7月25日，“问天”成功牵手“天和”。在轨运行后，问天实验舱上各类科学仪器将陆续工作。为了让航天员在太空工作生活实现用电自由，问天实验舱配置了中国最大面积柔性太阳电池翼，与天和核心舱的太阳翼一起，成为中国空间站不折不扣的“能量源泉”。

大块头、轻体重、大能量

问天实验舱的柔性太阳电池翼由中国航天科技集团八院抓总研制。2021年4月29日发射的空间站天和核心舱应用了中国首款大型柔性太阳电池翼，展开面积达67平方米，相当于一个标准单打羽毛球场大小。如今，这一面积纪录被问天实验舱刷新，它配置了2个单翼展开面积超100平方米的“翅膀”，功率高达18千瓦，4个这样的太阳翼能提供空间站建成后三舱组合体80%的能量。

由太阳能转化而来的电能，是在轨航天器的能量来源。不过，与普通航天器有所区别的是，问天实验舱装载的是一对“软翅膀”——柔性太阳帆板，其在体积、发电量、环境适应性方面实现了全面升级，以传统太阳电池一半的重量，实现了高达30%的光电转换效率。

问天实验舱的太阳帆板使用了柔性三结砷化镓太阳电池阵技术，由十几万片柔性太阳电池组成。电科能源（十八所）空间能源事业部副部长于辉介绍，这些柔性太阳电池的单板厚度不足1毫米，可谓“薄如纸”，单位面积重量仅为传统太阳电池的50%，光电转换效率达30%以上，达到国际先进水平。经串联、并联后组成太阳电池阵，可为航天器源源不断提供能量。

问天实验舱的柔性太阳帆板采用独特的设计结构，在发射过程中宛如合拢的手风琴，两侧的刚性外壳将一页页装有太阳电池的柔性基板收拢、压紧，在发电能力提升3倍条件下，太阳电池阵的收拢体积相对传统太阳电池阵还减少了20%。

电池板实现了“瘦身”，配套的元器件也要“压”成平面。科研人员针对太阳电池阵面对面加压收拢的发射段力学环境要求，设计研制薄型隔离二极管组件和超薄轻型网状结构扁平板上电缆，有效保证了太阳电池阵表面平整度。

不过，电池板在轨工作中，会持续暴露在有着强辐射、原子氧等种种威胁的太空环境中，且每天都要经历十余次高至80摄氏度、低至零下110摄氏度的高低温循环考验。为了更好地提供保护，科研人员为其穿上一件薄至微米量级的涂层衣，同时突破高压静电防护、高低温交变疲劳缓冲等技术，验证电池寿命提升至15年。

二次展开技术首亮相

飞行器发射成功的重要标志是进入预定轨道后，太阳翼在轨顺利展开。为了确保交会对接绝对安全，问天实验舱太阳翼在世界上首次采用二次展开关键技术，整个过程持续约80分钟。

交会对接过程中，两个数十吨级的航天器以大约每秒7.9千米的速度运动，因此需要精准控制两者的位置、速度、姿态才能保证可靠对接，避免航天器发生碰撞。

另外，如果太阳翼完全展开，实验舱就好比两只手各持一面巨大的帆，微小的抖动，都会导致实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度大大下降，增加控制难度。

二次展开技术是在实验舱发射后独立飞行阶段，柔性太阳电池翼首先展开部分电池板，满足实验舱能量需求的同时降低飞行控制难度，使得交会对接又稳又准，对接完成后，再完成全展开，建立完整的能源系统。

“丝绸扇”如何在空中双自由度转动？

与核心舱太阳翼相比，问天实验舱太阳翼还实现了轴向和径向双自由度的对日定向，能始终以“向日葵”的姿势朝向太阳。

根据中国空间站的T字构型，核心舱处于T字一“竖”的位置，问天实验舱和后续的梦天实验舱共同构成T字一“横”。本次问天实验舱成功发射后先在“竖”的方向与核心舱进行交会对接形成I字组合体，此时太阳与组合体处于同一方位，太阳翼只需几天轴向转动一个角度，确保阳光垂直入射太阳电池片。

后续，按照任务进程，问天实验舱将转动到核心舱侧面，形成“L字”构型，随着组合体在圆形轨道运行，实验舱相对太阳的位置一直在变动，为了最大范围接受阳光入射，太阳翼每天需要在径向转动十几圈，这对于又大又薄的太阳翼来说，又是一大考验。

2个太阳翼总面积超过200平方米，厚度只有0.7毫米，薄如蝉翼。控制如此规模的太阳翼，如同在太空中舞动两面柔软巨大的丝绸扇，任何风吹草动都能让它晃悠摆动。除了驱动装置，太阳翼上配置了张紧机构，外表看是一根简单的钢丝绳，实际是一套恒力弹簧绳索系统，可通过不断伸缩保证太阳翼的足够刚度和姿态控制。

BIPV激活薄膜电池市场

7月13日，住建部、国家发改委印发的《城乡建设领域碳达峰实施方案》提出，推进建筑太阳能光伏一体化建设，到2025年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%，推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统。

在国家政策的加持下，光伏建筑一体化（BIPV）市场持续升温。这也让薄膜太阳能电池企业看到了新的发展机遇。

“目前，我国约有40%的工商业厂房和彩钢瓦屋顶缺乏承重能力，轻量化光伏组件可以有效解决这一痛点。同时，对于一些具有弧度的曲面屋顶，柔性组件也有独特的应用优势。”在日前光伏行业协会举办的薄膜太阳能电池应用及产业发展机遇研讨会上，浙江尚越新能源开发有限公司董事长任宇航表示，轻质化、柔性化将成为未来太阳能发展的趋势。

据南开大学光电子薄膜器件与技术研究所教授孙云介绍，目前，除去已经基本退出市场的硅基薄膜电池外，薄膜电池可分为碲化镉薄膜电池、铜基薄膜电池（铜铟镓硒、铜锌硒硫）和砷化镓叠层薄膜（柔性）电池、钙钛矿电池等几大类。其中，前三者已经实现商品化，钙钛矿电池则还需进一步解决稳定性问题。此外，诸如有机电池OPV、量子电池等其他电池尚处于基础研究阶段。

孙云表示，2020年前后，BIPV产业开始在全球范围内发展壮大，薄膜电池也因此受到更多关注。“薄膜太阳能电池更适用于建筑物立面安装，具有很好的弱光效应，同时制作成彩色组件对于输出功率的损失仅为10%左右，可以很好适应BIPV的发展需求。”

市场前景超过250亿美元

虽然薄膜光伏电池的效率低于传统的单面或双面光伏电池，但它们在维护和安装方面确实具有优势，而且灵活性更高。

研究机构Allied Market Research公司发布的研究报告预示着薄膜光伏制造商将面临光明的发展前景，预计2021年到2030年的复合年增长率为8.4%。

不断上涨的电价、减少对进口石油和化石燃料的依赖以及增加电力的储存和使用，将推动全球薄膜光伏电池市场的增长。然而，爆发的新冠疫情导致出行封锁和薄膜光伏电池制造进程暂时中断，从而影响了全球薄膜光伏电池市场的整体增长。

根据Allied Market Research公司发布的这份研究报告，2020年全球薄膜光伏电池市场规模达到113亿美元，预计到2030年将增长到253亿美元，从2021年到2030年的复合年增长率为8.4%。该报告详细分析了全球薄膜光伏电池市场的发展动态、顶级细分市场、价值链、关键投资领域、区域情景和竞争格局。

迄今为止，薄膜光伏系统一直受到前期投资成本高、能量转换率低的制约。然而，偏远地区电力需求的增加以及清洁和可再生能源的激增为未来几年的增长带来了新的机遇。

根据安装情况，2020年并网光伏系统的市场份额最高，约占光伏总市场份额的四分之三，预计在预测期内将继续保持领先地位。此外，从2021年到2030年，估计该细分市场的复合年增长率最高，为8.5%。

从终端用户来看，公用事业部门在2020年占据了最大的市场份额，占据了总市场份额的一半以上，预计在预测期内将继续保持领先地位。然而，预计商业领域从2021年到2030年的复合年增长率最高，达到8.6%。

文章来源：中国新闻网，中国能源报，全国能源信息平台，北京日报