太空AI算力中心 能源来自哪里?太空光伏离现实有多远?钙钛矿,下一代太空光伏?

发布于 2025-12-12 07:06:21

中国、美国、欧洲等主要国家和地区,都在纷纷布局太空数据中心、轨道级巨型光伏电站与空间无线输电项目,试图在下一代AI算力体系中占据优势。
11月27日,北京召开“智绘星空 胜算在天——太空数据中心建设”工作推进会,拟在700-800公里晨昏轨道建设运营超过千兆瓦功率的集中式大型数据中心系统
美国科技巨头也动作频频:特斯拉创始人马斯克表示,随着星舰的问世,大规模部署太阳能人工智能卫星成为可能。这也是马斯克所认为的,实现“每年1太瓦(1TW)人工智能算力”的重要路径,并定下了“4-5年通过星舰完成每年100GW数据中心部署”的目标。
英伟达则首次将H100GPU送上太空,搭载在初创公司Starcloud的Starcloud-1卫星上。
谷歌启动了“太阳捕手计划”,计划在2027年初发射两颗搭载TPU芯片的原型卫星。
然而,能源正成为悬在算力头顶的达摩克利斯之剑。国际能源署预计,在人工智能的驱动下,到2030年,全球数据中心的电力需求预计将比2024年增加一倍以上。

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7 个回答
潘力刚 博士
潘力刚 博士 认证专家 2025-12-12
加拿大 http://1-solar.com

“太空输电”是指将太空中发的电,通过无线能量传输技术(微波、激光等)传送到地球。

听起来有些科幻,因为这个想法正源于科幻小说。
1941年,美国科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫在短篇小说《Reason》中描述过这一场景:利用空间站的电池板捕捉太阳能后,通过微波光束将其传输到各个行星
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太空输电示意图,引自科普中国
相比地面光伏电站,“太空输电”可以避免太阳能电池“看天吃饭”以及大气层对阳光的削弱作用,大幅提升发电效率。据估算,太空中同样面积的太阳能电池板的发电量是地面的几十倍。
近年来,“太空输电”竞赛持续升温。
美国太阳能初创公司Aetherflux计划在2026年发射首个低地球轨道示范卫星,将太阳能直接收集,并通过激光传输到地球上的“地面站”,实现人类首次从太空向地球传输电力,现已融资6000万美元,并得到美国军方的支持。
英国Space Solar公司计划在3.6万公里高空打造直径1.8公里的“仙后座”空间站,利用数百万颗覆盖太阳能电池板的卫星来收集太阳光,通过约10亿个天线向地球传输能量,获得了英国政府的资助。
欧洲空间局于2023年1月启动了SOLARIS预先研发计划,计划在三年内投入6000万欧元,专注于太阳能电池、能量转换器、空间机器人等核心技术的研发,为未来的在轨验证奠定基础。
中国的空间太阳能电站系统项目叫“逐日工程”,规划分“三小步”(地面/浮空试验、空间电能管理、天地无线能量传输试验)和“两大步”(MW级试验验证、GW级商业电站),目标是到2030年,把兆瓦级的试验电站送到地球同步轨道;到2050年,建成可以商用的吉瓦级电站。
除了能源的“天地传输”,“天天传输”也在探索,可以视为“天电地用”的容易版本。
2025年11月,美国Star Catcher公司用1.1千瓦激光束,将能量精准传输到数百米外的光伏阵列,打破了今年6月美国国防高级研究计划局(DARPA)创下的800瓦的激光束发射功率纪录。
这项技术可以满足轨道侧用电需求:通过聚光系统捕捉太阳能,然后通过高精度的波束将电力直接传输给卫星。通过这种“太空对太空”的能源中继,卫星可以摆脱沉重的电池板,将更多的质量分配给有效载荷。
不管是穿越大气层输电还是“太空对太空”送电,均面临着成本挑战。根据2024年NASA评估报告,太空发电站的发电成本高达0.6亿美元/度,是地面太阳能电站的12~80倍,主要贵在火箭发射。

此外,规模化部署太空发电设施将带来轨道拥挤问题和碎片碰撞风险,无线能量传输技术也面临着前所未有的监管挑战。

北美人工智能
北美人工智能 认证专家 2025-12-13
这家伙很懒,什么也没写!

6G的目标是实现“空天地一体化”,这意味着卫星网络将不再是地面通信的补充,而是整个网络有机、无缝的组成部分。这随即引发了一场激烈的“太空圈地运动”。
目前,SpaceX的Starlink星座和中国的“国网”星座都在以惊人的速度进行低轨(LEO)卫星部署。根据国际电信联盟(ITU)的“先登先占”原则,宝贵的近地轨道和通信频率资源正成为稀缺的战略资产,先到者得。
更深层次的斗争发生在标准层面。美国倾向于利用Starlink的市场优势,使其私有通信协议成为全球的“事实标准”,从而边缘化国际统一标准。而中国则坚定地在3GPP框架内推动统一的非地面网络(NTN)标准,以打破美国的太空网络霸权。
谁控制了太空中的网络节点,谁就掌握了未来全球无缝覆盖的制高点。这场在星辰大海中展开的竞赛,其激烈程度丝毫不亚于地面上的任何博弈。

VidoCanada
VidoCanada 2025-12-12
VidoSecurity.com

一场围绕“太空算力”与“太空能源”的新竞赛最近正在全球升温。
钙钛矿、核电站、激光输电全面开战
苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫按照能源利用能力,将文明划分为Ⅰ型(掌控行星能源)、Ⅱ型(收集恒星系统能量)和Ⅲ型(控制银河系能源)三个等级。最新评估显示,人类文明还处于I型,仅0.73级左右。
虽然人类还不能完全掌控地球上的能源,但是收集和利用恒星能源已经提上日程,涉及两个层面:
从太空发电看,目前广泛采用的砷化镓(GaAs)太阳能电池面临高成本难题,亟待寻找更具性价比的方案;
从太空输电看,太空发电通过无线技术传送到地球,突破了地理和气候的限制,将引发能源革命。
“太空算力”的未来是美好的,但不得不面对能源困局的现实。
由于太空无法接入地面电网,光伏是能源供给的最重要方式。目前,太空能源的主力是砷化镓(GaAs)太阳能电池,以其高转化效率、耐辐射等特性,广泛应用于航天器、空间站等领域。
但砷化镓制备的原料稀缺、工艺复杂,导致价格昂贵,素有“半导体贵族”之称。公开资料显示,“天和”核心舱134平方米的砷化镓太阳翼,成本高达1.67亿元,折合125万元/平米,比硅基电池贵几十倍,显然无法满足“太空算力”大规模部署的要求。
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天和核心舱大型柔性太阳能电池翼示意图,引自中国载人航天
晶硅电池是当前地面电站的主流,但在AM0(太空环境)下效率仅为14-18%,远低于砷化镓30%的光电转换效率;抗辐射性能差,太空环境中效率衰减快,并不适合在太空中使用。
钙钛矿电池作为新一代太阳能电池技术的代表,兼具砷化镓电池的高效率、耐辐射特性和晶硅电池的低成本优势,成为太空应用的理想选择。
近年来,我国钙钛矿产业化进程加速,量产线迈入GW级新阶段,光电转换效率屡屡刷新。更重要的是,钙钛矿电池可与晶硅电池结合形成钙钛矿-晶硅叠层电池,理论效率可达43%。
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引自中国光伏行业协会

telecctv
telecctv 2025-12-12
这家伙很懒,什么也没写!

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LingTan
LingTan 2026-01-31
h2harbor.com 氢港

太空光伏:马斯克提出未来每年向太空部署100GW的太阳能https://h2city.cn

当Starcloud在2025年11月将首颗搭载H100芯片的算力卫星送入轨道,当马斯克宣称要在四五年内通过星舰每年部署100GW的太空数据中心,这些曾被视为科幻的场景正在资本的推动下快速现实化。
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ONEsolar
ONEsolar 2026-01-31
这家伙很懒,什么也没写!

太空光伏离现实有多远?

当Starcloud在2025年11月将首颗搭载H100芯片的算力卫星送入轨道,当马斯克宣称要在四五年内通过星舰每年部署100GW的太空数据中心,这些曾被视为科幻的场景正在资本的推动下快速现实化。

然而,在所有关于"太空算力"的宏大叙事背后,一个更为根本的问题浮出水面:拿什么来驱动这些漂浮在真空中的算力中心?答案指向同一个方向——太空光伏。这项曾被视为"遥不可及"的技术,正站在产业化爆发的临界点上。但问题是,我们离真正的太空算力时代,究竟还有多远?

01. 技术突围:当钙钛矿遇见星辰大海

太空光伏并非新概念。1958年,美国发射的首颗光伏供电卫星采用的正是晶硅电池,但彼时效?率不足10%,重量和成本都令人望而却步。六十多年后的今天,技术路线的选择已成为决定这一产业命脉的核心命题。

当前,三结砷化镓(GaInP/GaAs/Ge)仍是太空光伏的主流技术,其高达30-35%的转换效率和优异的抗辐射性能使其成为高轨卫星和深空探测任务的不二之选。但昂贵的代价让商业化应用举步维艰——中信证券研究指出,砷化镓外延片价格高达20-25万元/平方米,是晶硅电池的30-50倍。以星链卫星为例,若完全采用砷化镓电池,单颗卫星仅光伏成本就将突破千万元大关,这显然与SpaceX追求的"低成本、可批量"理念背道而驰。

晶硅电池虽有成本优势,但在AM0太空环境下效率仅14-18%,且抗辐照性能差的致命缺陷使其难以适应卫星5-8年的在轨寿命要求。
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真正的破局者来自第三代光伏技术——钙钛矿。这种神奇的材料在过去十年间将实验室效率从3.8%推升至接近35%的叠层转换效率,更重要的是,它兼具了砷化镓的高效率和晶硅的低成本优势。中信证券测算显示,钙钛矿生产成本仅为1.63元/W,不到砷化镓的百分之一。更关键的是其可柔性制备的特性,使得"太阳能帆板可折叠发射后在轨展开"的构想得以实现,为星链这类需要大面积展开的光伏阵列提供了完美解决方案。

2025年以来,产业化进程显著加速。钧达股份通过与尚翼光电的战略合作,率先切入太空钙钛矿领域。这家技术源于中科院上海光机所的卫星电池专业生产商,已向国内厂商送样测试。值得注意的是,尚翼光电并非孤例。晶科能源董事长在新年致辞中明确表达了进军太空光伏的意向,而马斯克在社交平台为其TOPCon电池效率创世界纪录点赞的微妙互动,更被市场解读为技术路线的某种"背书"。这些信号表明,国内光伏巨头正将地面市场的厮杀经验复制到太空赛道。

然而,技术突围仍面临"最后一公里"的挑战。钙钛矿的稳定性在强辐射、高低温交变的太空环境中尚未得到充分验证。虽然低轨卫星5年左右的寿命要求低于地面电站的25年标准,为当前寿命较短的钙钛矿电池提供了"恰好够用"的应用窗口,但要真正替代砷化镓进入高轨和深空领域,材料稳定性仍需跨越数量级的提升。如何在效率、成本与可靠性之间找到平衡点,将是决定技术路线胜负的关键。

02. 产业裂变:GW级产线背后的图景

如果说技术突破打开了想象空间,那么产业化进程则决定了太空光伏离现实有多近。2025年,钙钛矿产业迎来历史性拐点——多条GW级产线相继投产,标志着其正式从实验室走向规模化生产。中信证券预测,到2030年全球钙钛矿出货规模有望达到20GW,这一数字看似不大,却相当于重构一个全新的细分市场。

需求的爆发是产业裂变的根本动力。国际电信联盟数据显示,全球低轨卫星规划总量已超10万颗,仅SpaceX的星链计划就规划了4.2万颗。长江电新测算,到2030年全球低轨卫星发射量可能达到2万颗,按每颗卫星光伏系统价值150万元计算,市场规模约300亿元,是当前砷化镓市场的十倍。更富想象力的是"太空算力"带来的增量。马斯克提出的40MW太空数据中心愿景,若按乐观情景实现100GW规模,对应的光伏装机需求将达到千亿乃至万亿级别。
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这一预判正被产业资本用脚投票验证。2025年5月,之江实验室主导的"三体计算星座"首批12颗"天算一号"卫星升空,单星算力达744TOPS,整体具备5POPS在轨计算能力。这些"太空边缘计算节点"的能源供应全部依赖光伏系统。11月,Starcloud携手英伟达成功发射首颗算力卫星,并计划在2030年建成40MW规模的太空数据中心。Google的"捕光者计划"则计划于2027年初发射两颗原型卫星。

值得注意的是,太空光伏的价值量占比正持续提升。长江电新指出,太阳翼在卫星成本和质量中占比约20%-30%,随着星链卫星从V1到V3版本不断迭代,卫星重量从260公斤增至1250公斤以上,太阳能电池板面积同步扩大,光伏系统的价值权重水涨船高。

A股上市公司正在卡位这一蓝海市场。除前述钧达股份、晶科能源外,异质结技术路线也成为重要备选方案。异质结电池可使用更薄硅片,在"比功率"(单位重量功率)这一太空光伏核心指标上具备优势。国内已有公司具备P型异质结的生产与交付经验,其采用超薄硅片以适应太空高比功率需求。尤其在美国布局产能的企业,凭借政策优势和供应链先发性,被认为能更快导入太空光伏供应链。

但风险同样不容忽视。全球光伏装机增长不及预期、钙钛矿技术发展不及预期、成本下降不及预期等因素,都可能延缓产业化进程。更关键的是,太空光伏涉及航天级可靠性认证,周期长、门槛高,地面光伏企业的技术积累能否平滑迁移仍是未知数。此外,关税战导致的海外贸易不确定性,也可能影响依赖国际发射市场的商业航天节奏。

从1958年第一颗光伏卫星升空,到2025年GW级产线投产,太空光伏用了67年走完从0到1的积累。如今,它正站在从1到10的爆发前夜。技术层面,钙钛矿已具备颠覆性潜力;产业层面,低轨卫星星座和太空算力提供了确定性需求;资本层面,上市公司加速布局形成示范效应。然而,从实验室效率到在轨可靠性,从地面产线到太空认证,从成本优势到规模化交付,每一道坎都需要时间跨越。

或许最客观的评价是:太空光伏已不是"科幻",而是"科技"。它离大规模商业化的现实,大约还差3-5年的技术验证周期、2-3轮的产业资本投入,以及一场决定技术路线终局的太空实地测试。

iWave
iWave 2026-01-31
这家伙很懒,什么也没写!

光伏设备:商业航天发展提速 太空光伏有望打开设备新成长空间

摘要

1、现阶段III-V族多结光伏电池凭借高转换效率、优异抗辐射性与稳定性,成为卫星及空间站能源供给主流选择,但其依赖 MOCVD 设备与稀缺金属镓,成本高达 20 万-30 万元/m2;SpaceX开创性采用硅基 PERC 光伏电池,依托地面成熟供应链实现成本大幅下探,尽管硅基电池抗辐射性和转换效率低于 III-V 族电池,但其衰减周期与卫星设计寿命匹配,适配高频次卫星替换的运营模式,推动低轨卫星大规模部署。

2、p型HJT及钙钛矿叠层适配太空场景。p型HJT电池:p型硅基电池抗辐射性能显著优于n型,而HJT电池具备薄片化、低银耗、低衰减及低温度系数等优势,因此p型HJT电池成为当前最适配太空场景的晶硅光伏技术路线。

钙钛矿:晶硅钙钛矿叠层电池通过光谱分治突破晶硅效率极限,理论极限超 43%;钙钛矿 比功率远超其他电池技术,且抗辐射性能优异,电子辐射下性能降幅低于砷化镓 及晶硅电池,具自修复能力,叠层结构兼顾抗辐射与长寿命优势。

正文

光伏是太阳系航天器最可靠、经济且可持续的电力来源,自 1958 年 Vanguard 1 卫星首次使用以来,“光伏+储能”已成为航天电力系统的标配。

图:光伏目前是航天器最适合的能源供应方式
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资料来源:开源证券研究所

太空环境与地面存在本质性差异,对光伏电池的应用构成多重极端挑战,包括高能宇宙辐射、极端温差循环、高真空、与微重力环境等。

高能宇宙辐射:1)光谱分布的改变通常会导致电池的整体转换效率下降;2)辐射对光伏电池材料的电子结构产生影响,导致转换效率下降,并影响电池寿命。

极端温差循环:太空中的温差极大,温差可在-150℃至150℃浮动。热循环会引起热应力和材料疲劳,要求光伏电池的材料和结构提出了高要求。

高真空环境:在太空环境下工作的光伏电池,热量散发方式不同于地面条件,必须依赖辐射散热而非对流散热。

图:光谱分布的改变会导致电池整体转换效率下降(左),低中轨道的高辐射对光伏电池功率影响很大
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资料来源:《Operation of Solar Cells in a Space Environment》Sheila Bailey 等,开源证券研究所

图:极端的太空环境对光伏电池的应用构成挑战
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资料来源:《低地球轨道空间环境与效应集成化监测装置设计》向树红等,开源证券研究所

III-V 族多结光伏电池是现阶段太空应用技术成熟度与综合性能最优 的光伏技术路线。其凭借高光电转换效率、优异抗辐射性能与可靠稳定性,已成为卫星及空间站能源供给的主流选择。但其制备高度依赖 MOCVD 设备与稀缺金属镓, 导致成本极高,当前商业化 III-V 族砷化镓多结电池报价区间为 20 万-30 万元/平方米,折算单位功率成本超过1000元/W。

硅基光伏电池则具备显著成本优势,地面主流晶硅电池单位功率售价普遍低于 0.5 元/W,即便适配太空应用场景需开展抗辐照、轻量化等特殊工艺改造,其综合成 本仍远低于 III-V 族砷化镓电池,更契合大规模星座的商业化部署需求。但硅基电池 抗辐射性相对较差,限制了其在高辐射强度轨道的应用。

图:硅基光伏电池的低成本及高效率更适合大规模商业化
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资料来源:《Solar Energy in Space Applications: Review and Technology Perspectives》Rosaria Verduci 等、开源证券研究所

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p 型电池是以硼掺杂的 p 型硅片作为基底的太阳能电池(n/p 结构),其主要优势 在于对辐射环境的出色耐受性。 n型电池是以磷掺杂的 n 型硅片作为基底的太阳能电池(p/n 结构),其主要优势是初始转换效率较高且无光诱导降解。

NASA 早期研究中指出,p型硅基电池在强辐射环境下相对n型硅基电池具备性能优势,经测试p型硅基电池耐受1MeV电子辐照的能力,最高可达n型硅基电池的10倍;其对质子辐照的敏感度,也较n型硅基电池低3-8倍。

图:随着辐照通量的提升,p 型电池最大功率点的衰减量较 n 型电池更慢
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资料来源:《Theoretical study of the maximum power point of n-type and p-type crystalline silicon space solar cells》M A Cappelletti,开源证券研究所

从工艺看,HJT具备比较优势。太空对光伏电池的轻量化、抗辐射、极端温差及经济性有着严苛要求,而 HJT 电池凭借薄片化、低银耗、低衰减、低温度系数等核心优势,成为当前可量产下最适配太空场景的晶硅光伏技术路线。

薄片化优势:1)电池薄片化可有效降低发射载荷,大幅节省火箭燃料成本;2)柔韧性强,可适配卷迭式太阳翼结构,提升卫星内部空间利用率;3)助于减少辐射导致的性能衰减,在轨运行的效能与经济性。

低银耗优势:2025年四季度以来银价持续上涨,严重挤压行业利润空间,因此低银化、无银化成为光伏降本的必由之路。

低衰减及低温度系数:当前主流HJT组件首年衰减率仅为 1%,全生命周期线性衰减率低于 0.3%/年,综合衰减表现优于PERC、TOPCon等其他晶硅电池技术路线。在温度系数方面,主 流 HJT 组件温度系数低至-0.22%/°C,相较 PERC(-0.34%/°C)、TOPCon(-0.26%/°C)及 BC 电池(-0.26%/°C)具备比较优势,更适合太空环境。

图:HJT 在多项指标上具备比较优势
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资料来源:TaiyangNews、东方日升 官网、晶科能源官网、爱旭股份官网、英利官网、SMM、diamonds4if、 开源证券研究所

钙钛矿(叠层)电池验证结果较为欠缺,成熟后有望成为主流。钙钛矿太阳能电池可通 过溶液加工技术以低成本制备,使其成本低于其他光伏技术,可在柔性衬底上生长。PSC的结构由透明导电电极沉积在玻璃基底上、夹在电子传输层和空穴传输层之间 的钙钛矿吸收层以及金属接触层构成。根据电荷选择层的沉积顺序,可分为两种构型:平面PSC n–i–p和平面反型p–i–n。

钙钛矿电池在高剂量γ射线辐射前后PSC的J–V曲线比较(下图左),所有光伏参数均有所下降,VOC几乎保持不变,但JSC显著下降,归因于玻璃基板在γ射线辐照后变暗。通过在ITO/玻璃基板上进行的透射光谱测量证实了这一效应,辐照后透射率从≈90%降至≈50–75%(下图右),当考虑这一损耗时,PCE 值(辐照后)为18.20%,与原始器件相当,从而证明钙钛矿的退化可忽略不计。

图:高剂量γ射线辐射前后J–V曲线(左),辐照前后透射率变化(右)
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资料来源:《Solar Energy in Space Applications: Review and Technology Perspectives》(Rosaria Verduci 等),广发证券发展研究中心

考虑叠层电池,MHP/CIGS相对更有前景。《Solar Energy in Space Applications: Review and Technology Perspectives》中研究了MHP/CIGS 和MHP/Si基的能量质子的辐射耐受性,MHP/CIGS叠层电池在AM0光照下仍保持约85%的初始PCE,这主要是由于VOC的轻微减少导致的损耗,而其他光伏参数几乎保持不变;相比之下,MHP/Si基器件在AM0条件下仅保留1%的原始PCE,这与JSC大幅降低至初始值的2%有关。

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