最近，“太空光伏”感念隨著在馬斯克宏大的AI算力衛(wèi)星計劃被炒得火爆，馬斯克在社交平臺上公開提出，計劃未來每年向太空部署高達100吉瓦（GW）的太陽能AI衛(wèi)星能源網(wǎng)絡(luò)。這個部署量相當于每年在外太空建設(shè)100座中型核電站。

什么是“太空光伏”？

“太空光伏”一般是指在地球軌道或更高的軌道部署太陽光伏組件，利用太空中全天候、強輻照的太陽光產(chǎn)生電力。

馬斯克之所以有這個太空AI算力中心計劃，一方面是因為地面數(shù)據(jù)中心散熱問題比較難以解決，數(shù)據(jù)中心的能源消耗有一部分在散熱上面，所以有的數(shù)據(jù)中心搬到深山老林、地下以便解決龐大的數(shù)據(jù)中心散熱問題；然而更主要的原因是地面能源難以跟得上AI算力消耗。地面光伏因受到大氣層和云層遮擋，以及晝夜交替、陰雨天氣影響，效率大大折扣，而在太空，光照強度增加6-10倍，還能24小時不間斷發(fā)電，業(yè)內(nèi)估計同樣的組件發(fā)電量可能是地面7–10倍左右。所以將數(shù)據(jù)中心建到太空中，利用太陽能供電并利用太空散熱（太空中，環(huán)境溫度約-270℃），是一種突破性的解決方案，這種方式理論上可以以極低成本支撐大規(guī)模人工智能和太空計算負載。

太空光伏，本質(zhì)是一個在軌道上的“超級直流電站”

先不說這個計劃能不能實現(xiàn)，或者可以實現(xiàn)但何時能實現(xiàn)，也不討論衛(wèi)星如何送光伏組件上去，再如何安裝光伏板等具有挑戰(zhàn)性問題，都不是本文重點討論的話題，我們僅從電力電力工程的角度來看，馬斯克的太空光伏系統(tǒng)，本質(zhì)上并不神秘，它就是一個運行在太空中的超大規(guī)模的電力系統(tǒng)。它包括：光伏陣列（DC）→DC/DC升壓→ 高壓直流母線→ 功率調(diào)制與放大→ 微波/激光發(fā)射→ 地面整流接收。這和我們今天看到的：光伏逆變器→ 儲能PCS→HVDC→ 構(gòu)網(wǎng)型電源，在拓撲邏輯上是高度一致的，只是規(guī)模被推到了極端：電流不再是幾十安培、幾百安培，而是數(shù)千安培；電壓也不再試800V，而是數(shù)千上萬伏；所有設(shè)備也在無人維護、強輻射、極端溫差下連續(xù)運行十年以上。

太空光伏對電流測量的要求如何？

馬斯克這100GW是一個驚人的數(shù)字，意味著要有更加復(fù)雜的能源管理系統(tǒng)（EMS），如果把太空光伏和地面光伏放在一起對比，電流檢測的難度差異也是驚人的：

從表中可看出，太空光伏與地面光伏相比，其苛刻程度是一個數(shù)量級的，在這種千伏、千安等級的系統(tǒng)中，很多傳統(tǒng)的電流測量手段就天然被淘汰了，比如，采用電阻采樣的分流器，因產(chǎn)生巨大功耗和熱量，以及絕緣問題就很難勝任；光學(xué)或電壓型方案，在太空中的強輻射環(huán)境中，其穩(wěn)定性和壽命無法得到保證。最終可行方案可能只剩下非接觸、強隔離、磁場型的電流測量物理路線：霍爾閉環(huán)與磁調(diào)制零磁通這條技術(shù)體系。這也是現(xiàn)今成熟的風(fēng)電變流器、構(gòu)網(wǎng)型儲能、超級充電樁、HVDC等新能源所采用的技術(shù)。

尤其像極了構(gòu)網(wǎng)型儲能，和V2G、微電網(wǎng)，它們都不是被動并網(wǎng)，而是要主動建立電壓和頻率。構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)是對電流的高速、精確、絕對可信的閉環(huán)控制，沒有穩(wěn)定的電流感知，就沒有穩(wěn)定的DC母線、功率調(diào)制、并網(wǎng)和負載匹配，在這一點上，從工商業(yè)儲能到太空光伏，技術(shù)是連續(xù)的。

馬斯克計劃是通過星艦的可回收的廉價的運載能力將光伏送上太空的，那么與之配套的電子元器件（如電流傳感器）也必須走向集成化、輕量化、國產(chǎn)化替代，才可以支撐每年100GW的海量裝機需求。

從地面到太空，電流傳感器正在成為能源系統(tǒng)的“神經(jīng)元”

馬斯克的太空光伏，未必會在短期內(nèi)落地，但它已經(jīng)非常清晰地給出了未來能源系統(tǒng)的方向：

• 更高電壓
• 更大功率
• 更強電氣隔離
• 更高可靠性
• 更低漂移

而這些需求，最終都會壓到同一個基礎(chǔ)器件上——電流傳感器。

霍爾傳感器在太空 AI衛(wèi)星中的什么位置

根據(jù)目前的構(gòu)想，在馬斯克的這個宏大網(wǎng)絡(luò)實際上是一個集太空能源采集、在軌AI計算、能源無線傳輸及地面接收于一體的完整空間基礎(chǔ)設(shè)施。它并非單一功能衛(wèi)星，而是一個逐步演進的復(fù)雜系統(tǒng)。在這構(gòu)想的太空光伏系統(tǒng)中，傳感器可能在以下地方應(yīng)用：

• 柔性太陽翼監(jiān)測：實時感知大規(guī)模太陽能電池陣列的電流輸出，及時發(fā)現(xiàn)微隕石撞擊導(dǎo)致的單體損壞。
• AI算力模塊動態(tài)配電：AI芯片在高負載運算時電流波動劇烈，霍爾傳感器需具備微秒級響應(yīng)速度，配合控制器進行精準調(diào)壓，防止燒毀昂貴的算力單元。
• 無線能量傳輸監(jiān)測：如果能量要射頻（微波）或激光傳回地面，在DC-RF的轉(zhuǎn)換過程中，需要霍爾傳感器進行精準的電流閉環(huán)控制，以提高發(fā)射效率。

結(jié)語

從地面屋頂?shù)叫浅酱蠛＃瑥臉?gòu)網(wǎng)型儲能、超充、HVDC，到未來的太空能源網(wǎng)絡(luò)，誰能在極端條件下持續(xù)提供真實、穩(wěn)定、可控的電流數(shù)據(jù)，誰就掌握了下一代能源系統(tǒng)的感知層。