人类对能源的探索和利用在永不停息地进行着，人类社会发展到了现阶段，目前普遍利用的能源还主要是煤炭、石油、天然气等化石能源。化石能源虽然储量比较大，但属于是不可再生能源，而且大量使用还会导致严重的温室效应使得气候变暖。因此我们对于清洁能源的探索一直都没有停止。

01解决能源危机的方向

目前，我们所能够使用的清洁能源主要有风能、太阳能、水能、核能、生物能、潮汐能等。核能的利用目前还完全是通过核裂变，而核聚变的技术目前并没有被人类完全掌握，而且核裂变存在着核泄漏的风险以及核废料的处理的问题。而其他清洁能源在我国也都有被开发利用。其实从本质上来说地球上的风能、水能、甚至化石能源都是来自于太阳能。因此如果能够有效地直接利用太阳能来产生能源也许就能为人类社会提供远远不断地能源从而有望解决人类的能源危机。

利用太阳能最直接的方式便是直接通过太阳能电池板来发电，目前我国也有许多有关光伏发电的企业，光伏发电在国内的发展状况也比较好。但是目前我们的太阳能发电装置都是布置在地球表面的，而阳光在经过地球大气到达地球表面是所损失的能源占辐射总量的相当大一部分，太空中的阳光辐射能达到地球的十倍左右，而且太空中太阳能资源的利用可以不受天气条件的影响。2008年，美国和日本两国的科研人员在夏威夷两座相距90英里的海岛上，成功实现了微波级能量的无线远距传输，这个距离相当于从太空轨道传送能量到地面所要穿透的大气层厚度。这也为能量的远距离无线传输提供了技术支持，经过数年的发展，能量的无线远距离传输技术也日益成熟。而且近些年来光电效率也在逐渐提高，目前一些设备的光电效率已经达到了40%，因此在未来太空太阳能发电站有望成为现实。

02太空太阳能发电

太空太阳能发电站的基本设想就是把带有太阳能电池板的卫星送往太空，然后被俘获的太阳能就在卫星上被转换成含有能量的电磁波，即特定波段的微波。为传送到地面，微波的理想频率应为2.45GH或5.8GH，这两个波段都处于红外线与FM/AM无线电信号之间，最容易穿透大气层，但在穿越大气层过程中仍有部分能量损失。微波能将在空中形成一道无形的微波柱，直径大约为一英里或两三公里。地面上有依网格化排列的椭圆形天线，叫做网格天线，占地面积与微波柱相当，专门接受微波能，转换后即可送往传统的输电网。

还有一个需要考虑的问题就是太阳能发电站所处的轨道问题。最容易想到的一个轨道便是地球同步轨道。将太空太阳能发电站固定在这个位置，由于发电站和地球的相对位置是不变的，因此将微波能量传送回地球的过程可以变得简单一些。但是由于地球自转的问题同步卫星在一天的时间内必定是只有半天的时间可以接收到光照。而且要保证在这半天阳能电池板的发电效率达到最大，那么就需要让太阳能电池板始终正对着太阳光，那么就需要给同步卫星一个自转角速度，这个角速度要与地球的自转角速度一样的。同时考虑到地球还存在公转，因此卫星和地球的自转角速度又不会完全相同。而且由于地球同步轨道的高度是相当高的，因此在同步卫星正下方的人们所看到的太空发电站其实只占据视角的很小一部分，并不会发生有些人担心卫星正下方的人看不到太阳这种情况。

03空间-地面间电能的传输

要使得太空发电站在一天的任何时候都可以正常发电其实还有一种轨道方案，那就是让发电卫星所处的轨道处于地球的晨昏线上。这样可以使得发电卫星在任何时刻都可以接收到太阳的光照，而且这个轨道的高度也是可调的，极大地增加了发电卫星的使用率，也使得大量部署太空发电卫星成为了可能。这种情况下需要克服的主要技术难题有两个，其中一个就是受地球是在公转影响，地球晨昏线的所在平面的方向在不断变化，发电卫星所处的轨道在一年之中也需要进行微调。另一个难题就是发电卫星受地球的晨昏线不断变化的影响，其相对于地球的位置也在不断变化，这就给能量的传输造成了很大的困难。有一种方案是在地日拉格朗日L1点的位置放置一个中继卫星，这颗中继卫星只需消耗很少的能量便可以在点长时间停留。其他发电卫星可以把太阳能转变成的微波传输到这颗中继卫星上，然后再通过这颗中继卫星将能量通过微波传送到地面被接受和利用这种方案下还需要再赤道处建许多个微波能量接收站，而且即使这样由于这些微波能量接收站相对于中继卫星并不是静止的，因此能量的传输依然面临很大的技术难题。

21世纪各个行业都在迅速发展，在未来随着相关技术的进一步发展，太空发电站在未来有望成为现实，当大规模的的太空发电站建成并投入使用时，便会给人类提供无穷无尽而且源源不断的清洁能源，人类的能源危机也会被完全解决。

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