Panele słoneczne w kosmosie mogą być kopalniami złota czystej energii

Energia słoneczna jest podstawowym składnikiem magazynu czystej energii ludzkości. Rozmieszczamy bloki paneli słonecznych na polach słonecznych, a wiele osób zasila swoje domy, ozdabiając dachy odblaskowymi prostokątami.

Ale jest zastrzeżenie do tego wspaniałego źródła energii – panele słoneczne nie mogą gromadzić energii w nocy. Aby pracować z maksymalną wydajnością, potrzebują jak największej ilości światła słonecznego. Aby zmaksymalizować wydajność łapaczy słońca, naukowcy pracują nad planem wysłania ich w miejsce, w którym słońce nigdy nie zachodzi: w kosmos.

Teoretycznie, gdyby zestaw paneli słonecznych eksplodował na orbicie, pochłonęłyby promienie słoneczne nawet w najbardziej mgliste dni i najciemniejsze noce i zmagazynowałyby ogromne ilości energii. Gdyby ta siła została bezprzewodowo przekazana na Ziemię, nasza planeta mogłaby oddychać czystą, odnawialną energią 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.

Że będzie Znacznie Zmniejszenie naszego śladu węglowego.

W kontekście pogłębiającego się kryzysu klimatycznego sukces kosmicznej energii słonecznej może być ważniejszy niż kiedykolwiek. Sytuacja klimatyczna jest teraz w centrum uwagi, gdy światowi przywódcy zbierają się w Glasgow w Szkocji na szczycie COP26, który został nazwany „ostatnią najlepszą szansą na świecie” na opanowanie kryzysu.

CNET Science zwraca uwagę na niektóre przyszłe strategie mające na celu pomoc krajom w redukcji emisji dwutlenku węgla. Technologia nowej generacji, taka jak kosmiczna energia słoneczna, może nie rozwiązać naszych problemów klimatycznych, ale ekologiczne innowacje mogą mieć wielką wartość dla celów porozumienia paryskiego z 2015 r.: ograniczenia globalnego ocieplenia do mniej niż 2 stopni Celsjusza (3,6 stopnia Fahrenheita) pod koniec wieku.

Nieograniczone dostawy energii odnawialnej ze słońca mogą nam w tym pomóc.

Od science fiction do rzeczywistości

Od dziesięcioleci kosmiczna energia słoneczna żyje zarówno w umysłach fanów science fiction, jak i naukowców.

początek XX wieku, rosyjski matematyk Konstantin Tsiołkowski Stale produkował strumień futurystycznych projektów, które przewidywały ludzką technologię poza Ziemią. Jest odpowiedzialny za wyczarowywanie rzeczy takich jak windy kosmiczne i sterowane rakiety, a ty o tym myślisz, kosmiczna energia słoneczna.

Odkąd wynaleziono Bell Labs Pierwszy betonowy „panel słoneczny” w latach 50.Międzynarodowi naukowcy pracują nad urzeczywistnieniem fantazji science fiction Ciołkowskiego. włączać Japońscy naukowcyI armia Stanów Zjednoczonych i zespół z Caltech Prowadzenie kosmicznego projektu słonecznego.

„[Space solar power] „Było to intensywnie badane w późnych latach 60. i 70., w pewnym sensie u szczytu programu Apollo” – powiedział Michael Kelzenberg, główny badacz projektu.

Niestety, biorąc pod uwagę wagę i rozmiar materiału, technologia tamtej epoki nie była jeszcze wystarczająco zaawansowana, aby osiągnąć ten wyczyn w opłacalny sposób. Bardzo trudno było wysłać klasyczne panele słoneczne w kosmos rakietą bez rozbicia banku.

„Unikalną i wyróżniającą cechą podejścia Caltech jest skupienie się na zmniejszeniu masy komponentów od 10 do 100 razy”, powiedział Harry Atwater, główny badacz projektu. „Jest to konieczne, aby obniżyć zarówno koszty produkcji, jak i uruchomienia, aby kosmiczna energia słoneczna była ekonomiczna”.

Niebo pełne paneli słonecznych

Zamiast używać rakiety do transportu tradycyjnych paneli słonecznych w kosmos, zespół Caltech wzywa do stworzenia nowego typu panelu, który byłby lżejszy, bardziej kompaktowy i składany. Proponują wysłanie dużej liczby tych małych, przewiewnych, przypominających płytki paneli słonecznych na orbitę.

Każda płytka zawiera wszystko, czego potrzebujesz, np. ogniwa fotowoltaiczne, do pozyskiwania energii słonecznej. Po połączeniu w przestrzeni małe kwadraty sprawiają, że wokół Ziemi unosi się gigantyczna kopalnia energii odnawialnej.

Chociaż zespół badał szereg związków, aby stworzyć idealną lekką konstrukcję, niektóre są mniej skuteczne w porównaniu z naziemnymi panelami słonecznymi. Kelzenberg zwraca jednak uwagę, że „wydajność” w przestrzeni nabiera nowego znaczenia.

„Większa skuteczność naprawdę wynika z faktu, że umieszczając go w kosmosie, otrzymuje dużo intensywnego światła słonecznego, ponieważ światło słoneczne nie musi przechodzić przez atmosferę” – powiedział. „Otrzymują również światło słoneczne, w zasadzie 24 godziny na dobę”.

Kiedy na te panele pada słońce, pochłaniają one prąd stały, czyli pakiety prądu stałego. W mechanizmie zespołu energia ta jest przekładana na częstotliwości radiowe. Następnym krokiem jest sprowadzenie tej siły na ziemię.

Według zespołu nastąpi to za pośrednictwem promieniowania mikrofalowego. Energia o częstotliwości radiowej zostanie skierowana w stronę naszej planety w regionach przypominających pola słoneczne na pustyni. Ale zamiast paneli słonecznych, obszary te będą zawierać odbiorniki z antenami, które zbierają zebraną energię.

To w zasadzie bezprzewodowa transmisja mocy, coś Nikola Tesla zasłynął z aluzji pod koniec XIX wieku.

Korzystanie z takiego promieniowania pozwala systemowi działać podczas deszczu, mgły, nocy i łagodnych burz, mówi Kelzenberg, powodując zakłócenia tylko w najcięższych warunkach pogodowych. Jednak jednym z często zadawanych pytań dotyczących wzorców promieniowania radiowego jest to, czy wpłynie ono negatywnie na roślinność lub inne cechy Ziemi.

To nie problem, mówi Atwater.

„Gęstość energii otrzymana na Ziemi będzie równoważna gęstości energii w świetle słonecznym w słoneczny dzień” – wyjaśnił. „Kosmiczne systemy zasilania energią słoneczną można zaprojektować tak, aby były pod tym względem iskrobezpieczne”.

Kelzenberg mówi, że jako dodatkowy środek ostrożności można zastosować znane środki, takie jak odgrodzenie obszaru odbiornika. To samo robią wieże telefonii komórkowej, które wykorzystują podobną formę komunikacji falowej.

Po tym, jak uziemione odbiorniki odzyskają energię w postaci częstotliwości radiowej, współpracują ze stacją naziemną, aby przekształcić ją z powrotem w prąd stały, który jest następnie przekształcany w prąd przemienny lub prąd przemienny, który jest dostarczany do sieci energetycznej, powiedział Atwater.

To skomplikowany proces, ale ta ostatnia część, zasilanie prądem zmiennym, to zwykła stara energia elektryczna, która przepływa przez domowe gniazdka, aby naładować iPhone’a i ożywić laptopa. tam jest.

Rozświetl ziemię, Scotty

„Nasz pierwszy lot kosmiczny, który ma zademonstrować opartą na kosmosie technologię komponentów słonecznych, jest teraz zaplanowany na koniec 2022 roku na komercyjnym statku kosmicznym” – powiedział Atwater.

Chociaż zespół nie ujawni prawdziwej oferty, przeprowadzi eksperyment, który udowodni wykonalność technologii na mniejszą skalę. Byłaby to tymczasowa i prostsza forma wynalazku. Wyślą nawet wiele ogniw słonecznych, które nigdy wcześniej nie widziały próżni kosmicznej.

Ale pewnego dnia, jeśli kosmiczna energia słoneczna stanie się rzeczywistością, świat może się zmienić.

Nie tylko pomoże w odpadach zasilania i zrównoważy sieć energetyczną, aby zapobiec awariom, ale może również wysłać energię do operacji wydobywczych na innych planetach.

„Kosmiczna energia słoneczna może być rozmieszczona w odległych obszarach Ziemi, gdzie nie ma istniejącej sieci energetycznej; może być również wykorzystywana do generowania energii przy obciążeniu podstawowym na Księżycu lub Marsie za pośrednictwem podobnego schematu generowania energii na orbicie i wysyłania jej na powierzchnię, — wyjaśnił Atwater.

Co najważniejsze, energia, którą ludzie mogą generować przez całą dobę za pomocą energii słonecznej, wystarczy, aby sprostać rosnącym wymaganiom naszej planety, a nawet zastąpić energię jądrową lub węglową. „Reprezentuje źródło energii pierwotnej, która jest stale dostępna, w przeciwieństwie do paneli słonecznych na Ziemi” – powiedział Atwater.

Kelzenberg dodał: „Właśnie dlatego wierzymy, że może odegrać ważną rolę w przejściu na całkowicie neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla sieć energetyczną w przyszłości”.

Oczywiście przed nami długa droga. Nawet jeśli eksperyment zespołu z 2022 r. zakończy się sukcesem, należy wziąć pod uwagę koszty produkcji, a także kwestie prawne dotyczące zajętości przestrzeni orbitalnej (mogą istnieć ograniczenia rządowe). Pozostaną pytania o praktyczność zastąpienia znanych sieci energetycznych kosmicznymi elektrowniami słonecznymi.

Ale na końcu tej ścieżki możemy znaleźć coś złotego.

„Zdecydowanie myślę, że możemy się zgodzić, że uzyskanie taniego panelu słonecznego i umieszczenie go na Ziemi kosztowałoby znacznie mniej niż wystrzelenie go w kosmos” – powiedział Kelzenberg. „Ale prawdziwą zaletą energii słonecznej w kosmosie jest możliwość dostarczania energii słonecznej w dzień i w nocy”.