Va avea vreodată sens energia solară din spațiu?

Este energia solară din spațiu un vis costisitor și riscant? Sau este o modalitate viabilă de a combate schimbările climatice? Deși transmiterea energiei solare din spațiu pe Pământ ar putea implica în cele din urmă transmiterea de gigawați, procesul ar putea fi surprinzător de sigur și de rentabil, potrivit experților de la Space Solar, Agenția Spațială Europeană și Universitatea din Glasgow.

Dar va trebui să trecem mult dincolo hardware demonstrativ și să rezolvăm o serie de provocări de inginerie dacă dorim să dezvoltăm acest potențial.

Proiectarea solară spațială

Transmiterea energiei solare din spațiu nu este nouă; Sateliții de telecomunicații au trimis semnale cu microunde generate de energia solară înapoi pe Pământ încă din anii 1960. Dar trimiterea unor cantități utile de putere este o chestiune complet diferită.

„Ideea [has] există de puțin peste un secol”, a spus Nicol Caplin, om de știință în explorarea spațiului adânc la ESA, pe o Podcast Lumea Fizicii. „Conceptele originale au fost într-adevăr SF. Este oarecum înrădăcinată în science fiction, dar apoi, de atunci, a existat o tendință de interes care vine și pleacă.”

Cercetătorii analizează mai multe modele pentru energia solară din spațiu. Matteo Ceriotti, lector superior în ingineria sistemelor spațiale la Universitatea din Glasgow, a scris în The Conversation că au fost propuse multe modele.

Inițiativa Solaris explorează două tehnologii posibile, potrivit lui Sanjay Vijendran, conducătorul inițiativei Solaris la ESA: una care implică transmiterea de microunde de la o stație pe orbită geostaționară până la un receptor de pe Pământ și alta care implică utilizarea de oglinzi imense într-o zonă inferioară. orbita pentru a reflecta lumina soarelui pe fermele solare. El a spus că consideră că ambele aceste soluții sunt potențial valoroase. Tehnologia cuptorului cu microunde are a atras un interes mai larg și a fost punctul central al acestor interviuri. Are un potențial enorm, deși se pot folosi și unde radio de înaltă frecvență.

„Aveți într-adevăr o sursă de energie curată 24/7 din spațiu”, a spus Vijendran. Puterea poate fi transmisă indiferent de condițiile meteorologice datorită frecvenței microundelor.

„O centrală electrică de 1 gigawatt în spațiu ar fi comparabilă cu primele cinci ferme solare de pe pământ. O centrală electrică cu o capacitate de 1 gigawatt ar putea alimenta aproximativ 875.000 de gospodării timp de un an”, a declarat Andrew Glester, gazda podcastului Physics World.

Dar nu suntem pregătiți să implementăm așa ceva. „Va fi o mare provocare inginerească”, a spus Caplin. Există o serie de obstacole fizice implicate în construirea cu succes a unei centrale solare în spațiu.

Folosind tehnologia cu microunde, rețeaua solară pentru o centrală orbitală care generează un gigawatt de putere ar trebui să aibă o dimensiune de peste 1 kilometru pătrat, potrivit unui Articol de natura de reporterul senior Elizabeth Gibney. „Este de peste 100 de ori dimensiunea Stației Spațiale Internaționale, care a fost construită cu un deceniu.” De asemenea, ar trebui să fie asamblat robot, deoarece instalația care orbitează ar fi fără echipaj.

Celulele solare ar trebui să fie rezistente la radiațiile și resturile spațiale. De asemenea, ar trebui să fie eficiente și ușoare, cu un raport putere/greutate de 50 de ori mai mare decât celula solară tipică cu siliciu, a scris Gibney. Menținerea scăzută a costului acestor celule este un alt factor pe care inginerii trebuie să-l ia în considerare. Reducerea pierderilor în timpul transmisiei de energie este o altă provocare, a scris Gibney. Rata de conversie a energiei trebuie îmbunătățită la 10-15%, potrivit ESA. Acest lucru ar necesita progrese tehnice.

Space Solar lucrează la un proiect de satelit numit CASSIOPeiA, care Physics World descrie ca arătând „ca o scară în spirală, cu panourile fotovoltaice fiind „treptele” și transmițătoarele cu microunde – dipoli în formă de tijă – fiind „conaltatorii”. Are o formă elicoidală fără părți mobile.

„Sistemul nostru este compus din sute de mii de module de putere de aceeași dimensiune a unei farfurii. Fiecare modul are PV care convertește energia soarelui în electricitate DC”, a declarat Sam Adlen, CEO al Space Solar.

„Acea putere de curent continuu conduce apoi electronicele să transmită puterea… în jos spre Pământ de la antenele dipol. Această putere în spațiu este convertită în [microwaves] și transmis într-un fascicul coerent până la Pământ, unde este recepționat de o antenă de redresare, reconvertit în electricitate și introdus în rețea.”

Adlen a spus că tehnologiile robotice pentru aplicații spațiale, cum ar fi asamblarea pe orbită, avansează rapid.

Ceriotti a scris că SPS-ALPHA, un alt design, are o structură mare de colector solar care include multe heliostate, care sunt reflectoare mici modulare care pot fi mutate individual. Aceste concentrat lumina soarelui pe module separate de generare a energiei, după care este transmisă înapoi pe Pământ de un alt modul.