中国空间站太阳能转化效率30%！美国不服：我比你的大

  中国成功发射“天和”号核心舱，正式开启天宫空间站建设进程，预计到2022年底，在环绕地球的轨道上将出现第二座巨大的人造天体。

  天宫空间站亮点多多，它巨大的太阳能翼光电转换效率高达30%，这在某种程度上预示着它仅用国际空间站一半面积的太阳能电池就能超过ISS的总供电量。这是个很了不起的事情，你别看国际空间站那么庞大，它最显眼的部分就是共2500平方米的8块太阳能帆板，和支撑这些太阳能帆板的桁架，把这么多东西去掉，ISS就会玲珑许多。

  更多更大的太阳能帆板能发更多的电，除了支持科学实验，还能让里边工作的航天员生活得更舒服些。不好的地方是：这东西很贵、很重、把它运上天安装维护都很费钱，并且由于400公里高的轨道上依然有稀薄的空气，航天器体积越大阻力就越大，就需要更加多的燃料来维持轨道高度，这些都是钱。

  如果太阳能电池的光电转化效率高，我们能用更小的电池发更多的电，就能解决上面出现的问题——这也是科学家们一直在琢磨的事情。

  1839年，19岁的法国物理学家埃德蒙·贝克勒尔制作出世界上第一个光伏电池；1905年，爱因斯坦在他的光量子理论中解释了光电效应的原理，他因此获得诺贝尔物理学奖；1954年，第一个实用性的光伏电池问世；1958年，太阳能电池正式装在了卫星上。自此之后慢慢的变多的航天器使用太阳能来源源不断地提供电力。

  但是在100多年间，光伏电池的光电转化效率一直提不上去，科学家使出吃奶的力气把硅基太阳能电池的转化率提高到30%左右，但把它安装到国际空间站上最多只达到14%。你可能觉得奇怪：不是说大气层上方的阳光更强吗，为什么太阳能电池反而效率更低了呢？

  由于大气层阻挡了一部分阳光，地面太阳强度大约是大气层上方的70%~75%，但是在阳光照射到的地方温度超过120℃，硅基电池在高温下的效率大打折扣——你又不能不让它晒太阳，所以这是个无解的问题。

  与美国不同，中国空间站选择了柔性砷化镓薄膜电池来供电，它不仅薄如蝉翼，还不受太空恶劣环境影响，光电转化率超过30%！硬是甩国际空间站几条街。

  有朋友说，老周你讲的不对吧，国际空间站上也用了砷化镓薄膜电池，前段时间还做了实验，电池是中国某公司生产的呢！

  嗯，国际空间站上的太阳能帆板一部分已超越15年，因为老化，它的效率已经大不如前，因此NASA正准备把它换掉。但是新“推出式太阳能电池（ROSA）”并非采用中国公司的砷化镓，而是使用了美国某飞机公司的硅基薄膜电池，所以新换上去的电池依旧不到15%。

  国际空间站的新太阳能电池主打的是可伸展可回收，用了类似小孩子吹的伸缩口哨原理，搞笑的是这玩意儿第一次送到空间站做实验，它展开后就没办法“内卷”，只好直接丢掉了。

  不知是出于对新电池可靠性的担心，依旧是觉得它太贵，NASA并不打算扔掉国际空间站原来的太阳能帆板，而是把六块新电池叠加在旧电池的缝隙上，这样就挡住了一部分旧电池的光线。美国给出的解释是：旧电池尽管老化，但还能发电，把新电池装上去之后可以使空间站总发电量恢复到15年前215千瓦的峰值水平。

  2021年5月，中国空间站“天和”核心舱将迎来第一艘“天舟”货运飞船。如无意外，美国货运飞船也将载着两个新ROSA组件抵达国际空间站，开启太阳能的补缺工作。对于太阳能电池的研究，中美都走在了世界的前列，除了三个PN结的砷化镓电池外，科学家们还在更多结、以及其它基底太阳能电池上取得进展，有的材料光电转化率甚至超过60%，但这一些产品因为种种原因还没办法进入太空。不管结果如何，中国空间站30%的能效记录在可见的将来都不会被超越。

  为什么NASA不使用转化率更高的中国砷化镓电池组件，是因为它不可靠吗？我只能告诉你，这无关技术，它是一笔很大的生意。