夏普欲将卫星用太阳能电池拓展至EV与无人机领域

NE研究院阅读: 812更新于: 2018-12-03 11:01:00

2016年底，有外媒报道，夏普与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合开发了一款极度轻薄高效的柔性太阳能光伏电池，并计划将该电池广泛应用于太空探测器的制造领域。

报道称，该电池的厚度只有0.3毫米，重量仅为普通光伏电池的1/7左右，同时发电效率可以高达32%（当时传统的光伏电池效率为25%左右），达到了当时全球卫星用光伏电池的最高水平。

近日，日方媒体最新报道显示，夏普欲将其开发的上述太阳能电池在电动汽车（EV）、无人机等地面用途上进行展开。通过活用地上用途的大量化需求，实现价格的降低（图1）。希望藉此实现面向卫星等宇宙用途的低价供应。据夏普该业务推进部门负责人表示，通过地面用途实现大量生产的话，最终可以将制造成本降低到现有的1/10~1/100（图2）。

图1：通过将应用从宇宙空间扩展到地面，将生产成本降低到1/100（图：夏普）

该公司将应用于人造卫星的太阳能电池厚度从传统的155µm缩减到27µm（图2）。通过将基板的厚度减小至15μm，重量达到了之前的1/14。通过这样的薄型轻量化，可以减小卫星的重量，同时增加太阳能电池板的面积从而实现高功率化。由此它满足了高速通信所需要的大电流化以及全电气化的需求。

图2：夏普所开发的太阳能电池“IMM - 3J”（右表）与传统产品开（左表）的比较

薄型产品的另一个特征是它们可以在弯曲状态下使用，可安装在具有弯曲表面的刚性玻璃板上。使用这种安装方法，可以实现卫星每1kg重量下150W的发电量。不仅实现了更便利的安装，性能也完全优于竞争的其他同类产品。

开发无需充电的电动EV汽车上的应用

夏普试图通过将上述太阳能电池部署到太空以外的应用，以此来降低太阳能电池的成本，最终该公司把目标定在了EV用途上。通过搭载太阳能电池，实现无需充电即可行驶。作为新能源和工业技术发展组织（NEDO）的开发项目之一，夏普采用与前述面向宇宙用途的太阳能电池几乎相同的材料与制造工艺，开出了一款能实现在地面最优化接收太阳光的太阳能电池。发电效率达到了为31.2％。

图:3：sharp 太阳能电池

按照夏普的模拟估算，如果在EV汽车上搭载一个3m2面积的模组，则产生的电力可以满足每日约30km（10,000km/年）的行驶所需电力（图4）。假定参考条件以名古屋附近德日光条件，同时电力消耗率假定在12km/kw。而如果假定电力消耗率在7km/kw的情况下，则可实现的行驶距离大约为6,000km/年。

图4：考虑在电动车辆上安装太阳能电池板

用太阳能电池运行的电动汽车每年行驶里程的仿真结果（上图）。在电动汽车上安装面积为3平方米的太阳能电池板的方案假定（下图）。

空间与地面之间的需求

目前对于夏普卫星用太阳能电池板询价较多的业务，主要集中在用于平流层飞行的无人机和飞艇等用途上。事实上，使用能够半永久地飞行于平流层的无人机进行地面观察，监视，通信等的开发近年也是一直此起彼伏，例如，法国空中客车公司Airbus于2018年通过配备太阳能电池板的无人机“Zephyr S”实现了26天无降落飞行。

平流层环境有利于使用太阳能电池（图5）。平流层的太阳辐射强度高于地面，受宇宙辐射的影响较小。因此，夏普对于平流层的应用展开同样寄予厚望。