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。

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。

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。

DARPA创下无线电力传输新纪录：实现800瓦电力传输，距离达8.6公里

美国国防高级研究计划局（DARPA）最近在远距离能量传输方面创下了一项新纪录。在新墨西哥州进行的测试中，“持久光学无线能量中继”（POWER，Persistent Optical Wireless Energy Relay）项目团队通过激光束，在8.6公里的距离上实现了超过800瓦功率的传输，持续时间约30秒。

在为 PRAD 设计的光能传输接收器中，激光从中心孔进入，照射到抛物面镜上，然后反射到装置内部排列的数十个光伏电池上，这些电池将能量重新转换为可用的电力

美国国防高级研究计划局（DARPA）最近在远距离能量传输方面创下了一项新纪录。在新墨西哥州进行的测试中，“持久光学无线能量中继”（POWER，Persistent Optical Wireless Energy Relay）项目团队通过激光束，在8.6公里的距离上实现了超过800瓦功率的传输，持续时间约30秒。

PowerLight 技术公司开发的一种能量传输系统在 2019 年于西雅图港的一次演示中传输了数百瓦的功率

此前的最远传输纪录为：在1.7公里距离上以230瓦的平均功率传输25秒，以及在3.7公里距离上传输了未公开的功率（https://spectrum.ieee.org/power-beaming?utm_medium=inbody_related）。

这一成就标志着这个三阶段项目的第一阶段圆满完成。

“功率接收阵列演示”（PRAD）系统在光功率传输的功率和传输距离方面创下了纪录；该图表展示了其与以往重要成果的对比情况

POWER项目团队负责人Paul Jaffe表示，接收器的预估效率约为20%。在其他研究中，一些工业激光器的插墙效率（指设备从电网获取能量到输出有用能量的转换效率）已超过50%。更高的接收器效率是可以实现的，尤其是当使用针对特定波长优化的光伏电池时 —— 但这类电池的生产通常成本高昂且耗时。

Jaffe称，本次项目并未采用这种高成本方案。团队在接收器中使用的是商用现成的太阳能电池。当接收器接收激光束时，锥形反射镜会将红外辐射反射到光伏电池上，而光伏电池则将光束转化为可用电力。Jaffe表示，在这个阶段，项目的目标并非效率，而是速度。“我们做出的多项设计决策，都是为了快速造出设备，而非追求高效率，” 他说道。

接收器的研发方Teravec技术公司创始人Raymond Hoheisel表示，这里所说的 “快速”，指的是从规划到执行仅用了三个月时间。“此次突破在于证明了这项技术能够具备经济性，” 他说。

尽管DARPA并未披露总传输功率的具体数值，但结果显示，最终输出的能量约为800瓦。Hoheisel表示：“而且我们成功完成了接收器长时间运行的测试（时长超过报告中提到的30秒）。”

高能激光系统测试设施的测试场地位于美国陆军的白沙导弹靶场内，正是在这一天，PRAD 团队创下了光功率传输距离的纪录

电力传输中的光波与无线电波

许多远距离无线电力传输项目侧重于无线电（或微波）频率，这意味着需要使用大型发射器来实现传输距离的提升。对于这类电力传输而言，一种名为 “波束成形” 的技术至关重要。

伦敦帝国理工学院控制与电力研究组的电能转换教授Paul Mitcheson是这样描述的：在广播电视或无线电广播中，目标是让信号尽可能广泛地传播，以便更多人能收听到特定频道。“但在进行电力传输时，我们恰恰不希望这样，” 他说。此时的目标是让信号直射接收器，且损耗尽可能小。“因此，我们需要一种不同的结构：天线需要具备我们所说的‘高增益’，以便能向特定方向传输，具有高度的指向性。” Mitcheson补充道，正是这种波束成形技术，让我们的手机能向基站发送信号，而非向四面八方广播。

2021年PowerLight 技术公司团队在华盛顿特区以南的美国陆军博斯沃姆点试验场进行了演示时使用的 5.4 米直径抛物面碟形天线的发射器（ 可发射9.7 千兆赫的微波）

但即便如此，仍存在信号损耗。格拉斯哥大学副校长兼科学与工程学院院长Eric Yeatman表示，在这方面，红外激光（或光波）束相比无线电频率具有一定优势。“与无线电相比，激光的可聚焦性强得多 —— 在理想条件下，几乎可以形成一束没有任何扩散的窄波束，” 他说。

但Jaffe表示，由于光频信号仍会因雾和云层发生散射，微波在大气传输中通常更具优势。不过，激光不需要无线电所必需的大型天线。Jaffe曾参与美国海军研究实验室的一项测试，他介绍说，在该测试中，通过微波频率在1公里距离上传输1.6千瓦功率时，需要用到5米长的发射器和2米长的接收器。

“POWER”团队通过利用部分传输过来的能量来制作爆米花，以此来庆祝其能量传输方面的创举，此举是对电影《真正的天才》中经典场景的一种致敬

无线电波的波长比红外线长得多，因此波束成形难度更大。Yeatman解释道：“我们需要的是一种柱状波。（在任何特定传输中）输出直径必须远大于波长，这决定了能否将信号聚焦。” 红外线的波长更短，这意味着形成聚焦波束要容易得多。

由于激光技术具有高精度、远距离传输能力，且所需设备更轻便小巧，因此更适合构建空中电力中继网络。Jaffe表示：“如果光学技术行不通，（对于DARPA的目标而言）那这项技术就根本行不通。”

“尽管激光传电的想法并不新鲜，但他们所取得的成就是令人瞩目的。” Yeatman说道。

2021年PowerLight 技术公司团队使用的2 米* 2 米的整流器

Jaffe表示，这一纪录的达成实属意外，因为这并非团队的目标。自2023年项目启动以来，意外之喜不止这一个。衍射光学的应用便是其中之一。他说：“人们想到改变激光束方向时，通常会想到镜子或透镜。但我们发现，衍射光学或许非常适合这项工作，尤其是因为它能高效处理单色光波长。这是我们一开始并不知道的，是在项目推进过程中才逐渐明晰的。”

此外，带有集成冷却系统的增材制造光学器件，也是项目启动时未列入计划的内容。Jaffe称，他们成功实现了这一点，“这揭示了一些新颖且有趣的方法来解决某些问题，而这些方法的应用很可能会远远超出我们在POWER项目中所做的工作。”
文章转自：IEEE电气电子工程师学会

（2023年5月22日）香港中华煤气有限公司（「煤气公司」）与IDG资本于5月20日正式宣布，双方联合打造的国内首支零碳科技投资基金已完成50亿元人民币基金募集目标。该基金的特色是国内首支以「技术投资+场景赋能」为主题的零碳科技基金(「基金」)。参与基金认购的有限合伙人(LP)包括地方政府、头部主权基金、国内外大型保险资金，以及政府产业引导基金等知名机构。

中华煤气联手IDG资本成立国内首支“技术投资+场景赋能” 百亿零碳科技基金

阳台微电网（Balcony Microgrid）是指安装在住宅阳台、露台或墙壁上的小型分布式光伏发电系统，它由光伏组件、微型逆变器和储能设备组成，通过太阳能电池板将光能转化为电能，实现家庭自用。

这套系统体积小、重量轻，无需改造建筑结构，即插即用，特别适合城市公寓、别墅等空间受限场景。 通常，一套标准系统包括1-4块光伏组件，功率约200-800W，足够覆盖一个家庭的日常部分用电需求。

名词解释

微型逆变器（Micro-inverter）：一种可将单块或数块太阳能组件产生的直流电转换为交流电的设备，通常安装在每块组件背后，实现组件级电力转换和优化。

MPPT（Maximum Power Point Tracking）：最大功率点跟踪技术，通过实时监测光伏组件的输出电压和电流，确保系统始终工作在最大功率点上。

防逆流电表（Reverse Power Protection Electric Meter）：用于防止分布式光伏发电系统产生的多余电力逆向流入公共电网的计量设备，保障电网安全和电能质量。

IP65防护等级（IP65 Protection Level）：电气设备外壳的防护等级，其中"6"表示完全防尘，"5"表示防止喷水侵入。

双碳战略（Dual Carbon Goals）：中国提出的碳达峰与碳中和战略目标，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。

阳台微电网正在悄然改变我们的能源生活方式，让每个家庭都能从能源消费者转变为"产消者"。随着技术不断进步和成本持续下降，这种微型分布式能源系统有望像家电一样普及，为全球能源转型注入全新动力。