且成本更低。2018年4月,德国科学家通过效仿蝴蝶翅膀的纳米结构,发现能高效提升太阳能电池吸光率的新途径,使电池的吸光率最高可提升207%。

  可穿戴便携化电池备受青睐

  近几年,为减少士兵执行任务所需携带的电池数量,外军大力研发可折叠、便携式太阳能电池,为士兵随身携带的电子设备充电。美军研发出外形如细铜丝一般的太阳能电池,可随意弯曲,织入作战服后可以收集并存储太阳能,士兵穿戴上这种衣物后,白天行走中可收集太阳能,为携带的手机、传感器和其他设备充电,不再需要背负沉重的电池,大大提高机动能力。日本研发出一种新型薄片状有机太阳能电池,厚度只有3微米,用电熨斗熨烫后粘贴到衣服上即可使用,且在100℃高温下仍能保持性能不变,日本计划将其作为未来“智能衣服”中内嵌传感器的电源。

  除以上两种外,各国还在开发电池新材料新结构,以提高太阳能电池的转换效率,推动产业发展。

  从太空到海上,从空中到地面,新能源开发利用备受重视

  当前,对太阳能电池的军事应用主要集中在野外基地供电、太阳能无人机、高空通信中继、太空发电、太阳能水下自主航行器等领域,总体来看,其应用前景非常广阔。

  建设太阳能光伏电站,缓解军事基地用电压力

  太阳能光伏发电被认为是军事作战基地使用的最佳能源。目前外军正逐步加大其在前方作战行动中的运用,以提高作战基地能源使用效率,减少能源消耗带来的财政支出和后勤补给负担,并摆脱对传统电源的依赖。

  美军在多个军事基地建立太阳能发电站,并取得良好效益。例如,美陆军在位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠里的欧文堡军事基地建造了一个年产500兆瓦电能的太阳能发电站。其他军方发电站位于新墨西哥州、亚利桑那州、加利福尼亚州及拉斯维加斯等地的军事基地,这些发电站可基本满足基地所有电力需求,为美军逐渐扩大的能量需求提供保障。

  研发太阳能无人机,打造空中多任务机动平台

  太阳能无人机无需携带燃料,具有续航时间长、使用灵活、运行成本低等优点,它可快速飞抵战区,成为执行高空侦察、监视、情报作战、通信中继等任务的理想空中平台。目前,美、俄、英、日等国均已研制出太阳能无人机。瑞士研制的新型太阳能无人机“阳光动力2号”,历时15个月,在不采用任何燃料的情况下完成绕地球飞行一周试验。

  另外,携带无线通信设备的太阳能无人机将成为卫星替代品,为构建天-地立体通信网络提供新途径。例如,英国特种部队装备的一款“西风”号太阳能无人机。该机被称为“高纬度伪卫星”,能够在1.95万至2.1万米高空连续飞行一个多月,主要承担对地实时监控和无线通信等任务。目前,俄罗斯首架太阳能无人机也试飞成功,机上搭载的无线通话及视频信号转发器,可传输无线网络数据。

  重视利用太空太阳能发电,拓展地面能源供应渠道

  开发利用太空太阳能被认为是解决人类能源危机的新途径:通过太阳能卫星系统吸收地球大气层以外的太阳能,将其转成微波传输到地面接收天线,最终转化为可供人类使用的电能。太空太阳能电站可连续工作,能量利用率高,被认为是一种前景广阔的可再生能源系统。据预测,2050年前,太空太阳能发电站有望开始满足地球上的能源需求。另外,传统武器装备的远距离补给要依赖地面能源,这项技术实现后,轨道空间站可直接给战场提供电能,很大程度上为军事行动提供强有力的能源支持。

  早在2003年日本宇航局就制定出太空太阳能电站发展路线图,目前正在开发“太空太阳能发电系统”。该局估计,在轨道上运行的一个直径2000米至3000米的太阳能电池板,可产生10亿瓦特电力,相当于一个核反应堆产生的电能。

  加快发展太阳能海上航行器,充当海上不眠“战士”

  外军认为,太阳能海上自主航行器可连续工作数月,进行海洋探测、定位与监控工作,并与岸基和水下仪器进行实时通信。航行器可预设下潜至水下,按指定路线航行,在合适条件时浮出水面利用太阳能充电,实现真正意义上的不依赖化石燃料和零排放。此外,使用太阳能为舰船输送电力,还可以将舰船的维护成本降到最低。

  目前,外军对太阳能海上自主航行器的研发日渐重视,未来有望加大其在海上执行侦察、监视与通信任务领域的应用。2015年,美国展示由海浪波和太阳能混合驱动的自动化远程艇。该艇在没有任何维护的情况下可在海上航行一年之久,执行情报、监视、侦察任务、水下地形测绘、通信中继、数据传输等任务。

 

编辑:规划战略与信息中心 图书馆

信息来源:http://www.gzu521.com/hot/20190220/6w.html

 

 
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