卫星电源：光伏发电+锂电池储能
思瀚产业研究院    2026-04-13

1、 概述：电源系统包括供电和配电系统模块

航天器电源系统是保障航天器运行的核心，可为航天器上各类用电设备提供电能。电源系统的具体用途包括：支撑卫星变轨、通讯等自主活动，是大多数航天器及临近空间飞行器稳定工作的关键保障。航天器电源系统主要可分为供电与配电两大模块：供电系统包含发电系统、储能电源及电源控制器等，负责电能的生成、存储与调控；配电系统通过变换器、配电器及电缆网等，实现电能的高效分配与传输，满足不同设备的用电需求。

航天器获取电能方式主要分为太阳能电源、化学电源与核电源三类。太阳能电源：近地轨道卫星的核心能量来源，基于半导体光伏效应实现光电转化，三结砷化镓电池转换效率可超 30%，并通过减反射膜、辐射防护层及太阳敏感器等设计提升空间环境适应性与光照利用效率；化学电源：为阴影期供电提供保障，多与太阳能电池组成联合系统，锂电池凭借高比能量成为卫星储能的主流选择，可同时满足高比能量与长循环寿命要求；核电源：面向深空探测任务，通过放射性元素衰变产生电能，具备寿命长、功率大等优势，但受限于辐射屏蔽带来的质量与成本压力，仅应用于特殊深空场景，是极端环境下的补充能源方案。

太阳能供电主导航天器供电方式格局。据 GMInsight 数据，太阳能供电系统以60.6%的占比稳居航天器供电方式首位，是当前太空供电的核心技术路线；电池系统以23.3%的占比位居第二，是重要的储能与辅助供电方案；核能供电系统、混合系统和燃料电池占比较小。这一格局反映出当前太空供电市场高度依赖太阳能技术，同时电池系统作为储能配套也占据了关键地位，其他新型供电技术仍处于小众应用阶段。

电源系统是电能的产生、调节、变换、控制和保护等部分的总称。目前全球航天器、临近空间飞行器应用最广的电源系统模式为太阳电池阵-蓄电池组联合电源模式。该类电源系统由空间太阳电池阵、空间锂离子电池组、电源控制设备等三类单机构成。宇航电源系统中太阳能电池阵价值量占比最高。

太阳能电池阵作为系统发电单元，不含太阳翼结构机构及 SADA 时占系统价值量的60%-70%，是系统价值的核心构成。空间蓄电池作为储能单元，价值量占比通常约为10%-20%。电源控制器作为系统控制单元与供配电核心，负责稳定母线电压、控制电能传输与蓄电池充放电等，是保障系统稳定运行的中枢，价值量占比约为10%-20%。

国内航天器电源系统供应市场呈现航天机构+民营力量的双轨格局，整体集中度较高。以上海空间电源研究所（811 所）、中电科十八所、航天五院/八院等为代表的国有院所及集团下属单位，凭借国家级科研资源、深厚技术积累与长期项目经验，成为国内空间电源领域的技术标杆与主力供应商。民营主体聚焦商业航天细分赛道：新雷能和馥昶空间等民营企业，针对电源系统、电源控制器、太阳电池帆板等开发产品，成为低轨星座等市场化项目的重要配套力量。

2、平台与载荷：载荷成本占比高，但成本削减重点在平台

卫星大体上由平台和载荷两部分构成，载荷成本占比较高。载荷是卫星入轨后发挥核心功能的部件，可根据任务情况进行设计，基本为定制型项目，虽然载荷成本较高，但卫星功能稳定性与任务息息相关，所以卫星的成本节约压力在平台上。据艾瑞咨询数据，理想状态下，卫星平台的成本占比在 20%-30%之间。平台核心作用是为卫星提供机动能力和电力，合计成本占比在全卫星平台的 60%以上。由于姿控系统涉及的元件和单机最复杂，成本占比最高，同时供应商较多，存在更多产业链整合机会。

卫星通信载荷天线是信号收发的核心部件，成本占比较高。从成本构成来看，通信卫星载荷主要分为天线分系统和转发器分系统：天线分系统以有源相控阵为技术核心，价值主要集中在 T/R 组件；转发器分系统以星上处理技术为重点，核心部件为功率放大器。据智研咨询数据，在卫星载荷总价值中，天线系统占比约75%，其中T/R组件又占天线系统价值的 50%，在产业链中具有关键地位。

目前小卫星在航天发射中逐渐占据主导地位。2015-2024 年小卫星发射质量占全球总发射质量的比例逐渐提升。据 BryceTech 数据，整体来看，小卫星占比从2015年的 7%持续攀升至 2024 年的 81%，其中 Starlink 与 OneWeb 星座小卫星是核心驱动力量，其占比从 2019 年的 8%跃升至 2024 年的 73%，几乎主导了整体增长。若剔除这两个星座，小卫星占比在 2018 年达到 21%的峰值后便持续回落，2020年至今均维持在 10%以下，凸显传统小卫星在全球发射中的占比较低。2024年全球航天器总发射质量约 210 万千克，其中小卫星发射质量约 170 万千克，目前小卫星在航天发射中占据主导地位。

小卫星平均质量呈现逐渐提升趋势。整体来看，小卫星平均质量呈2021年后增长显著加快，2024 年达到 633 千克。其中 Starlink 与 OneWeb 星座是推动整体平均质量抬升的核心因素。若剔除这两个星座，小卫星平均质量走势更为平缓：2015-2018年从 125 千克缓慢抬升至 197 千克，随后逐步回落至2021 年的87 千克，2022年后再度回升，2024 年达到 223 千克。这一趋势既反映了星座小卫星的规模化部署对平均质量的显著拉动，也体现出传统小卫星领域正朝着更大质量方向发展。

3、太阳能电池：钙钛矿叠层电池或成主流技术路线

太阳能电池的核心是利用半导体 PN 结的光电效应实现光电转换，其工作过程可分为光吸收、电荷分离与输运、电能输出三个关键环节。当光照射到电池表面时，部分光子被半导体吸收，能量大于材料禁带宽度的光子会激发价带电子跃迁到导带，在PN结两侧产生电子-空穴对。这些光生载流子在 PN 结内部电场的作用下发生定向分离，形成光生电动势。部分载流子会在半导体内部发生再结合而损失，其余有效载流子则通过前后接触电极形成回路，产生持续电流，最终将太阳能转化为可输出的电能。为提升转化效率，电池表面通常会设置减反射膜以减少光反射损失，同时优化结构以降低载流子再结合概率。

太阳翼主要由基板、电池片以及展开机构等组成，根据基板类型可分为刚性太阳翼、半刚性太阳翼、柔性太阳翼。刚性和半刚性太阳翼结构成熟、成本较低，但收纳体积大、重量重。而柔性太阳翼则采用超薄柔性基板，厚度通常小于0.5 毫米，面积相同时重量可减轻约 30%，电池片功率转换效率可超 30%，且收纳体积比传统刚性太阳翼可缩小 60%以上，此种设计可大幅降低发射成本，且释放整流罩空间，提高卫星设计灵活性和在轨供电能力。柔性太阳翼是应对卫星功率需求爆发的必然选择。2010年左右，小卫星平均功率仅有 200-300W，2023 年时，主流商业卫星功率可达到1000-3000W，目前一些大型平台正冲刺十几千瓦甚至更高功率水平。

太阳翼阵面扩张是未来发展的主流趋势。根据 Starlink V3 设计需求，其采用全新的通信载荷架构，单星下行速率约为 80Gbps，是 Starlink V2 星的4 倍，且配备有激光星间链路增强系统，能够实现分布式千兆网络结构。相应的，Starlink V3对于发电需求明显提升，其太阳翼面积达 400m²，约为 Starlink V2 的2 倍，StarlinkV2mini的 4 倍。随着低轨通信卫星向高通量发展，太阳翼阵面扩张将成未来主流发展趋势。

全球柔性太阳翼市场规模持续提升，预计2033 年将至 43.6 亿美元。据Market Intelo数据，2024 年全球航天用柔性太阳能电池阵列市场规模约为11.2 亿美元，预计到2033 年将增长至超 40 亿美元，CAGR 约为 16.4%。推动市场快速扩大的主要原因包括材料科学进步、卫星发射数量增加以及航天任务对轻量化、高效率电源的需求。

宇航电源太阳电池阵整体呈现出从硅基到砷化镓、从单结到多结、从刚性到柔性的技术演进路径。20 世纪 80 年代以前，航天器以硅太阳电池为主，其工艺成熟、成本低，光电转化效率逐步提升至 15%以上；20 世纪 90 年代，单结砷化镓电池凭借可达25%的高光电效率、更优的耐高温与耐辐照性能，逐步取代硅电池；21 世纪以来，随着MOCVD 等技术成熟，三结砷化镓电池实现量产应用，效率与环境适应性进一步提升，目前行业已广泛使用三结砷化镓电池，并向柔性薄膜砷化镓太阳电池阵方向发展。

多结砷化镓电池能显著提高效率。多结电池可通过削减热损耗和透射损耗，实现效率提升。单结电池中，约一半的光能量因无法匹配带隙而被浪费，多结电池精准匹配不同波段的光子，将能量损失降低至 30%以下。多结电池还可以输出更高电压（三结电池电压可达 2.6V，约为单结电池的 2.6 倍），进一步提升能量转换效率。这种分层吸收机制，使多结电池在聚光条件下的效率优势更加明显，这是其成为航天等高端领域主流选择的重要原因之一。砷化镓电池市场规模稳步提升，主要集中于太空光伏领域。

据QYResearch数据，2022 年全球砷化镓电池市场规模约 3.45 亿美元，2021 年起市场规模稳步扩容。从下游应用结构来看，砷化镓的需求高度集中于太空光伏领域，仅航天板块就占据超90%的市场份额，应用场景极具针对性。

国内砷化镓太阳电池领域呈现出多元化竞争格局。头部企业中，航天科技811所三结砷化镓电池转换效率约 30%，服务于多型航天工程；电科蓝天宇航电源市场覆盖率超 50%，2024 年推出效率 33%的薄膜电池，性能与轻量化优势显著。德华芯片、馥昶空间、乾照光电、凯迅光电及德融科技等企业加速开发相关产品，其中德融科技柔性电池效率已突破 36.2%，正攻关 40%以上高效电池。整体来看，国内企业已实现从基础器件到系统集成的完整覆盖，效率持续突破并迈向柔性高效方向。

钙钛矿太阳能电池或成为未来主流路线。硅基太阳能电池在太空环境中损耗过快，已逐渐被淘汰；砷化镓太阳能电池是目前主流技术路线，具备高稳定、抗辐射、耐高温、高转换效率等性能，但其高昂的成本难以满足规模化需求，商业航天领域售价约为25 万/m²。钙钛矿太阳能电池具有高光电转换效率、柔性、低成本、太空环境自我修复等优势，有望成为未来主流技术路线。

钙钛矿电池在航天场景下的适配性具备明显优势。在比功率方面，钙钛矿电池达800-1000W/kg，远超砷化镓电池的 300W/kg，可减重50%以上，显著降低发射成本；弱光发电能力上，钙钛矿电池在 200lux 照度下衰减率小于5%，远优于砷化镓电池超 30%的衰减率，能保障深空或轨道阴影区供电；柔性化方面，钙钛矿电池可实现曲率半径≤5cm 的弯曲，适配曲面卫星结构与太阳帆，而砷化镓电池不可弯曲；钙钛矿电池抗辐射性明显高于砷化镓电池，可将同步轨道寿命延长至15年以上。

钙钛矿电池主要可分为单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池，晶硅（HJT）/ 钙钛矿叠层电池进展快。单结钙钛矿电池仅由钙钛矿材料构成，采用“三明治”结构；而叠层钙钛矿电池则通过将钙钛矿层彼此堆叠（全钙钛矿叠层电池），或与晶硅等其他材料结合（例如晶硅钙钛矿叠层电池），形成可吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。晶硅（HJT）/ 钙钛矿叠层电池的综合前景最为突出：单结钙钛矿电池成本较低，但效率上限低、稳定性不足；全钙钛矿叠层电池效率与成本潜力大，但稳定性差；晶硅（HJT）/钙钛矿叠层电池理论效率可突破 43%，科研进展较快。

4、展开机构：涵盖机构设计、关键零部件及系统集成与测试等环节

展开机构作为柔性太阳翼部署与发电的核心，产业链涵盖机构设计、关键零部件及系统集成与测试等环节。机构设计是基础，涵盖卷绕式、张拉式等方案；关键零部件决定精度与可靠性，包括弹簧、驱动电机等；系统集成与测试则将机构与电池阵结合，通过地面展开与耐久性验证，保障在轨操作稳定可靠。

国内主要供应商中，501所是规模最大、产品类型最全的供应商，柔性展开面积可达34.6m²；805 所掌握完整设计制造能力，其滚环电传输机构解决了传统滑环损耗问题；上海商星、哈工大、沈阳自动化研究所及银河航天也各有突破，银河航天的灵犀03 星成功实现卷式全柔性太阳翼在轨展开，标志着该技术已实现多场景商业化应用。

5、蓄电池：锂离子电池主导，LEO 是最主要应用场景

全球航天电池市场的份额呈现头部企业集中竞争的格局。据DiMarket 数据，全球航天电池头部厂商 CR5 超 80%，且基本由海外厂商主导。其中，Saft 以约25%的占比成为市场份额最高的企业；EaglePicher 与 GS Yuasa 紧随其后，分别约占比20%和19%；VARTA AG、EnerSys 则分别占比约 10%和 9%。

航天电池市场集中度较高，同时也存在一定的差异化竞争空间。航天电池技术路线高度集中，锂离子电池占据主导地位。据Mordor Intelligence数据，锂离子电池在航天电池中占比为 73.7%，是当前航天储能技术的主流选择；其他电池类型包括镍/镉、银/锌等，这些电池主要在特定场景下发挥作用，如为运载火箭提供点火峰值功率等。同时，行业正朝着固态电池方向发展，未来还将出现结合锂离子基础负载与新型化学体系的混合电池组，进一步丰富技术生态。

卫星是航天电池最主要的应用场景，其中以 LEO 占比最高。2024 年卫星占据航天电池市场 67.80%的份额，是行业需求核心驱动力。Starlink 等低轨星座的规模化部署促使 LEO 成为航天电池的主要应用场景，占比高达 62.1%；剩余市场份额由MEO等其他轨道类型共同构成。

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