Czy kosmiczna energia słoneczna będzie kiedykolwiek miała sens?

Czy kosmiczna energia słoneczna to tylko drogie i ryzykowne marzenie? A może jest to wykonalny sposób walki ze zmianami klimatycznymi? Chociaż przesyłanie energii słonecznej z kosmosu na Ziemię może ostatecznie wiązać się z transportem gigawatów, zdaniem ekspertów z Space Solar, Europejskiej Agencji Kosmicznej i Uniwersytetu w Glasgow proces ten może być zaskakująco bezpieczny i opłacalny.

Jeśli jednak chcemy rozwinąć te możliwości, będziemy musieli wyjść poza same urządzenia wyświetlające i rozwiązać szereg wyzwań inżynieryjnych.

Kosmiczny projekt słoneczny

Wysyłanie energii słonecznej z kosmosu nie jest niczym nowym; Od lat sześćdziesiątych XX wieku satelity komunikacyjne wysyłają na Ziemię sygnały mikrofalowe generowane przez energię słoneczną. Ale wysyłanie użytecznych ilości energii to zupełnie inna sprawa.

„Pomysł [has] „To zjawisko istnieje już od nieco ponad wieku” – stwierdziła w oświadczeniu Nicole Caplin, naukowiec zajmujący się badaniem głębokiego kosmosu w Europejskiej Agencji Kosmicznej Podcast Świat Fizyki„Oryginalne koncepcje były właściwie science fiction. Jest zakorzenione w science fiction, ale od tego czasu obserwuje się tendencję do ciągłego zainteresowania”.

Naukowcy badają wiele projektów kosmicznej energii słonecznej. Matteo Cerutti, starszy wykładowca inżynierii systemów kosmicznych na Uniwersytecie w Glasgow, mówi: Pisał w rozmowie Zaproponowano wiele projektów.

Według Sanjaya Vijeendrana, szefa Inicjatywy Solaris w Europejskiej Agencji Kosmicznej, inicjatywa Solaris bada dwie potencjalne technologie: pierwsza polega na wysyłaniu mikrofal ze stacji na orbicie geostacjonarnej do odbiornika na Ziemi, a druga polega na wykorzystaniu ogromnych luster w niższą orbitę, aby odbijać światło słoneczne z powrotem do farm fotowoltaicznych. Stwierdził, że jego zdaniem oba rozwiązania są potencjalnie wartościowe. Technologia mikrofalowa przyciągnęła szerszą uwagę i była głównym tematem tych wywiadów. Ma ogromny potencjał, choć można wykorzystać w nim także fale radiowe o wysokiej częstotliwości.

„Mamy już całodobowe źródło czystej energii z kosmosu” – powiedział Vijendran. Energia może być przekazywana niezależnie od warunków atmosferycznych, dzięki częstotliwości mikrofal.

„Elektrownia o mocy 1 gigawata w kosmosie jest porównywalna z pięcioma największymi farmami fotowoltaicznymi na Ziemi” – powiedział Andrew Glister, gospodarz podcastu Physics World. „Elektrownia o mocy 1 gigawata mogłaby zasilać około 875 000 domów przez rok”.

Ale nie jesteśmy gotowi na publikację czegoś takiego. „To byłoby ogromne wyzwanie inżynieryjne” – mówi Caplin. Pomyślna budowa elektrowni słonecznej w kosmosie wiąże się z wieloma fizycznymi przeszkodami.

Według naukowców wykorzystujących technologię mikrofalową zestaw paneli słonecznych dla orbitującej wokół Ziemi elektrowni generującej gigawat mocy musiałby mieć powierzchnię większą niż jeden kilometr kwadratowy. Artykuł o naturze „To obiekt 100 razy większy niż Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, której budowa trwała dziesięć lat” – mówi starsza korespondentka Elizabeth Gibney. Musi być również montowany automatycznie, ponieważ obiekt orbitalny będzie bezzałogowy.

Ogniwa słoneczne muszą być odporne na promieniowanie i śmieci kosmiczne. Musi być także wydajny i lekki, a jego stosunek mocy do masy jest 50 razy większy niż typowe krzemowe ogniwo słoneczne – napisał Gibney. Obniżenie kosztów tych ogniw to kolejny czynnik, który inżynierowie muszą wziąć pod uwagę. Kolejnym wyzwaniem jest minimalizacja strat podczas przenoszenia mocy, napisał Gibney. Według Europejskiej Agencji Kosmicznej współczynnik konwersji energii powinien wzrosnąć do 10-15 proc. Wymaga to postępu technicznego.

Space Solar projektuje satelitę o nazwie CASSIOPeiA, którego publikację opublikowano w czasopiśmie Physics World Opisać Wyglądają „jak spiralne schody, w których panele fotowoltaiczne stanowią „stopnie”, a nadajniki mikrofalowe – dipole w kształcie prętów – „podnośniki”. Mają spiralny kształt i nie zawierają ruchomych części.

„Nasz system składa się z setek tysięcy modułów mocy wielkości talerza obiadowego” – powiedział Sam Adlin, dyrektor generalny SpaceSolar. „Każdy moduł zawiera energię fotowoltaiczną, która przekształca energię słoneczną w prąd stały”.

„Ta moc prądu stałego zasila następnie elektronikę w celu przesyłania mocy… na Ziemię z anten dipolowych. Moc ta jest przekształcana w przestrzeni kosmicznej [microwaves] „Następnie jest wysyłany spójną wiązką na Ziemię, gdzie jest odbierany przez załataną antenę, przekształcany z powrotem w energię elektryczną i wprowadzany do sieci”.

Technologie robotyki do zastosowań kosmicznych, takich jak montaż na orbicie, szybko się rozwijają, dodał Adelin.

Inny projekt SPS-ALPHA obejmuje dużą konstrukcję kolektora słonecznego, która obejmuje kilka inwerterów słonecznych, które są małymi, indywidualnie ruchomymi reflektorami – napisał Cerutti. koncentrować Światło słoneczne kierowane jest do odrębnych jednostek wytwórczych, skąd przez inną jednostkę jest przesyłane z powrotem na Ziemię.