太空光伏：马斯克提出未来每年向太空部署100GW的太阳能

 2025年11月，SpaceX 创始人马斯克提出未来每年向太空部署100GW的太阳能AI卫星能源网络的战略规划，同时表示太空光伏能够以最低的成本大规模驱动并运行人工智能。

       而在2026年的1月22日，马斯克于达沃斯世界经济论坛（WEF）再次发言，特斯拉地面光伏和SpaceX太空光伏将分别建设100GW产能，预计2028年底前完成！ 消息一出，提前布局太空光伏相关的公司股价大涨！

光伏是航天器最重要的能源供应
       光伏是太阳系航天器最可靠、经济且可持续的电力来源，自1958年Vanguard 1 卫星首次使用以来，“光伏+储能”已成为航天电力系统的标配。 且随着卫星、空间站等航天器的功耗增长，有着光伏发电功能的太阳能翼用量也在同步提升。
       以卫星为例，卫星电源系统在整星制造成本中约20-30%，其中太阳能翼是航天器在轨运行的能量心脏，材料特殊、可靠性要求极高，约占60%+价值量。

航天器使用光伏发电的优点：
• 能源供给稳定：太空环境中无大气吸收、云层遮挡，且不受昼夜、季节变 化影响，太阳光可实现近乎无限的稳定供给。光伏电池将太阳能转化为电能，并通过电池进行存储，即使航天器进入阴影区，也能通过电池继续供电，确保任务的持续进行。 
• 成本与续航优势：太空燃料运输成本高，传统燃料供电模式会严重限制航天器的续航能力和任务持续时间；而光伏系统无需依赖燃料补给，可支撑航天器长期稳定运行，如采用太阳能翼的哈勃空间望远镜已经在轨道上运行30余年。 

• 轻量化易部署：光伏电池的重量较轻，且可以设计为柔性可折叠的形态， 便于在航天器中安装和部署。航天器可以通过对太阳能电池板的布置和角度调整， 最大化阳光吸收量。
图：极端的太空环境对光伏电池的应用构成挑战

• 低维护要求：光伏电池的结构简单，维护要求较低。航天器在执行长时间任务时，可以减少对能源系统的维护和替换工作，极大地降低了任务中的潜在风险 和成本。

太空光伏的发展史
      1958年3月17日，美国成功发射了首颗采用太阳能供电的卫星——“先锋1号”。 该卫星搭载8块小型光伏板，每块光伏板由6片p型衬底n型发射极（P-on-N）硅 太阳能电池串联而成，电池单片尺寸为 2cm×0.4cm。每块光伏板的输出功率约为 50mW，转换效率约为8%。
      1960 年代，硅基BSF电池成为航天器主要电源方案，但其在辐照衰减和功率密 度方面的局限逐步显现，促使航天光伏技术开始向新材料体系转移。
      1973年，NASA 启动航天太阳能阵列系统研究计划，系统评估III–V族化合物半导体在太空环境中 的应用潜力。早期砷化镓（GaAs）电池以单结砷化镓结构为主，通过在PN 结设计和外延生长工艺上的优化，显著提升了在高温、强辐照条件下的效率稳定性。相较晶硅，砷化镓具备直接带隙、更高的吸收系数和更优异的抗辐照性能，在单位厚度、 单位面积功率输出方面具有天然优势。
      1980年前后，NASA确认了单结砷化镓在太空环境的可靠性，1980年代起砷化镓逐步替代硅电池，支撑同步轨道卫星、深空探测器等长期任务，成为多数太空任务的主流配置。
      1995年，MEASAT商业通信卫星采用单结砷化镓电池实现长期在轨运行。1998年大规模太阳能阵列系统进一步验证了砷化镓在复杂航天任务中的可靠性。
       2000年后，三结砷化镓电池实现量产，三结砷化镓电池凭借其超高的效率（27%左右）和优异的抗辐照、耐温差性能，在卫星电源分系统的电池环节逐渐占据主导地位。
       2019年，由于三结砷化镓的成本极高，SapaceX“星链”卫星逐渐转向低成本量产的晶硅电池，与地面光伏形成阶段性的技术交汇。

        虽然三结砷化镓的成本极高，但是截至2026年1月，三结砷化镓仍是太空光伏的主流选择。

太空光伏的特点
      太空环境与地面存在本质性差异，对光伏电池的应用  构成多重极端挑战，包括高能宇宙辐射、极端温差循环、高真空、与微重力环境等。
• 高能宇宙辐射：太空中没有空气阻力或大气散射，光伏电池可以直接接收 全谱太阳辐射（AM0光谱，强度约1367 W/m²），但也暴露在高能粒子辐射中。一方 面，光谱分布的改变通常会导致电池的整体转换效率下降，另一方面辐射对光伏电 池材料的电子结构产生影响，导致转换效率下降，并影响电池寿命，特别是在低轨 道和深空任务中。

• 极端温差循环：太空中的温差极大。在阳光照射下，光伏电池的工作温度可以达到+150°C， 进入阴影后，其温度又可以降到-150°C。反复的热循环会引起热应力和材料疲劳，这种工作环境对太空光伏电池的材料和结构提出了高要求。

• 高真空环境：太空中是完全的真空环境，缺乏空气中的自然冷却作用。在太空环境下工作的光伏电池，热量散发方式不同于地面条件，必须依赖辐射散热而非空气对流散热。

     由于太空环境的特殊性，太空光伏技术的发展始终围绕高效率、高功率密度与长期辐照稳定性展开，而地面光伏则是围绕着降本进行的，太空光伏的技术发展路线与地面光伏自早期便出现分化。
       以目前主流的柔性砷化镓太阳翼为例，东吴证券测算维持功率为1kw的卫星正常在轨运转所需太阳翼面积约为2.37㎡，所需BOM和制造成本总计约125万元，对应单瓦卫星太阳翼成本1200+元。而目前地面主流的光伏组件单瓦成本在0.75-0.78元左右；单看电池片的对比，砷化镓电池片的价格约为600元/W，哪怕是在银价暴涨的现在26年1月，TOPCon电池片的价格约为0.45元/W。银价没有暴涨之前曾一度在0.25元/W左右。

三结砷化镓电池的优缺点
砷化镓电池的优点
• 高效率：砷化镓带隙(1.42ev)位于理论最优范围，且多结电池由GaInP、GaAs、Ge多层组成，分别吸收高、中、低能量光子，极大拓宽光谱利用范围，目前最新的太空光伏用三结砷化镓电池的发电效率达30%+；



• 高可靠性：强抗辐射性及优秀的高温稳定性，更使其完美契合高端/长寿命任务的核心需求，性能优势足以抵消高昂成本。
• 技术成熟，在轨验证时间长：1965 年，前苏联 Venera3 卫星首次使用砷化镓电池；1995 年，第一颗商业通信卫星 MEASAT 使用单结砷化镓作为主要供电单元，太阳能阵列设计提供了完整的数据库，并证明砷化镓电池满足航天器全生命周期供电需求，此后砷化镓电池逐步取代硅电池成为航天器的基本发电单元，并逐步从单结型发展为多结型。

砷化镓电池的缺点：
• 成本极高：砷化镓电池在太空光伏的应用中，单瓦成本达1200+元，远远超地面光伏（单瓦成本约0.75-0.78元）。
• 材料稀缺：镓资源有限，制约大规模产能，现阶段在 Ge 衬底和 GaAs 衬底上外延砷化镓是最主流也最成熟的方案。锗和镓的全球储量资源稀缺、分别约为 8600 吨/23 万吨，且锗和镓多以伴生矿形式出现，开采难度较大，2024 年产量分别约为 220 吨/760 吨， 而同时期的晶硅电池片的主要材料多晶硅产能约为180+万吨，银的产能约为3.2万吨，远远大于锗和镓的产能。

• 重量相对较大：三结砷化镓技术的能质比（约0.4-3.8 W/g）低于钙钛矿、铜铟镓硒等电池技术，这导致在相同功率下，其重量大于钙钛矿、铜铟镓硒等电池技术；而中国的商业火箭每公斤的单瓦成本约为4.3-7.2万人民币/KG，在太阳能翼上节省出1KG的重量，则可以视为节省约4.3-7.2万人民币，或者多带1KG的电子设备。


钙钛矿，下一代太空光伏候选者？
      本轮部分光伏企业的股价暴涨原因，一方面源于SpaceX 创始人马斯克提出未来每年向太空部署100GW的太阳能AI卫星能源网络的战略规划，另一方面则是由于砷化镓电池无法支撑每年100GW的太空电池产能，所以新一代的太空电池技术便乘风而起。 
      钙钛矿技术便是目前下一代太空电池最有力的竞争者，这主要源于钙钛矿光伏技术的发展，目前钙钛矿光伏对比数十年前实现极致降本与效率跃升的双重突破。
• 成本优势：不同于传统晶硅与砷化镓电池的制备路径，钙钛矿采用150℃低温涂布印刷工艺，所有工艺流程都可以在同一个工厂完成，大幅降低了对制造设备 的资本开支要求，并且原材料本身来源丰富、成本低，且材料配方可调、比例选择空间大，因此钙钛矿技术路线具备数量级的降本潜力；
• 低重量：钙钛矿具有极高的光吸收系数，仅仅 300-500nm的厚度就足以吸收大部分可见光，减轻了发电材料的重量；
• 高效率：从性能维度看，其转换效率在短短十余年间即从 2.62%飞跃至25%以上，且多结钙钛矿可以通过不同带隙的组合，覆盖更宽的太阳光谱范围，实现对不同波长光子的分段吸收，进一步提升光谱利用率。隆基的钙钛矿-晶硅叠层电池实验室效率可达34.8%，极限效率方面，钙钛矿-晶硅叠层电池理论效率极限可达43%以上！

• 抗辐射能力强：在太空高能粒子辐射环境下，晶硅钙钛矿叠层电池展现出独特的抗辐射优势。 根据周斌等人的研究，钙钛矿电池在1MeV、剂量高达10¹⁶ p/cm²的电子辐射下，性能仅下降约10%，而同等条件下GaAs电池下降约40%，硅电池下降更显著。此外， 钙钛矿材料中的离子晶体结构和软晶格特性使其具有一定的自修复能力，可通过热 退火或光照恢复部分辐射损伤。 晶硅钙钛矿叠层电池的耐质子辐射能力同样突出，钙钛矿层可吸收并耐受大部 分高能粒子辐射，减少辐射对底层硅电池的直接影响。在 68MeV 质子辐射（剂量 10¹²p/cm² ）下，钙钛矿电池性能下降幅度远低于硅电池，耐受性高出3个数量级。

• 能质比高：根据Rosaria Verduci 等人研究，钙钛矿电池的比功率达 23-30W/g，远超砷化镓多结电池（0.4-3.8W/g）、铜铟镓硒薄膜电池（2-3 W/g）和硅基电池（0.38W/g）；使用钙钛矿电池可使太阳翼减重，极大降低单星发射成本。


太空光伏的需求
      企业股价暴涨、话题的火热、行业的突飞猛进等现象，是离不开市场需求的，那么SpaceX 创始人马斯克提出未来每年向太空部署100GW的太阳能AI卫星能源网络的战略规划是否符合实际情况呢？太空光伏能否撑起“万亿”级市场呢？
      首先可以明确的是航天器的功率需求在稳步提高，对能源系统的功率要求不断提升、太阳翼面积持续变大。随着马斯克的星链卫星质量与功率逐代提升，其太阳翼面积已从V1.5版本的22.68平方米演进至v3版本的256.94平方米，实现了数量级的增长。
      航天器的载荷升级推动太空光伏产业从单纯的组件制造迈向“量价齐升”的广阔蓝海，超大面积、高转换效率的太阳翼将成为未来商业航天竞备的核心资源。

      在高速增长的不光是航天器的太阳翼面积，还有航天器的数量，目前各国向国际电信联盟ITU提交的星座计划总规模极为庞大，全球已申报低轨卫星总数超10w颗，其中美国约4.5w颗，SpaceX规划4.2万颗领跑；中国 约5.3w颗，规模靠前的有千帆、GW（国网）、鸿鹄三号、吉利未来出行等星座。
       当前近地轨道在轨活跃卫星仅1.2-1.3w颗，根据高盛预测，未来五年全球或将有超过7万颗低轨卫星发射升空，数万颗规模的星座申报及发射入轨将直接转化为对高性能光伏电池的刚性需求，未来空间可观。

     太空光伏+太空AI算力的预想，太空算力在特定场景下具备显著优势：可利用太空近乎无限的太阳能实现高效供电，借助深空超低温环境实现自然冷却以降低能耗，同时实现遥感数据的“天感天算”，大幅降低回传延迟。
       当前，全球主要经济体已竞相启动实质性布局，国内之江实验室的“三体计算星座”与国星宇航的“星算计划”已率先完成首批算力卫星发射；海外Starcloud与欧盟Google也分别提出了建设太空算力的宏伟蓝图，太空算力网络正加速从概念构想迈向规模化部署的新阶段。

      屏幕前的各位朋友，你们认为太空光伏，能否支持起这所谓的“万亿”市场呢？各位朋友可以在评论区发言聊一聊哦！
       最后，最近爆火的太空光伏话题，主要是因为其契合了两大时代需求：一方面，近地轨道卫星互联网、空间站建设、深空探测等太空经济蓬勃兴起，对持续稳定的太空能源供给形成一定的刚性需求；另一方面，人工智能算力中心能源消耗量呈指数级增长，地面电力体系或难以支撑未来庞大的人工智能用电需求。
      在这两大需求的背景下，SpaceX 创始人马斯克的发言如同导火索一样，引爆了太空光伏这个“火药桶”提前布局太空光伏的企业便趁机“飞上天”了。（特别是砷化镓电池、钙钛矿电池片厂商；还有相关的设备厂商）
本文主要参考：
《太空光伏：地外可靠能源，前景星辰大海》东吴证券
《太空光伏深度报告：光伏向空，志在星海》开源证券
《太空光伏专题（一）技术篇》国金证券
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