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研究种类：Space Exploration，Solar Power
原文作者: John Macy
创作者：Heyyawn@DAOrayaki.org
审核者：Yofu@DAOrayaki.org
原文: Decentralized HR Global Platform & Network for Solar Power
https://medium.com/@john.macy/decentralized-hr-global-platform-network-for-solar-power-95b82387125
可持续可再生能源的太阳能发电不仅仅是一种科学解决方案：电力的创造和分配都需要一个商业平台和支持生态系统，以将科学理论和空间技术转化为商业现实。
这篇文章描述了一个在 HR 全球数据库上使用分布式账本技术的天基太阳能 分配网络的用例，并提出了一个支持令人振奋的可再生能源技术的商业平台和生态系统。本篇文章挑战了屋顶太阳能光伏板背后使用的科学，并倡导使用光学整流器以更有效和更环保的方式收集从太阳发出的光。
如果能够证明，用微波或激光技术传输到地球上的电磁波，在轨道卫星的帮助下能够增强其强度，并可以将收集到的电力分配给全球社区，那么世界不仅将更快地达到他们的碳减排目标，而且将为后代提供可靠的能源来源。
一个被称为 二极管 的微小部件将是科学研究的中心和改进的重点，它可能会是游戏规则的改变者。
根据欧空局（European Space Agency）的说法，天基太阳能发电“不仅在技术上可行，而且在经济上也是可行的”。
简介
是时候对可再生能源采取务实的方法，以应对气候变化。关于正确的科学应用，有不同的学说，虽然有些想法可能有价值，但目前的问题是是选择正确的解决方案。为以后提供其他解决方案的大门依旧敞开，但目前必须做出选择。
出于许多原因，世界并不相信目前任何一种可再生能源是取代化石燃料的唯一正确解决办法。目前，有五种可能的解决方案。
1. 风力发电场的间歇性太强
2. 氢气仍在开发中
3. 核电建设时间太长，反对者太多。
4. 聚变仍在开发中
5. 太阳能依赖阳光，缺乏24小时的覆盖率，但价格便宜且经过验证。
当今最流行的商业解决方案似乎是上述列表中的第 5 项，即太阳能，目前涉及到太阳能光伏（PV）板的使用。由于光伏板是明显的解决方案，各国已经不遗余力地在我们的屋顶、沙漠甚至海洋中建立了数英亩的太阳能板。尽管存在众所周知的障碍和缺点，如依赖清晰和不间断的阳光，存在对环境的破坏，以及由于太阳光线穿过地球大气层而导致的低效率（18 - 22%），但太阳能光伏板这个选项已被世界上许多国家采用并商业化。
太阳能发电
实际上，有两种使用太阳能的方案。太阳能光伏板和光学整流器。这两种方案的传输都要经过地球大气层，光束的强度会降低。大气层中的灰尘、云层、水分等都会影响太阳光的照射。这两种方案的区别在于收集光线的方法。屋顶太阳能光伏板方法是基于光是“粒子.”的科学理论，而光学整流器方法是基于光是 “波”.的理论（在本文中将进一步解释）：
太阳直射光束：即不间断的来自太阳的光束，并由 A1.太阳能光伏板（“粒子理论”） 或 A2.光学整流器（“波理论”） 方法收集。
这两种太阳能采集方法都使用类似的基础设施，将太阳光束转化为电能。本文将进一步解释通用基础设施组件的重要性。
间接太阳光束是指太阳光束被轨道上的卫星拦截，放大后通过激光或微波传输到地球上，以穿透地球的大气层，增加光束的强度，到达相同的地面接收点，由由下图中的由下图中的 B1.太阳能光伏板（“粒子理论”）或B2.光学整流板（“波理论”）收集。 或 B2.光学整流板（“波理论”） 收集。
直接和间接的方案都需要一个去中心化的网络来管理消费者的认证和发电量的分配。
屋顶太阳能光伏板
太阳能光伏板存在一个根本性问题。它们的设计是把太阳光当作 "粒子"，光的粒子与特别设计的 "硅夹层 "中的原子相互作用，将光子转化为电子并产生电能，如下图所示。
对于阳光直射光束，建立更大的太阳能电池阵列是收获更多能量的唯一方法，这样能捕捉间歇性的日光供应，同时还要依靠电池来保存多余的电力。对用于建造太阳能电池材料的研究逐渐集中在钙钛矿（Perovskite）和其他材料上，对其有所改进，但这是一个糟糕的选择，因为这对环境有害。
对于间接太阳光束，目前天基太阳能发电的计划主要集中在地球静止轨道，这不适合分散的屋顶太阳能光伏板和微电网分配网络。最常见的方法是向地球上的大型阵列发射，将电磁波转换成直流电，输入到主电网。下图说明了这个模型。
在地球上采集能量的天线阵列的大小受空间发射阵列的大小与地球距离的影响，这使得该方案仅适用于集中式主电网技术，而屋顶太阳能光伏板不是全球采用的可行解决方案。其主要的优势是有许多公司正在进行项目，以便在未来十年内有一个解决方案。
光学整流器
另一种科学理论是，太阳光线是 "波"，可以像广播和电视一样通过无线电频率波捕获。然而，并不是所有的电磁波谱段都是安全或适合于太阳光束传输。下图显示了电磁波谱中适合的部分，这也是这个方案令人激动的原因：它很简单，并且将卫星方法应用于能量收集，这种方法与通过 GPS 追踪我们的位置并实现使用移动电话、广播、电视和其他通讯设备的方法没有什么区别。
"光学整流器 "的名字来自上图所示的电磁波谱的可见"光学 "部分。
波长距离将影响整流天线增益函数的大小。通常情况下，波长越大，天线或整流天线就越大。为减少整流天线的尺寸和捕捉光波的能力而进行的反向波束是另一个研究领域，可能会有所改进。整流天线通过光波传递给整流器，二极管将电磁波转化为直流电（Direct Current，简称 DC）。直到最近，进入整流器的光速对二极管的处理能力来说，依旧是太多了。然而，使用由 MIM（Metal-Insulator-Metal，金属-绝缘体-金属）研究和量子隧穿技术确定的新材料，现在有可能出现适合屋顶光学整流器的窄聚焦光束。二极管只是一个小部件（如下图所示），但它可能成为将光学整流器用于天基太阳能的关键，并在未来几年内实现商业高效太阳能的采用和交付。
科学与技术
太阳能光伏板的解决方案与电力收集相关的两个基本科学假设的其中之一有关，即前提是太阳产生的光是一种 "粒子"。该理论最早的倡导者之一是艾萨克 · 牛顿（Sir Isaac Newton）爵士。另一个理论是 "波 "理论，该理论得到了其他科学家的支持，包括爱因斯坦。
光是一种“粒子”的学说
著名的英国物理学家牛顿在 18 世纪提出了光是一种“粒子”的理论，光伏概念就是基于这一理论。
当粒子撞击硅板时，电磁力对夹在两层硅、玻璃和金属板之间的原子造成了破坏，结果是一种将光子转换为电子并产生电流的振荡力。然后通过电线和线圈利用电流来产生交流电（异步电流）。电流通过整流器转换成更可用的直流电，整流器将电力输入电网，然后——灯亮了。
下图显示了光伏电池内发生的过程。
太阳能光伏板的概念已经发展成为与偏远社区共享电力的微电网，并应用无线电力传输方法来分配电力。在城市和主要区域中心，电杆和电线用于将电力从主电网源分配到变电站，然后在实际可能的情况下分配给消费者，构成电力基础设施的一部分。无法连接到主电网的偏远地区可以选择成为“岛屿”微电网。
光是一种“波”的学说
还有一种基于光谱中可测量电磁波长度的理论。现代社会通过使用 "波 "技术的卫星通信，享受着电视、广播和 GPS 跟踪所带来的好处。光波可用于预测天气、观察地球、运输导航等，带来一系列解决方案。光波由专用天线所捕获。然而，无线电频率波也能传输能量，这就是它变得有趣的地方，它可以作为一种替代方法，通过收集光来创造能量。
在19世纪，苏格兰物理学家詹姆斯 · 麦克斯韦（James Maxwell）发现了电磁波的存在，并宣称光是一种电磁波。粒子 / 波的争论仍然是科学理论中的一个分歧，爱因斯坦在19世纪后期也加入进来，声称光可以是粒子和波。爱因斯坦的理论是，是一种由称为光粒子的基本粒子组成的粒子流。
现在的重点是将光波作为能量的来源。为了简单起见，现代科学已经确定了光谱中提供光波的部分，这些光波可以被捕获并产生电能。而区别在于天线的类型。基于“波”理论的解决方案建立在一个被称为光学整流器的组合天线和整流器上。整流器部分包含一个二极管，这里是波束电源未来值得关注的地方。目前的制约因素是二极管对进入整流器的光波速度的反应，以及缺乏转换为电力的能力，上文已提到。
研究的重点是二极管中使用的金属类型，以具有捕捉某些波长并转换为足够数量的电力的能力，从而在商业上可行。从美观和环保上来说，光学整流器可以成为屋顶上或靠近电力转换基础设施的一个小型类似天线的装置，用于传输、消费、共享、输送给微电网并储存输出。这将使太阳能光伏板成为多余，但将其转换为现有基础设施是可重复使用的。
光学整流器适合成为卫星微波或激光束的收集点，有望使其成为一个更具有商业价值和环境友好的选择。用不了多久，天基太阳能传输到地球上的光学整流器就会成为公认的最佳解决方案。空间能源倡议组织在他们的视频中描述了解决方案的紧迫性，重点是基于空间的太阳能发电，以减缓气候变化。
人力资源全球商业平台和网络
太阳能光伏板是采用可再生能源的科学解决方案，而不是可用于商业的解决问题。每一个太阳能光束传输解决方案都需要一个强大的网络来分配本地和全球的能源。下图说明了地面站网络在天基太阳能电力传输过程中的核心作用。
天基太阳光束发射作业需要一个可信赖的分布式地面接收网络，需要有一个公认的管理机构来制定网络成员的规则，需要一个支持性强的分布式技术。目前建立在集中式数据中心架构上的 Web2 应用程序并不适合新的托管环境。
建立地面站的主要要求之一是能够在网络中拥有经过验证的参与者，并确保对数据隐私的安全控制。数据的性质是高度敏感的，因为必须储存诸如用于卫星传送和电力分配的地理位置等信息。目前的 Web2 平台是不适合的。解决方案是在 Web3 平台上运行的分布式账本技术（DLT）点对点网络，以实现所有去中心化的好处。
托管网络技术
在分布式账本网络中，将经过身份认证的代理作为主机，把经过验证的个人作为参与者，形成点对点 Web3 架构是正确的解决方案。
能解决大量新用例的插入式应用至关重要。下图说明了需要用新方法来开发新的企业应用的环境类型。
能源资产去中心化的需要
在当今世界，任何解决方案都必须包括对国家能源资源的保护。目前最流行的天基太阳能解决方案需要在外太空部署大量的太阳能电池板阵列，通常使用地球静止轨道。需要类似的大型装置来捕捉电磁波以传输到地球，在陆地上的一个集中地点转换成电力。在发生冲突时提供了一个集中的“破坏点”。这对政府来说是一个不可接受的风险。
虽然目前的屋顶光伏板代表了部分权力下放，但它们是一种混合解决方案，在大多数情况下包括与主电网的连接。理想的解决方案是大量的“目标”完全去中心化，而这正是为减轻风险而进行的最令人兴奋的发展。
去中心化的能量采集方法需要较小的天线，称为光学整流器，可以放置在屋顶上，而不需要大型的太阳能电池板阵列。挑战在于建立一个经过验证的能源消费者网络，以利用潜在的非常廉价的电力形式。这就是公共平台出现的地方：一个用于工作人员数据的平台，建立在一个具有分布式哈希技术（DHT）的点对点分布式账本平台上。DHT 是从早期的系统架构发展而来的：DHT 是企业应用的新区块链，能够更灵活地增加功能和支持互操作性。
国际人力资源信息管理协会（IHRIM）最近发表的一篇文章描述了未来十年内将出现的技术。
Web3 对人力资源系统的范围和影响：The Scope and Impact of Web3 on HR Systems By John Macy and Dennis Hill, Ph.D.
引自 IHRIM 的 WSR 2022年第一季度文章。 “Web3 人力资源平台提供了一个即将到来的未来，包括模块化组装和可组合应用开发的开源框架以及可持续发展的能源意识托管服务。当前的企业平台将被颠覆，新的元宇宙式应用程序和边缘计算设备的采用将使现有的应用被淘汰......而且是很快就会过时。”
生态系统的影响
天基太阳光束的引入将对能源生态系统产生巨大影响，因为它创造了新的就业机会，并对整个行业进行了重组。将需要对基础设施进行重新设计，并对目前能源部门的劳动力进行重新培训。
碳和电力交易
碳和电力市场将以一种新的形式出现。收获太阳能不是一门精确的科学，也不是可编程的。我们在这篇文章中看到，科学理论在过去几个世纪中发生了变化，测量碳排放的方法同样会有不同的观点。目前确定如何衡量碳输出的方法存在缺陷。引入一个将碳排放测量值分配给行业的系统，然后允许碳排放交易，这就像早期的加密货币交易一样合理。处理无形资产并并创造一个交换信用的市场，对减少碳排放毫无帮助。它只会让投机者更富有，让产业更贫穷。
衡量碳减排的一个更好的方法是应用现有的热测量技术，该技术可以成为卫星社区的一部分。视频中描述的 SatelliteVu 公司的热成像技术就是一个例子
电力交易市场将呈现出不同的形态。目前，从批发商那里购买电力，成为零售卖家，这对能源部门没有任何贡献，而且给消费者的电力成本增加了额外的开销。
对卫星行业的影响
在确定可再生能源解决方案方面，最令人兴奋的一步是模拟和证明"波"技术的可行性，并通过引入轨道卫星的天基太阳能光束来增强光波束的效力。光束将更加集中，得到放大加强，并将中继在太空中截获的光束，以消除地球大气的负面影响。一旦它成为主流的可再生能源，它将更加强调本地化的卫星产业。
光束传输选项的开发将从使用低地球轨道（LEO）卫星开始，用我们目前使用的屋顶电池板提供的有限覆盖进行接收。也就是说，避免了夜间覆盖和大气干扰。也有可能不是依赖单颗卫星传输，而是使用多颗卫星来弥补损失。低地球轨道已经有数千颗卫星，发射成本的降低将意味着还有数万颗卫星将进入轨道，并创造新的行业需求。
中地球轨道（MEO）是另一个增加覆盖面的选择，但仍然不能实现全天 24 小时不间断的传输。有一些计划使用反射光和多颗卫星，但这实际上是机器人组装的过渡战略，目的是为了以后转移到地球静止轨道。地球静止轨道（距离地球 35,000 公里以上）将允许卫星在 24 小时轨道周期内位于地球上方的同一位置，并实现连续的传输。该轨道目前用于气象和导航卫星，监管机构提供的太空名额有限。另外，还有地球同步轨道（与地球的距离相同），它不能提供同样确定的覆盖范围，而且可能需要不时地进行调整，但它将代表一种次优的解决方案。
可重复使用的基础设施和投资保护
从太阳能光伏板过渡到波捕获光学整流器的最具希望方向是利用当前对光伏板基础设施的投资。它可能就像将电源从面板重新连接到整流天线一样简单，稍加修改就可以插入把电力输送到储存和分配点的线路中。此外，同一个整流天线还有可能具有多用途，并与 5G 通信 一起用于连接边缘计算设备的卫星通信。
下图说明了用于将输入的能源转换为电能的太阳能光伏板架构的组成部分。改变能源和保留基础设施是竞争边缘技术公司（CET）和合作伙伴正在计划的概念验证（PoC）的主题。
组件： 屋顶直流隔离器、逆变器直流隔离器、太阳能逆变器、交流隔离器、配电盘、耗电监测器、电网表
摘要
从空间技术的角度来看，需要证明的组件是：
● 使用地面装置进行无线电力传输将是确认光学整流天线是电磁波波束正确接收点的第一步。
● 未来阶段将测试卫星的能力，使其成为向地球输送工业强度能源负荷的正确来源。
● 如果成功的话，光学整流器应该取代太阳能光伏板来收集能量
● 有必要进行二极管研究以提高组件光学整流天线的能力
● 电磁波需要更多的研究来确定频率和增益大小，以使光整流罩能够处理窄波束。
● 需要确定正确的轨道（地球静止轨道、中地球轨道或低地球轨道）。
从商业基础设施的角度来看：
● 需要确定发射成本以确保商业可行性
● 需要引入新的去中心化点对点计算平台来支持能源网络
● 需要评估生态系统的影响，以确定需要重新培养技能和进行产业结构调整的领域
● 新兴的分布式账本技术将需要在全球实施之前得到验证，以确认其稳健性和安全性。
● 需要建立一个新的治理基础设施来控制代理托管网络，以验证和确认参与者的身份。
结论
如果天基太阳能发电的承诺能够得到证实，它将开辟新的清洁能源机会。
从太阳能光伏板过渡到光学整流天线，基础设施将发生变化，但有机会重新利用许多部件。主电网和当前生态系统的作用将发生变化。
最坏的情况是，使用光学整流器采集能量的天基太阳能概念失败，因为技术还没有完全准备好。如果这种情况发生，去中心化的商业平台仍将支持屋顶太阳能光伏板全球部署给同样的受众，并不会浪费时间和资源。
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