加州理工学院的太空太阳能项目为其第一个轨道原型做准备

加州理工学院的太空太阳能项目为其第一个轨道原型做准备加州理工学院雄心勃勃的太空太阳能项目,在一笔上亿美元的巨额捐款的支持下,正准备将其第一批原型发射到轨道上。这些先进的超轻结构将收集、转换和无线发送能量。PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328785.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1328785.htm

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加州理工学院的原型机实现了空间无线能量传输

加州理工学院的原型机实现了空间无线能量传输SSPD-1原型包括电力传输低轨道实验微波阵列(MAPLE),它使用灵活轻便的微波电力传输器将能量传输到所需位置。MAPLE在太空中的成功运行验证了太空太阳能发电的可行性,其目的是在太空中收集太阳能并将其传输到地球表面。资料来源:加州理工学院MAPLE是电力传输低轨道实验微波阵列的简称,也是SSPD-1中的三个关键实验之一,它由一个灵活的轻型微波电力发射器阵列组成,由使用低成本硅技术制造的定制电子芯片驱动。它利用发射器阵列将能量传送到所需位置。要使SSPP具有可行性,能量传输阵列必须重量轻,以尽量减少将其送入太空所需的燃料量;设备必须足够灵活,以便可以折叠成一个可以用火箭运输的包裹;还必须是一种总体成本较低的技术。MAPLE由加州理工学院电子工程和医学工程布伦教授兼SSPP联合主任阿里-哈吉米里(AliHajimiri)领导的团队开发。Hajimiri说:"通过迄今为止进行的实验,我们证实MAPLE能够成功地向太空中的接收器传输电力。我们还能够对阵列进行编程,将其能量导向地球,我们在加州理工学院检测到了这一点。当然,我们曾在地球上对其进行过测试,但现在我们知道它可以在太空中存活下来并在那里运行。"利用单个发射器之间的建设性和破坏性干扰,一组功率发射器能够在没有任何移动部件的情况下改变其发射能量的焦点和方向。发射器阵列使用精确的定时控制元件,利用电磁波的相干相加,将功率有选择地动态聚焦到所需位置。这样就能将大部分能量传送到所需位置,而不会传送到其他地方。MAPLE有两个独立的接收器阵列,距离发射器约一英尺,用于接收能量,将其转换为直流电,并用其点亮一对LED灯,以演示太空中远距离无线能量传输的全过程。MAPLE通过单独点亮每个LED并在它们之间来回切换,在太空中进行了测试。该实验没有密封,因此会受到太空恶劣环境的影响,包括大型SSPP装置有朝一日会面临的大范围温度波动和太阳辐射。"据我们所知,即使是使用昂贵的刚性结构,也没有人在太空中演示过无线能量传输。我们正在利用灵活的轻型结构和我们自己的集成电路实现这一目标。这是第一次,"Hajimiri说。从太空拍摄的MAPLE内部照片,右侧为发射阵列,左侧为接收器。图片来源:SSPPMAPLE还包括一个小窗口,发射阵列可以通过这个窗口发射能量。位于加州理工学院帕萨迪纳校区戈登和贝蒂-摩尔工程实验室屋顶上的接收器检测到了发射的能量。接收到的信号出现在预期的时间和频率上,并根据其从轨道上传输的情况预测出了正确的频率偏移。除了证明功率发射器在发射(1月3日进行)和太空飞行后仍能正常工作外,该实验还为SSPP工程师提供了有用的反馈信息。功率发射天线以16个为一组,每组由一个完全定制的柔性集成电路芯片驱动,哈吉米里的团队目前正在通过评估较小组的干扰模式和测量各种组合之间的差异来评估系统内各个元件的性能。这一艰苦的过程需要长达六个月的时间才能全部完成,这将使团队能够找出不规则之处,并对其进行追踪。太空太阳能发电提供了一种利用外层空间几乎无限的太阳能供应的方法,在外层空间,能源不受昼夜循环、季节和云层的影响,可以持续不断地获得,其发电量可能是地球表面任何位置太阳能电池板发电量的八倍。SSPP完全实现后,将部署一个由模块化航天器组成的星座,收集太阳光,将其转化为电能,然后再将其转化为微波,通过无线方式远距离传输到任何需要的地方--包括目前无法获得可靠电力的地方。"灵活的电力传输阵列对于加州理工学院目前设计的帆状太阳能电池板星座至关重要,这些电池板一旦进入轨道就会展开,"SSPP联合主任、航空航天与土木工程学院乔伊斯和肯特-克雷萨(JoyceandKentKresa)教授塞尔吉奥-佩莱格里诺(SergioPellegrino)说。哈吉米里说:"就像互联网使信息获取民主化一样,我们希望无线能源传输也能使能源获取民主化。接收这种电力不需要地面上的能源传输基础设施。这意味着我们可以向偏远地区和遭受战争或自然灾害破坏的地区输送能源。"欧文公司董事长、加州理工学院董事会终身成员、慈善家唐纳德-布伦(DonaldBren)年轻时在《大众科学》杂志上发表的一篇文章中首次了解到天基太阳能制造的潜力。出于对太空太阳能潜力的好奇,2011年,布伦找到加州理工学院时任校长让-路-夏莫,商讨创建太空太阳能研究项目的事宜。在随后的几年里,布伦和他的妻子布里吉特-布伦(BrigitteBren,也是加州理工学院的理事)同意捐款资助该项目。对加州理工学院的第一笔捐款(最终将超过1亿美元,用于支持该项目和捐赠教授职位)是通过唐纳德-布伦基金会提供的。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375441.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1375441.htm

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麻省理工学院研究人员开发出超薄轻量级太阳能电池它们的重量是传统太阳能电池板的百分之一,每公斤产生的能量是其18倍,并且是由半导体油墨制成的,使用的印刷工艺在未来可以扩展到大面积的制造。由于这些太阳能电池非常薄和轻,它们可以被贴在许多不同的表面上。例如,它们可以被集成到船帆上,以便在海上提供电力,粘附在灾难恢复行动中部署的帐篷和防水布上,或者应用到无人机的机翼上,以扩大其飞行范围。这种轻量级的太阳能技术可以很容易地集成到建筑环境中,而且安装需求很小。"用于评估一种新的太阳能电池技术的指标通常仅限于其电力转换效率和以每瓦美元计算的成本。同样重要的是可整合性--新技术可以被改造的容易程度。轻质太阳能织物能够实现可整合性,为目前的工作提供了动力。我们努力加快太阳能的采用,因为目前迫切需要部署新的无碳能源,"法里博尔兹-马西赫新兴技术主席、有机和纳米结构电子实验室(ONE实验室)负责人、麻省理工学院纳米实验室主任、描述这项工作的新论文的资深作者弗拉基米尔-布洛维奇说。与Bulović一起撰写论文的还有共同主要作者MayuranSaravanapavanantham,他是麻省理工学院电气工程和计算机科学的研究生;以及JeremiahMwaura,他是麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家。该研究最近发表在《小方法》杂志上。瘦身后的太阳能电池传统的硅基太阳能电池是脆弱的,因此它们必须被包裹在玻璃中,并被包装在厚重的铝制框架中,这限制了它们的部署地点和方式。六年前,ONE实验室团队使用一种新兴的薄膜材料生产太阳能电池,其重量非常轻,可以放在肥皂泡上。但是这些超薄的太阳能电池是使用复杂的、基于真空的工艺制造的,这些工艺可能是昂贵的,并且在扩大规模方面具有挑战性。在这项工作中,他们着手开发完全可打印的薄膜太阳能电池,使用基于墨水的材料和可扩展的制造技术。为了生产太阳能电池,他们使用了可打印电子油墨形式的纳米材料。在MIT.nano洁净室工作时,他们使用一个槽模涂布机为太阳能电池结构涂上一层电子材料,该涂布机将电子材料层沉积到准备好的、可释放的基底上,基底的厚度只有3微米。使用丝网印刷(一种类似于在丝印T恤上添加图案的技术),将电极沉积在结构上以完成太阳能模块。然后,研究人员可以将厚度约为15微米的印刷模块从塑料衬底上剥离,形成超轻超薄的太阳能设备。但是这种薄而独立的太阳能模块在处理上具有挑战性,很容易撕裂,这将使它们难以部署。为了解决这一挑战,麻省理工学院的团队寻找一种轻质、灵活和高强度的基材,他们可以将太阳能电池粘在上面。他们认为织物是最佳的解决方案,因为它们提供了机械弹性和灵活性,而且重量增加很少。他们找到了一种理想的材料--一种每平方米仅重13克的复合织物,商业上称为迪尼玛面料。这种织物由纤维制成,其强度非常高,曾被用作绳索,将沉没的邮轮"科斯塔-康科迪亚"号从地中海底部吊起。通过添加一层只有几微米厚的紫外线固化胶水,他们将太阳能模块粘在这种织物的薄片上。这就形成了一个超轻的、机械上坚固的太阳能结构。"虽然直接在织物上印刷太阳能电池可能看起来更简单,但这将限制可能的织物或其他接收表面的选择,使其在化学上和热上与制造设备所需的所有加工步骤兼容。Saravanapavanantham解释说:"我们的方法将太阳能电池的制造与最终的集成工艺分离开来"。胜过传统太阳能电池当他们测试该装置时,麻省理工学院的研究人员发现它在独立的情况下每公斤可以产生730瓦的功率,如果部署在高强度的迪尼玛织物上,每公斤可以产生约370瓦的功率,这比传统太阳能电池的每公斤功率高约18倍。"在马萨诸塞州,一个典型的屋顶太阳能装置约为8000瓦特。他说:"为了产生同样的电力,我们的织物光伏电池只需在房子的屋顶上增加大约20公斤(44磅)的重量。"他们还测试了他们设备的耐用性,发现即使在将织物太阳能电池板滚动和展开500多次后,电池仍能保持其最初发电能力的90%以上。虽然他们的太阳能电池比传统的电池要轻得多,也灵活得多,但它们需要被包裹在另一种材料中,以保护它们免受环境影响。用于制造电池的碳基有机材料可以通过与空气中的水分和氧气相互作用而被改变,这可能会使其性能劣化。将这些太阳能电池包裹在沉重的玻璃中,就像传统的硅太阳能电池的标准做法一样,会将目前的进步价值降到最低,因此该团队目前正在开发超薄的包装解决方案,这只会使目前超轻设备的重量增加一小部分。研究人员正在努力去除尽可能多的非太阳能活性材料,同时仍然保留这些超轻和柔性太阳能结构的外形和性能。例如,可以通过印刷可释放的基材来进一步简化制造过程,相当于用来制造我们设备中其他层的过程。这将加速这项技术向市场的转化。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340623.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1340623.htm

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