PART1 商业航天冉冉升起,太空光伏供能最优
发展太空大势所趋,航天发射有望迎来历史级增长
太空已成为大国战略博弈的新战场,卫星部署规模呈爆发式增长,抢占轨道资源迫在眉睫。全球航天 发射活动进入“指数级”增长周期,美国凭借商业航天优势,在发射数量与在轨存量上占据绝对主导, 单年入轨载荷已突破2000颗量级;与此同时,中国正加速追赶,发射频次稳步提升。鉴于低轨频段与 轨道位置具有“不可再生”属性,进军太空不仅是物理空间的争夺,更是抢占未来空天信息主权与国 防安全的制高点。在这场“手慢无”的圈地运动中,加速构建自主可控的空间基础设施已成为国家战 略的必选项,2025年全球航天器发射超4300颗,同比增长超50%。
运载成本下降,商业航天有望高速发展
运载成本呈指数级下降,商业航天迎来“摩尔定律”时刻。可重复使用火箭技术的成熟,推动航天器 入轨成本断崖式下跌,彻底打破了进入太空的经济壁垒,高频次、大规模的发射有望成为行业确定性 趋势,2025年全球航天器发射超300次,相比2021年已经翻倍;同时,太空经济场景增加重塑太空产 业边界,太空经济向算力与制造延伸,低轨资源开发正从通信星座向更多元化的高价值场景演进,利 用太空天然的低温散热优势,太空数据中心等新型基础设施正从概念走向现实,极大拓展了人类开发 太空的商业版图。
光伏:太空环境唯一可靠能源,前景星辰大海
太阳能是太空唯一高效、长期的能源供给方式,而太阳能电池是供电能力关键。电源分系统是航天器 的“心脏”,可为航天器中的用电设备提供电能,目前绝大部分航天器及临近空间飞行器的自主活动 都需要宇航电源系统的支持,例如卫星变轨、通讯等。一般采用太阳电池阵—蓄电池组联合电源模式, 由空间太阳电池阵(太阳翼)、空间锂离子电池组、电源控制设备等三类单机构成,太阳翼利用光伏 效应发电为用电设备提供电能,是卫星系统的动力来源。
卫星能源系统成本占比较高,主要为光伏电池
电源系统是卫星在轨行动的能量来源,其重量占比可达卫星总重量的30%,成本占比约22%,其中光 伏电池占比超50%,决定供电能力及功率。太阳翼是航天器的发电站,在能源系统中价值量占比高。 空间太阳电池阵(太阳翼)是由许多太阳电池组成的阵列,可以将空间轨道的太阳光能转化为电能, 以供航天器使用,是航天器电源分系统的主电源。在卫星电源系统中,太阳翼通常价值占比为60%- 80%,价值量远高于空间锂离子电池组、电源控制设备。
PART2 技术路线尚未收敛,有望持续优化
技术:砷化镓为国内主流,效率高、抗辐照具备明显优势
砷化镓电池是当前的主流空间电池,低成本新材料持续发展。与地面光伏电池追求规模制造和低成本 不同的是,空间太阳电池的核心价值在于极致的性能与可靠性,是卫星、空间站和深空探测器等各类 航天器的生命线。在宇航电源发展史上,作为主电源的太阳电池阵经历了硅太阳电池——单结砷化镓 太阳电池——多结砷化镓太阳电池——薄膜砷化镓太阳电池的四次革新。
砷化镓:效率高+可靠性高,适配于高端应用场景
砷化镓电池高效率与可靠性适配于高端应用场景。1)砷化镓带 隙(1.42ev)位于理论最优范围,且多结电池由GaInP、GaAs、 Ge多层组成,分别吸收高、中、低能量光子,极大拓宽光谱利 用范围;2)强抗辐射性及优秀的高温稳定性,更使其完美契合 高端/长寿命任务的核心需求,性能优势足以抵消高昂成本。3) 对于大规模星座所追求的成本与规模,砷化镓的高成本和有限产 能则成为主要障碍,这为钙钛矿等低成本技术提供了竞争空间。
钙钛矿:下一代太空光伏材料候选者
钙钛矿技术实现极致降本与效率跃升的双重突破。1)不同于传统晶硅与砷化镓电池的制备路径,钙 钛矿采用150℃低温涂布印刷工艺,所有工艺流程都可以在同一个工厂完成,大幅降低了对制造设备 的资本开支要求,并且原材料本身来源丰富、成本低,且材料配方可调、比例选择空间大,因此钙钛 矿技术路线具备数量级的降本潜力;2)钙钛矿具有极高的光吸收系数,仅仅 300-500nm的厚度就足 以吸收大部分可见光,减轻了发电材料的重量;3)从性能维度看,其转换效率在短短十余年间即从 2.62%飞跃至25%以上,且多结钙钛矿可以通过不同带隙的组合,覆盖更宽的太阳光谱范围,实现对 不同波长光子的分段吸收,进一步提升光谱利用率。
PART3 低轨卫星锤炼技术,太空算力前景广阔
低轨卫星:科技竞备磨练技术,太空轨道先占先得