印度在喜馬拉雅山脈上建造的太陽能發(fā)電站
英國“西風(fēng)”號太陽能無人機(jī)
美軍研發(fā)的可穿戴式太陽能電池板安裝在頭盔上
據(jù)德國《航空雜志》網(wǎng)站日前報道，去年底，德國一個研究團(tuán)隊制造出一款太陽能無人機(jī)，可在大氣平流層中停留，滯空時間長達(dá)3個月。根據(jù)研發(fā)進(jìn)度，這架太陽能無人機(jī)在進(jìn)行相關(guān)測驗工作后，將很快試飛。與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，太陽能無人機(jī)無需攜帶任何燃料，利用太陽能電池產(chǎn)生的電量即可供飛機(jī)遠(yuǎn)距離飛行，夜間也能依靠白天儲存的太陽能持續(xù)飛行。正因如此，太陽能無人機(jī)擁有十分廣闊的應(yīng)用前景，太陽能無人機(jī)只是外軍在發(fā)展太陽能電池應(yīng)用方面的一個縮影。
太陽能電池是利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)，直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，因此又稱為“光伏電池”。太陽能電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，即人們所說的太陽能產(chǎn)業(yè)。近年來，伴隨太陽能電池技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用，太陽能產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展。據(jù)悉，到2040年，可再生能源在全球總能源結(jié)構(gòu)中占比將達(dá)到50%以上，作為可再生能源主力，太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比達(dá)20%。到21世紀(jì)末，這兩項數(shù)據(jù)將分別增長到80%和60%。可見，光伏發(fā)電將在未來能源領(lǐng)域占據(jù)重要戰(zhàn)略地位，而太陽能電池則是名副其實的“能源明日之星”。
技術(shù)突破推動應(yīng)用
太陽能光伏發(fā)電因利用方便、對環(huán)境友好、維護(hù)簡單、壽命長等優(yōu)點，被認(rèn)為是解決戰(zhàn)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(zhuǎn)換效率不高成為制約其大規(guī)模推廣的主要原因。近年來，太陽能電池在諸多技術(shù)領(lǐng)域取得突破，大大推動光伏發(fā)電的軍事應(yīng)用。
光電轉(zhuǎn)換效率實現(xiàn)重大突破
外軍利用太陽能電池的技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在提高其光電轉(zhuǎn)換效率上，近年來，各類太陽能電池效率實現(xiàn)重要突破。2017年，日本研發(fā)出一款由薄層硅制成的太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.3%，刷新太陽能電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄，且成本更低。2018年4月，德國科學(xué)家通過效仿蝴蝶翅膀的納米結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)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，為減少士兵執(zhí)行任務(wù)所需攜帶的電池數(shù)量，外軍大力研發(fā)可折疊、便攜式太陽能電池，為士兵隨身攜帶的電子設(shè)備充電。美軍研發(fā)出外形如細(xì)銅絲一般的太陽能電池，可隨意彎曲，織入作戰(zhàn)服后可以收集并存儲太陽能，士兵穿戴上這種衣物后，白天行走中可收集太陽能，為攜帶的手機(jī)、傳感器和其他設(shè)備充電，不再需要背負(fù)沉重的電池，大大提高機(jī)動能力。日本研發(fā)出一種新型薄片狀有機(jī)太陽能電池，厚度只有3微米，用電熨斗熨燙后粘貼到衣服上即可使用，且在100℃高溫下仍能保持性能不變，日本計劃將其作為未來“智能衣服”中內(nèi)嵌傳感器的電源。
除以上兩種外，各國還在開發(fā)電池新材料新結(jié)構(gòu)，以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
從太空到海上，從空中到地面，新能源開發(fā)利用備受重視
當(dāng)前，對太陽能電池的軍事應(yīng)用主要集中在野外基地供電、太陽能無人機(jī)、高空通信中繼、太空發(fā)電、太陽能水下自主航行器等領(lǐng)域，總體來看，其應(yīng)用前景非常廣闊。
建設(shè)太陽能光伏電站，緩解軍事基地用電壓力
太陽能光伏發(fā)電被認(rèn)為是軍事作戰(zhàn)基地使用的最佳能源。目前外軍正逐步加大其在前方作戰(zhàn)行動中的運(yùn)用，以提高作戰(zhàn)基地能源使用效率，減少能源消耗帶來的財政支出和后勤補(bǔ)給負(fù)擔(dān)，并擺脫對傳統(tǒng)電源的依賴。
美軍在多個軍事基地建立太陽能發(fā)電站，并取得良好效益。例如，美陸軍在位于加利福尼亞州莫哈韋沙漠里的歐文堡軍事基地建造了一個年產(chǎn)500兆瓦電能的太陽能發(fā)電站。其他軍方發(fā)電站位于新墨西哥州、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(fā)電站可基本滿足基地所有電力需求，為美軍逐漸擴(kuò)大的能量需求提供保障。
研發(fā)太陽能無人機(jī)，打造空中多任務(wù)機(jī)動平臺
太陽能無人機(jī)無需攜帶燃料，具有續(xù)航時間長、使用靈活、運(yùn)行成本低等優(yōu)點，它可快速飛抵戰(zhàn)區(qū)，成為執(zhí)行高空偵察、監(jiān)視、情報作戰(zhàn)、通信中繼等任務(wù)的理想空中平臺。目前，美、俄、英、日等國均已研制出太陽能無人機(jī)。瑞士研制的新型太陽能無人機(jī)“陽光動力2號”，歷時15個月，在不采用任何燃料的情況下完成繞地球飛行一周試驗。
另外，攜帶無線通信設(shè)備的太陽能無人機(jī)將成為衛(wèi)星替代品，為構(gòu)建天-地立體通信網(wǎng)絡(luò)提供新途徑。例如，英國特種部隊裝備的一款“西風(fēng)”號太陽能無人機(jī)。該機(jī)被稱為“高緯度偽衛(wèi)星”，能夠在1.95萬至2.1萬米高空連續(xù)飛行一個多月，主要承擔(dān)對地實時監(jiān)控和無線通信等任務(wù)。目前，俄羅斯首架太陽能無人機(jī)也試飛成功，機(jī)上搭載的無線通話及視頻信號轉(zhuǎn)發(fā)器，可傳輸無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
重視利用太空太陽能發(fā)電，拓展地面能源供應(yīng)渠道
開發(fā)利用太空太陽能被認(rèn)為是解決人類能源危機(jī)的新途徑：通過太陽能衛(wèi)星系統(tǒng)吸收地球大氣層以外的太陽能，將其轉(zhuǎn)成微波傳輸?shù)降孛娼邮仗炀€，最終轉(zhuǎn)化為可供人類使用的電能。太空太陽能電站可連續(xù)工作，能量利用率高，被認(rèn)為是一種前景廣闊的可再生能源系統(tǒng)。據(jù)預(yù)測，2050年前，太空太陽能發(fā)電站有望開始滿足地球上的能源需求。另外，傳統(tǒng)武器裝備的遠(yuǎn)距離補(bǔ)給要依賴地面能源，這項技術(shù)實現(xiàn)后，軌道空間站可直接給戰(zhàn)場提供電能，很大程度上為軍事行動提供強(qiáng)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(fā)展路線圖，目前正在開發(fā)“太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)”。該局估計，在軌道上運(yùn)行的一個直徑2000米至3000米的太陽能電池板，可產(chǎn)生10億瓦特電力，相當(dāng)于一個核反應(yīng)堆產(chǎn)生的電能。
加快發(fā)展太陽能海上航行器，充當(dāng)海上不眠“戰(zhàn)士”
外軍認(rèn)為，太陽能海上自主航行器可連續(xù)工作數(shù)月，進(jìn)行海洋探測、定位與監(jiān)控工作，并與岸基和水下儀器進(jìn)行實時通信。航行器可預(yù)設(shè)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(xiàn)真正意義上的不依賴化石燃料和零排放。此外，使用太陽能為艦船輸送電力，還可以將艦船的維護(hù)成本降到最低。
目前，外軍對太陽能海上自主航行器的研發(fā)日漸重視，未來有望加大其在海上執(zhí)行偵察、監(jiān)視與通信任務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用。2015年，美國展示由海浪波和太陽能混合驅(qū)動的自動化遠(yuǎn)程艇。該艇在沒有任何維護(hù)的情況下可在海上航行一年之久，執(zhí)行情報、監(jiān)視、偵察任務(wù)、水下地形測繪、通信中繼、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。（李婭菲 王毅 孫燕俠）