范淑櫻 編譯
曾被稱為「夢想中的發電」且多次掀起研究熱潮又沉寂一時的「太空太陽能(Space Solar Power Systems; SSPS)」，如今正在全球「復甦重啟」。日本長年以來在此領域的研發處於領先地位，但近年歐美各國亦展開了多項大規模研究開發計畫，預算近140億日圓。例如歐洲太空總署(ESA)在2022年11月啟動了「SOLARIS」計畫，正式展開SSPS可行性調查，研究預算推估約100億日圓。
SSPS是一項宛如科幻小說般的宏大構想，係將巨型太陽電池設置於太空中，發電所得電力轉換成微波或雷射後發送至地面，並將其重新轉換成電力做為能源利用。多數計畫將實現的目標時期設定在2050年左右。若將一顆搭載巨大太陽電池的衛星設置於高度3萬6,000公里的地球靜止軌道上，從衛星上望向太陽幾乎不會處於地球的陰影中，故可無關乎晝夜持續發電。此外，由於沒有大氣造成的衰減，因此單位面積可利用的太陽光能量約為地面的10倍。
以雷射進行電力傳輸的狀況下，所使用的近紅外光受到大氣吸收或雲層散射的影響很大，因此目前研究以利用微波進行電力傳輸為世界主流。圖一為微波送電之SSPS參考模型配置。例如為了獲得相當於地面上一座核電站1 GW(100萬kW)的電力，搭載了2~3公里見方之巨大太陽電池的衛星將被發射至地球靜止軌道，且在此產生2GW的電力。衛星重量約3萬噸。
接著將取得的直流(DC)電力利用半導體轉換為微波，並以電力傳輸天線將其發送至地面。微波頻率採用了不受大氣影響之「無線電窗(Radio Window。1~10 GHz)」的5.8 GHz等。另在地面(包括海上)設置直徑2公里的巨大受電天線(天線與整流電路一體化之整流天線)，將微波轉換成直流電力，再將其轉換為交流電後傳輸至商用電力網。
圖一、利用微波傳輸電力之SSPS構成圖
SSPS是一項研究歷史悠久的技術，係由美國Peter Glaser博士於1968年提出。目前為止，各先進國家雖投入了技術適合性評估、基礎技術開發等研究，但目前還不清楚如此宏大的構想是否能真正實現，推估超過數兆日圓的建設成本是否合乎經濟合理性，仍有許多人持懷疑態度。
美國電機電子工程師學會(IEEE)在2023年4月亦發表了有關SSPS的建議，且在IEEE之中也分為肯定派與否定派，包括「SSPS構想已經存在很長時間，但仍有許多技術課題，且建造一個巨大的太陽電池陣列在經濟上不可行」，亦有積極、正面的意見表示「未來人類將受益於SSPS」。
火箭成本顯著降低
雖然SSPS並非一朝一夕即可實現的技術，但近年來歐洲、美國甚至中國都紛紛啟動相關研究計畫，在各種考量中，背後主因則包括了下列3項：(1)太空運輸成本大幅降低；(2)全球許多國家訂立2050年實現溫室氣體淨零排放之「碳中和」環境目標；(3)對於月球、宇宙空間之能源供應技術的衍生需求日趨顯著。
其中(1)太空運輸成本大幅降低是一項非常大的推動力，主要參與者為美國SpaceX (Space Exploration Technologies Corp)。SpaceX在運輸低成本化方面一直處於領先地位，執行長Elon Musk則表示，目前開發中的超大型火箭「Starship」將以達到「一次發射成本約100萬美元」為最終目標。一旦實現此目標，發射成本將可望降至現有火箭100分之1的水準。對於需要將重達數萬噸的巨大結構物體運載至太空中的SSPS而言是一項「神風助力」。
(2)承諾實現碳中和目標亦為實現SSPS的推動力之一。主導全球環境政策的歐盟(EU)即公開表示，現行狀況的延長之下很難達到淨零排放目標，並將SSPS視為實現此願景的新技術選項之一。此外，在阿拉伯聯合大公國(UAE)杜拜舉行的聯合國氣候變遷綱要公約締約國大會(COP28)中，舉行了SSPS相關議題研討，歐洲太空總署(ESA)等上台發表，期讓太空進一步成為減輕氣候變遷解方的一環。
(3)以SSPS技術的衍生效益而言，在月球與外太空的能源利用受到全球矚目，前景可期。例如美國電機電子工程師學會(IEEE)終身會士Thomas Coughlin即表示「毋庸置疑，SSPS將可做為支持外太空資源開發或產業發展之電力」。
致力於SSPS研究開發的日本宇宙系統開發利用推進機構(Japan Space Systems)則指出 ......
歐盟境內SSPS需求可達200個
歐洲太空總署(ESA)啟動前述「SOLARIS」計畫的契機在於歐盟對於2050年達成碳中和目標的危機感，針對SSPS做為增加再生能源發電量的選項進行全面的可行性調查 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。