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深度 | 一天吃透【太空光伏】產(chǎn)業(yè)鏈,航天 + 光伏的跨界機(jī)遇

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01 產(chǎn)業(yè)鏈全景圖


02 什么是“太空光伏”

AI時(shí)代+商業(yè)行業(yè)的爆火,驅(qū)動(dòng)太空算力的橫空出世,詳情可見(jiàn)()。而需要在太空中持續(xù)穩(wěn)定的為衛(wèi)星提供能量,太陽(yáng)能自然成為了首選。

在太空中,太陽(yáng)能是唯一一種既高效又能長(zhǎng)期穩(wěn)定供電的能源,而太陽(yáng)能電池就是實(shí)現(xiàn)這一供電能力的核心,就像發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)一樣。

航天器的電源分系統(tǒng),就相當(dāng)于它的 “心臟”,負(fù)責(zé)給星上所有用電設(shè)備輸送能量。現(xiàn)在幾乎所有的衛(wèi)星、臨近空間飛行器,要想自己執(zhí)行任務(wù),比如變軌調(diào)整位置、和地球進(jìn)行通信,都離不開(kāi)這套電源系統(tǒng)的支持。

目前主流的方案是 “太陽(yáng)電池陣 + 蓄電池組” 的聯(lián)合供電模式,主要由三大部件組成:



成本拆分

電源系統(tǒng)是衛(wèi)星在太空持續(xù)運(yùn)行的能量基礎(chǔ),它的重量能占到衛(wèi)星總重量的 30%,成本約占整星的 22%。其中光伏電池的成本占比超過(guò) 50%,是決定衛(wèi)星供電能力和功率大小的核心部件。

太陽(yáng)翼就相當(dāng)于航天器的 “巨型太陽(yáng)能發(fā)電站”,在整個(gè)能源系統(tǒng)里價(jià)值占比最高。它由大量太陽(yáng)電池組成陣列,能把太空軌道上的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能,是航天器電源分系統(tǒng)的主供電來(lái)源。

在衛(wèi)星電源系統(tǒng)中,太陽(yáng)翼的價(jià)值通常占 60% 到 80%,其價(jià)值量遠(yuǎn)高于鋰離子電池組與電源控制設(shè)備。


03 上游產(chǎn)業(yè)鏈--核心供能

03-1、砷化鎵電池

砷化鎵電池是當(dāng)前主流空間電池,與追求低成本的地面光伏不同,它以極致性能與可靠性為核心,是各類航天器的生命線,作為主電源已歷經(jīng)從硅電池到多結(jié)、薄膜砷化鎵電池的四次技術(shù)革新。


砷化鎵電池憑借高效率與高可靠性,是航天等高端場(chǎng)景的理想選擇。它的核心材料砷化鎵的能量吸收區(qū)間處于理論最優(yōu)范圍,而多結(jié)砷化鎵電池就像一套多層精準(zhǔn)濾網(wǎng),由 GaInP、GaAs、Ge 等不同材料分層組成,分別捕捉高、中、低不同能量的太陽(yáng)光光子,大幅拓寬了太陽(yáng)光的利用范圍,發(fā)電效率因此更高。


同時(shí)它具備極強(qiáng)的抗輻射能力與高溫穩(wěn)定性,如同能在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的特種裝備,完全契合高端長(zhǎng)壽命航天任務(wù)的核心需求,這些性能優(yōu)勢(shì)足以覆蓋其高昂成本。

不過(guò)在追求大規(guī)模部署的衛(wèi)星星座項(xiàng)目中,砷化鎵的高成本與有限產(chǎn)能成為明顯短板,這也為鈣鈦礦等低成本光伏技術(shù)提供了競(jìng)爭(zhēng)機(jī)會(huì)。


砷化鎵電池是當(dāng)前全球主流航天平臺(tái)的首選技術(shù)方案。國(guó)際空間站與我國(guó)天宮空間站均采用三結(jié)砷化鎵電池,效率達(dá) 28%-30%,已實(shí)現(xiàn)多年穩(wěn)定運(yùn)行。

美國(guó) SpaceX、歐洲空間局等多國(guó)航天機(jī)構(gòu)與企業(yè)的衛(wèi)星星座、遙感任務(wù)也廣泛使用該電池,覆蓋低軌通信、高軌遙感等多場(chǎng)景,充分驗(yàn)證了它的通用性與可靠性。


03-2、鈣鈦礦電池

鈣鈦礦技術(shù)實(shí)現(xiàn)了極致降本與效率躍升的雙重突破。它的制備路徑和傳統(tǒng)晶硅、砷化鎵電池完全不同,采用 150℃的低溫涂布印刷工藝,整個(gè)生產(chǎn)流程都能在同一家工廠完成,大幅降低了設(shè)備投入成本;同時(shí)原材料來(lái)源廣、價(jià)格低,配方還能靈活調(diào)整,具備數(shù)量級(jí)的降本潛力。



鈣鈦礦電池憑借輕量化、高能質(zhì)比、低成本及穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì),有望成為太空供電終極解決方案??偟膩?lái)說(shuō),其優(yōu)缺點(diǎn)如下:


但當(dāng)前存在難點(diǎn),地面用鈣鈦礦電池難以適應(yīng)太空惡劣環(huán)境,高低溫沖擊、高能粒子輻照、紫外光、原子氧等,對(duì)其材料、結(jié)構(gòu)、封裝選擇提出極高要求。


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04 中游產(chǎn)業(yè)鏈--柔性太陽(yáng)翼

太陽(yáng)翼是衛(wèi)星能源系統(tǒng)的核心,也是衛(wèi)星在軌持續(xù)供電的關(guān)鍵。衛(wèi)星分為負(fù)責(zé)基礎(chǔ)保障的平臺(tái)和承擔(dān)核心任務(wù)的載荷,目前全球約 95% 的衛(wèi)星采用 “太陽(yáng)電池陣 — 蓄電池組” 聯(lián)合供電模式,太陽(yáng)翼會(huì)在發(fā)射時(shí)折疊、入軌后展開(kāi),并始終對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)以最大化獲取能量。


太陽(yáng)翼在衛(wèi)星的價(jià)值量高達(dá)12%-24%,主要由基板、電池片和展開(kāi)機(jī)構(gòu)組成。


04-1、柔性太陽(yáng)翼正成為未來(lái)

剛性太陽(yáng)翼發(fā)電功率提升已觸頂,其機(jī)械結(jié)構(gòu)占比超 50%,基板厚 20-30mm,收納時(shí)電池板需留 20mm 間距,體積偏大。柔性太陽(yáng)翼收納時(shí)基板可貼合壓緊,無(wú)額外間距,大面積陣列收納體積僅為剛性的 1/10,相同空間下展開(kāi)面積更大,發(fā)電功率更高。

太陽(yáng)翼正從剛性向柔性過(guò)渡,柔性太陽(yáng)翼比功率達(dá) 175W/kg、體積功率比達(dá) 33kW/m3,遠(yuǎn)超剛性的 70-100W/kg 和 4kW/m3,適配高功耗、多星發(fā)射場(chǎng)景;單星或小批量發(fā)射時(shí),剛性太陽(yáng)翼仍可滿足需求。


柔性太陽(yáng)翼采用復(fù)合薄膜作為基板,與剛性、半剛性太陽(yáng)翼收攏時(shí)基板間留有空隙不同,它的基板在收攏時(shí)能完全貼合壓緊。根據(jù)展開(kāi)方式,它可分為手風(fēng)琴式、扇形展開(kāi)式和卷繞展開(kāi)式三類,我國(guó)天宮空間站的天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙均采用了這種方案。


04-2、市場(chǎng)規(guī)模

全球柔性太陽(yáng)翼市場(chǎng)正處于快速擴(kuò)張階段。根據(jù) Market Intelo 的報(bào)告,2024 年全球航天用柔性太陽(yáng)翼市場(chǎng)規(guī)模約 11.2 億美元,預(yù)計(jì)到 2033 年將增至 43.6 億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率約 16.4%。

材料技術(shù)進(jìn)步、衛(wèi)星發(fā)射量增長(zhǎng),以及航天任務(wù)對(duì)輕量化、高效電源的需求,是推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)的核心因素。區(qū)域格局上,北美憑借成熟商業(yè)航天體系和強(qiáng)勁政府需求領(lǐng)先,亞太地區(qū)在中國(guó)、日本、印度帶動(dòng)下增長(zhǎng)最快,歐洲則依托政策扶持與國(guó)際合作穩(wěn)步推進(jìn)。


04-3、技術(shù)路線

SpaceX 的 Starlink 衛(wèi)星采用晶硅太陽(yáng)電池技術(shù),核心思路是快速迭代、低成本發(fā)射與大規(guī)模部署,靠堆疊發(fā)射 + 快速補(bǔ)發(fā)控成本,選晶硅是因其成本低、供應(yīng)鏈成熟。未來(lái)晶硅電池將升級(jí) P 型 HJT 并推進(jìn)薄片化,實(shí)現(xiàn)提效減重。

晶硅是第一代太空光伏,“先鋒一號(hào)” 首用效率 10%,現(xiàn)太空效率 14%-18%,優(yōu)勢(shì)是成本低,短板為效率低、抗輻射弱、重量大,壓縮火箭載荷。


中國(guó)火箭運(yùn)力相對(duì)有限,為最大化單次發(fā)射的有效載荷空間,優(yōu)先選擇高比功率技術(shù)路線,目前以砷化鎵電池為主。相較于晶硅電池 0.38W/g 的比功率,砷化鎵電池比功率可達(dá) 0.4-3.8W/g,同等功率下能大幅減小太陽(yáng)翼面積與質(zhì)量,為載荷騰出更多空間,千帆星座、星網(wǎng)一代和二代等主流星座均采用該技術(shù)路線。

砷化鎵電池性能更優(yōu),核心優(yōu)勢(shì)突出:光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 30%;抗輻射能力優(yōu)異,能抵御太空高能粒子、宇宙射線的電離輻射,十年內(nèi)轉(zhuǎn)化效率衰減率低且每年衰減均衡,適配長(zhǎng)期在軌任務(wù)。不過(guò)其價(jià)格偏高,每平方米成本約 20 萬(wàn) - 30 萬(wàn)元,遠(yuǎn)高于晶硅電池。

05 下游產(chǎn)業(yè)鏈--衛(wèi)星爆發(fā)

近地軌道的衛(wèi)星承載量有限,國(guó)際上遵循 “先登先占” 規(guī)則,頻段資源需提前申報(bào),且 ITU 明確要求:申報(bào)后 7 年內(nèi)發(fā)射首顆星、9 年內(nèi)完成 10% 星座部署、12 年內(nèi)達(dá) 50%、14 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)全星座組網(wǎng)。

星鏈憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì),已搶占 Ku、Ka、E 等無(wú)線電黃金頻段,隨著發(fā)射成本持續(xù)走低,中國(guó)星座建設(shè)有望加快步伐追趕。


太空算力是 AI 算力體系從地面拓展到軌道空間的全新形態(tài)。它是部署在低軌或中軌衛(wèi)星上的模塊化服務(wù)器節(jié)點(diǎn),相當(dāng)于太空中的移動(dòng)數(shù)據(jù)中心,能執(zhí)行大規(guī)模 AI 運(yùn)算、協(xié)同完成數(shù)據(jù)處理任務(wù),突破傳統(tǒng)衛(wèi)星僅 “感知 + 回傳” 的局限,具備自治智能、實(shí)時(shí)響應(yīng)、分布式協(xié)作等特點(diǎn)。太空數(shù)據(jù)中心的建設(shè),有望進(jìn)一步打開(kāi)太空光伏的遠(yuǎn)期發(fā)展空間。


06 行業(yè)核心布局公司

06-1、鈞達(dá)股份

公司前瞻布局太空能源,通過(guò)股權(quán)投資切入高壁壘航天賽道,精準(zhǔn)卡位低軌衛(wèi)星與太空算力的高性能電源需求風(fēng)口。2025 年 12 月,公司宣布與背靠中科院上海光機(jī)所技術(shù)的尚翼光電達(dá)成戰(zhàn)略合作,深度綁定這家航天抗輻照電源領(lǐng)域的技術(shù)型企業(yè),正式從地面光伏龍頭向太空能源供應(yīng)商轉(zhuǎn)型。

作為 N 型電池技術(shù)領(lǐng)軍者,公司在鈣鈦礦 - 晶硅疊層技術(shù)上取得重大突破,實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá) 32.08%;首片產(chǎn)業(yè)化 N 型 + 鈣鈦礦疊層電池于 2025 年 11 月順利下線,預(yù)計(jì) 2026 年上半年完成量產(chǎn)線建設(shè),具備批量供應(yīng)能力。


06-2、明陽(yáng)智能

公司前瞻布局太空能源,通過(guò)股權(quán)投資切入高壁壘航天賽道,精準(zhǔn)卡位低軌衛(wèi)星與太空算力的高性能電源需求風(fēng)口。2025 年 12 月,公司宣布與背靠中科院上海光機(jī)所技術(shù)的尚翼光電達(dá)成戰(zhàn)略合作,深度綁定這家航天抗輻照電源領(lǐng)域的技術(shù)型企業(yè),正式從地面光伏龍頭向太空能源供應(yīng)商轉(zhuǎn)型。

作為 N 型電池技術(shù)領(lǐng)軍者,公司在鈣鈦礦 - 晶硅疊層技術(shù)上取得重大突破,實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá) 32.08%;首片產(chǎn)業(yè)化 N 型 + 鈣鈦礦疊層電池于 2025 年 11 月順利下線,預(yù)計(jì) 2026 年上半年完成量產(chǎn)線建設(shè),具備批量供應(yīng)能力。



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