太空光伏是“算力上天”or“电站上天”？

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日期：2026-02-16 来源：北极星太阳能光伏网作者：不要不辣的浏览：230次 19

一、太空光伏应用

（一）太空光伏理论

1.概念释义

太空光伏一词，是因马斯克的“在轨数据中心”言论引发光伏行业股市巨震，媒体广泛传播特定语境下的的表述，导致概念边界模糊。马斯克发言的英文为“Solar-powered AI satellites”（直译为“太阳能人工智能卫星”），并不是“Space Photovoltaics”（太空光伏），更不是“Space Solar power station”(空间太阳能电站）。

资讯热传的“太空光伏”概念有别于科学领域的空间太阳能电站的概念。空间太阳能电站概念在1969年诞生，现在是个泛指概念，包括了太阳能发电卫星（Solar power satellite,简称SPS），空间太阳能发电系统（Space solar power system,简称SSPS），天基太阳能发电站（Space based solar power,简称SBSP），其核心理念是将太空中的太阳能转化为电能，再将电能传输回地球使用，对太空中太阳能利用的研究和应用，在世界范围内已经开展了50多年。

马斯克的“在轨数据中心”、“太阳能人工智能卫星”相关概念，其核心理念是将太空中的太阳能转为电能，电能不再传输回地球，而是直接供给卫星搭载的“超级计算机”使用，卫星将计算后的数据信号传输回地球，且卫星与卫星之间可进行数据信号链接。

所以，太阳能人工智能卫星≠太空光伏≠太空太阳能电站，三者不应混为一谈。

太空光伏如果是指太阳能电池在太空环境的应用，那么1958年太阳能电池开始太空开始应用；如果是指太阳能电池产生电能的接受对象是卫星、空间站，那么应该是航天器电源系统，也是从1958年开始应用，可以简易理解为“户用光伏”，是卫星这一户“家庭”的自备离网电站；如果是指太阳能电池产生电能的接受对象是地球，那么应该是空间太阳能电站，可以简易理解为“大型集中式光伏”，从1969年概念提出一直处于研究阶段。

2.差别浅析

为了更好理解光伏技术、太阳能电池、AI算力卫星、太阳能AI算力卫星、空间太阳能电站这些技术概念和应用的关联与区别，以下从时间轴、技术逻辑、应用意义方面分别进行简单梳理。

从时间的先后来说，1876年发现光电现象→1883年首个硒太阳能池制成→1905年爱因斯坦提出光电理论→1954年首块硅太阳能电池制成（现代光伏技术开启）→1958年世界第二颗卫星装配了硅太阳能电池上太空→1969年空间太阳能电站概念提出→2023年首颗AI算力试验卫星发射（中国）→2025年5月首颗AI算力卫星发射（中国），开启“天数天算”时代→2025年11月美国首颗AI算力卫星发射→2026年1月马斯克达沃斯论坛发言引爆“太空光伏”话题。

图1 从光伏效应发现至太空光伏热议时间轴

从技术逻辑来说，（1）光伏技术，是基于光电效应理论将太阳能转为电能利用；（2）太阳能电池，是实现从光到电转化过程的实物载体，是光伏技术应用的具体表现；（4）AI算力卫星，是搭载AI推理芯片（可以简化理解为计算机）的卫星，使卫星具备数据处理、推理分析能力，是在传统卫星搭载相机、雷达和光谱仪等工具进行单纯的观测、数据采集的基础上的功能提升；（5）太阳能AI算力卫星，是通过太阳能电池将光转化为电供给卫星的电子设备使用，需要说明的是从世界第二颗卫星开始，一直是采用太阳能电池给卫星的电子设备供电，只是AI算力卫星增加了数据处理分析能力，对电量的需求增加了；（6）空间太阳能电站，是在太空建设一个光转化为电、电再转化为微波或激光、再将微波或激光发射至地球的系统，在地面建设一个接收微波或激光、微波或激光转化为电进行传输利用的系统，形成空+地的电站。

图2 常规卫星、算力卫星、空间太阳能电站技术逻辑图

从应用意义来说，太阳能AI算力卫星、太空数据中心等概念，核心目的是“算力上天”，并不是“电站上天”；而“算力上天”的应用意义很难简单概括，是需要多维看待和分析的话题，但很多报道和言论提到的解决AI算力的电耗和散热问题绝对不是它的最终目的，其最终意义应聚焦在AI算力本身，是让AI推理更快、更自主，通过数据信号使智能载体对物理世界的响应更及时、更精准，可以简化理解为让自动驾驶汽车在3公里外就获知前面道路塌方自动切换路线，而不是到断路前才发现并停车，需要强调的是“算力上天”中国是走在前列的，中国的AI算力卫星是最早发射入太空运行的，“天数天算”时代是由中国开启的。空间太阳能电站概念，核心目的是让“电站上天、电力下天”，最终意义是实现绿色的、连续的、不枯竭的电能供应，它与可控核聚变目前被视为地球的终极能源。算力上天是智能的“天基化”（以太空空间为基地），电站上天是能源的“天基化”，二者并行不悖，但逻辑起点截然不同。

图3 算力卫星（算力上天）、空间太阳能电站（电站上天）

（二）太空光伏应用现状与问题

前文已对太空光伏的释义进行了阐述，按照接收电对象来区分，分为给卫星、空间站供电的航天器供电系统，类比“户用光伏”；将电能传输回地球的空间太阳能电站，类比“大型集中式光伏”。后文为了避免概念混淆，且贴合马斯克言论引发太空光伏热议的背景，暂且将两个太阳能电池的应用场景指代：（1）AI算力卫星、（2）空间太阳能电站来进行论述。

1.AI算力卫星

卫星在太空轨道运行需要两种能量形式：一是电能，主要用来给卫星搭载的电子设备供电，使得相机、光谱仪器、通信设备等能正常工作；二是推进能量，主要通过化学推进剂驱动推力器，用来做姿态调整、轨道控制、脱轨操作等，值得强调的是，电力推进器已经开始在太空应用（可以简化理解为“燃油车”向“电车”发展）。从能量角度说，通常而言，任何一种形式能量耗尽了，航天器的寿命也就终结了。

AI算力卫星技术发展的制约因素是个庞大的综合型课题，如果聚焦在电能供应上来说，太阳能电池若能提供更多的电、更长时间的电，那么对提升单颗卫星的算力、使用寿命、甚至是功能拓展都是有积极意义的。

从算力和电力两个角度来说，目前单颗AI算力卫星的算力水平在几百TOPS水平，电力供应在几个kW水平，算力耗电在几百W水平，卫星重量在几十公斤水平，以下例举了目前最先进的算力卫星数据对比。

TOPS是算力单位，表征每秒万亿次整数运算，30-40个TOPS可类比一部智能手机。

以上数据部分来自公开信息，部分来自推算信息，可信度为中高，仅供直观理解参考。

根据数据来看，AI算力对电力的需求占到卫星的太阳能电池系统供电能力的25%-30%左右，按照马斯克的“100万颗”AI算力卫星的计划，根据目前技术数据简单推算，未来AI算力卫星应用大发展产生的电力需求为200-300GW。

前文已论述，AI算力卫星类比“户用光伏”，每颗卫星自带自备电站，不存在“电力买卖”商业模式，不过却产生了很大的太空用太阳能电池硬件的需求市场，这也是马斯克言论引发了光伏行业股市振动的原因，新需求场景出现引发资本涌动。

2.空间太阳能电站

从空间太阳能电站概念被提出50多年来，中国、美国、欧盟、韩国、日本目前累计已提出了十几种空间太阳能电站概念方案，如全部细述内容会非常庞杂，且专业程度很深。从释义技术逻辑和厘清近期资讯传播的认知误区的目出发，以下对空间太阳能电站进行简单介绍。

从光电转化技术方式来说，空间太阳能电站的能量源头来自太阳光，但并不是仅有光伏发电这一种方案，也有光热发电方案；光热发电又分为热机、温差方式；只不过，光伏发电方式被认为更具可行性。光伏发电又分为聚光和非聚光方式，中国对两种方式均提出了概念方案。2014年，中国空间技术研究院提出的非聚光空间太阳能电站方案；同年，西安电子科技大学提出了聚光空间太阳能电站概念方案。简单来说，两种方案的区别就是：（1）非聚光方式，让太阳光自然的照射在太阳能电池上，可类比想象普通的地面光伏电站；（2）聚光方式，利用光的反射、折射将太阳光高度集中照射到更小面积的太阳能电池上，可类比想象地面的光热电站，只不过光聚射在电池上，而不是吸热器上（知道地面光热电站的朋友可能现对比较理解，可搜索二次反射光热电站）。

从定日和定地技术方式来说，空间太阳能电站要想实现连续发电，不仅需要“追光”，还需要“追地”。因为空间电站是一直在绕地球运动的，同时地球不仅在绕太阳运动，而且还在自转，这是一个复杂的位置变化关系。要想保持太阳能电池一直获取到阳光，那么太阳能电池阵列就需要定日追光，不断调整太阳能电池阵列的朝向，可以类比联想地面的跟踪式光伏电站。除此之外，空间太阳能电站需要把电转化为微波（或者激光）传输回地球表面，地球表面需要建设一个巨大的接收站，形成点对点传输；由于点与点之间的位置关系是在变换的，所以空间太阳能电站还需要“追地”。简单来说，定日决定了是否能连续光转电，定地决定了是否能连续将微波送到地球（可类比理解为输电到地球）。那么，是否具备定日+定地能力的组合，空间太阳能电站又分为连续性传输电站和非连续性传输电站。

从不同的轨道位置来说，就算具备了定日+定地能力的空间电站也不能实现全年每天24小时的连续发电，由于相对位置变化，空间电站会有较长周期绕行在“阴影”中，无法发电。目前，只有在地球静止轨道（GEO）运行才能无限接近全年每天24小时的光照，但在春风和秋分时节的46天内容仍会有每天72分钟的“阴影”期；而且地球静止轨道有一个特性，它的轨道周期与地球自转周期和运行方向是完全相同的，简单来说，该轨道与地球的点对点位置是相对静止固定的，因此在轨道的空间太阳能电站不需要“追地”；是最适合建设空间太阳能电站的轨道。

所以，在太空中的太阳能电站无法实现全年8760个小时都发电，无限接近全年每天24小时都能发电（约8700小时）的条件是：地球静止轨道（GEO）+具备定日能力。根据科学家的测算，该条轨道约可容纳1800个GW级的空间太阳能电站，因此太空的空间资源无限的说法是有误的，“最佳场址”是有限的。

定日与不定日方案，可以类比联想地面跟踪式光伏与固定式光伏。

以下列举了目前利用最多的轨道资源情况，以供参考理解。

（三）太空光伏发展趋势

再次聚焦到电力供应角度上来看，从电力供给航天器使用和供给地球使用两个方面来分析。

1.航天器供电系统

太阳能电池作为航天器的供电系统，已经成熟应用多年，且技术一直在演进变革，从最初的硅电池，到现在的砷化镓电池，再到未来的钙钛矿电池；从最初的刚性电池，到半刚性电池、再到柔性电池；从最初的体装式电池，到一维折叠电池、卷绕电池，再到未来的二维折叠电池。

太空用太阳能电池技术不断演变的路线图，简单概括来说是为了更高效、更轻巧、更易折叠、更长寿。底层的逻辑是运载火箭的载重能力和容纳空间是有限的，所以要在重量和体积对太阳能电池不断优化；要在同重量和同体积的情况下，发更多的电则需要更高的效率；随着空间站和卫星的设计寿命在不断提升，电池可用寿命也需不断提升。

以下列举硅电池、砷化镓电池、异质结（HTJ）电池和钙钛矿电池的数据对比，以供参考了解太空电池技术的水平情况。

以上数据部分来自公开信息，部分来自推算信息，可信度为中高，仅供直观理解参考。

总体来说，硅电池是最早应用在太空的，目前硅电池和砷化镓电池都在广泛应用，从效率、寿命、经济性任一方面去评判说哪个电池更好是欠妥当的，综合考虑的话，它们适合于不同场景。

图4 AI对太空用太阳能电池类型选择的答案

从如何将电池装配到航天器上来说，可分为体装式和折叠式两种技术形式。体装式，就是将一片片电池直接铺装载航天器的表面，是最早期的技术方式；折叠式可分为一维折叠、卷绕折叠、扇形折叠和二维折叠，一维折叠和卷绕折叠已在太空应用，二维折叠仍在研究阶段。大家可以联想类比为折纸，现在是一门学科，央视很久前曾报道过一位教授对折纸的研究，有兴趣可以去搜索相关报道观看。

图5 AI绘制的一维折叠刚性电池展开

2.空间太阳能电站

空间太阳能电站目前仍处在从概念方案到关键技术试验的过渡阶段。2014年，我国便提出了空间太阳能电站发展阶段建议：2030年启动建设MW级空间太阳能电站试验电站，2050年具备建设GW级商业空间太阳能电站的能力。美国、欧洲、日本等相继都提出了空间太阳能电站发展建议，日本计划在2045年实现商业化、欧洲计划在20240年实现商业化，但基本都是在2030年前后完成MW级的空间试验验证。

前文已论述，2014年中国空间技术研究院提出的非聚光空间太阳能电站方案；同年，西安电子科技大学提出了聚光空间太阳能电站概念方案。2018年，西安电子科技大学段宝岩院士团队提出的聚光空间太阳能电站概念方案启动地面试验建设，被命名为“逐日工程”。

“逐日工程”电站技术中文全称为一种基于球面发射面聚焦的新型聚光空间电站方案（SSPS-OMEGA，音译欧米伽），是将通过球面反射、折射聚集到球面中心的太阳能电池上发电，再转换为微波传输回地球。2022年，该地面验证系统通过验收，开始运行。目前，验证了在55米的距离,5.8GHz频率的微波传输功率达到87.3%，后续将开展在轨验证微波传输技术。（有兴趣的朋友，可以去搜索西安电子科技大学的官网查看相关报道）

中国空间技术研究院提出的非聚光空间太阳能电站方案虽然没有开展相关的验证工程，但是却公开了方案的具体设计参数内容，可帮助更好理解商业化后的空间太阳能电站的构成和规模。

这个GW级的空间太阳能电站的太阳能电池阵列，长11.8公里，宽600m，太空微波发射器直径1km，总重量约9600t；地面微波接收器直径为5km。（感兴趣的朋友，可以购买阅读侯欣宾研究员的《图解空间太阳能电站》图书，或者观看他2023年的科普公开课，对小白来说很有用，推荐）

据测算，不包括运载、发射场、空间构建与支持、地面运行控制等大系统费用，以及前期研发费用的情况下，该GW级空间太阳能电站的建设费用约为1300亿元。根据其他报道，空间太阳能电站的度电成本是地面光伏电站的100倍左右。