15、太空热光伏电力系统：现状与未来潜力探索

太空热光伏电力系统：现状与未来潜力探索

在太空探索和开发日益深入的今天，高效可靠的太空电力系统至关重要。热光伏（TPV）能量转换技术作为一种新兴的太空电力解决方案，尽管仍处于发展的早期阶段，但展现出了巨大的潜力。本文将深入探讨太空热光伏电力系统的原理、效率以及相关应用，为读者呈现这一领域的最新进展。

1. 热光伏能量转换基础

热光伏能量转换的基本原理涉及两个关键的转换过程：首先是将热能转化为辐射能，然后将辐射能转化为电能。在太空中，热能可以通过多种方式提供，如集中的太阳光、核反应堆或美国国家航空航天局（NASA）在深空任务中使用的放射性同位素热源。

这种转换技术可以分为两个不同的子系统：
- 热能到辐射能的转换 ：热能加热发射表面，使其发出辐射。
- 辐射能到电能的转换 ：使用光谱调谐的太阳能电池，将发射的辐射以最佳效率和/或功率密度转换为电能。

与传统的动态热转换技术（如布雷顿、朗肯或斯特林发动机）相比，TPV系统具有结构简单的优势。原则上，太空TPV系统可以完全被动，转换子系统中几乎没有移动部件，最坏情况下也只需某种泵送循环冷却子系统。

2. TPV系统配置

TPV系统有两种值得关注的配置：
- 黑体状辐射发射器/滤波器系统 ：使用通常在宽波长范围内发射的黑体状辐射发射器，与带通滤波器配合使用，以实现窄光谱输出，该输出与太阳能电池具有最大光谱响应的波长区域重叠。为了提高性能，需要将未使用的辐射能量部分反射回发射器表面。然而，即使滤波器的吸收率很小，也会导致辐射能量的重大损