Kosmiczna energia słoneczna (SBSP) to idea, która od momentu jej powstania w 1968 roku była naprzemiennie promowana i ignorowana. System SBSP to w zasadzie satelita składający się z paneli słonecznych przesyłających energię elektryczną z kosmosu na Ziemię . Jest to czyste źródło energii o ogromnej pojemności, które może zaspokoić przyszłe zapotrzebowanie na energię. Technologia ta ma zarówno pozytywne, jak i negatywne skutki, które ograniczają jej obecną opłacalność. Przyjrzyjmy się zatem zaletom i wadom kosmicznej energii słonecznej oraz jej możliwym zastosowaniom.
Zalety i wady energii słonecznej w kosmosie
Kosmiczna energia słoneczna (SBSP) to proces gromadzenia energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej i bezprzewodowego przesyłania jej na Ziemię. Wykorzystuje ona panele słoneczne zainstalowane na satelitach z reflektorami lub nadmuchiwanymi lustrami, które kierują na nie promieniowanie słoneczne. Energia ta jest następnie przesyłana w kierunku Ziemi za pomocą lasera lub mikrofal. Tutaj jest odbierana przez antenę mikrofalową (rectenna).
Według National Space Society, SBSP ma potencjał, aby przewyższyć wszystkie inne odnawialne źródła energii razem wzięte. Może dostarczać duże ilości energii przy najmniejszym wpływie na środowisko.
Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję oraz jej potencjał w zakresie zaspokajania naszego zapotrzebowania na energię, zapoznajmy się szczegółowo z zaletami i wadami energii słonecznej pozyskiwanej z kosmosu.
Plusy Energia słoneczna z kosmosu
1. Czyste źródło energii
Kosmiczna energia słoneczna wyróżnia się spośród elektrowni na ropę naftową, gaz, etanol i węgiel, ponieważ nie emituje gazów cieplarnianych do atmosfery. W przeciwieństwie do elektrowni węglowych i jądrowych, kosmiczna energia słoneczna nie wymaga ani nie jest zależna od ograniczonych zasobów wody słodkiej.
Energia słoneczna z kosmosu nie konkuruje z innymi źródłami energii, takimi jak bioetanol czy biodiesel, na gruntach rolnych, których stopniowo zaczyna brakować. Ponadto nie ma uzależnienia od nawozów na bazie gazu ziemnego.
2. Łatwy transport
Wykorzystanie energii słonecznej z kosmosu może stworzyć wystarczająco duże zapotrzebowanie na opracowanie taniego sposobu transportu rzeczy w kosmos. Dzięki temu zostanie uwolniony potencjał ekonomiczny zasobów Układu Słonecznego.
3. Możliwości zatrudnienia
Wykorzystanie energii słonecznej w kosmosie może przyczynić się do stworzenia nowych miejsc pracy oraz rozwiązania problemów bezpieczeństwa energetycznego i zmian klimatycznych dzięki wykorzystaniu wiedzy z zakresu lotnictwa i kosmonautyki.
4. Niezawodny
Ilość dostępnej energii słonecznej w kosmosie jest ogromna i dostępna przez całą dobę, czego nie da się osiągnąć za pomocą lądowych elektrowni słonecznych i wiatrowych . Działa ona bezproblemowo, bez wpływu na całkowite zachmurzenie, obecność światła dziennego czy prędkość wiatru. Jej wykorzystanie oznacza zmniejszenie lub całkowite wyeliminowanie zależności od nieprzewidywalnych lub nieprzyjaznych krajów w zakresie dostaw ropy naftowej.
5. Bezpieczniej
Kosmiczna energia słoneczna ma przewagę nad elektrowniami jądrowymi, ponieważ nie generuje toksycznych odpadów, które muszą być bezpiecznie składowane i monitorowane przez setki lat. Jest też korzystniejsza dla środowiska niż węgiel i paliwa jądrowe, ponieważ nie wymaga szkodliwego wydobycia.
6. Nieograniczony
Oto kolejna korzyść z listy zalet i wad kosmicznej energii słonecznej. Może ona uniezależnić kraje pod względem energetycznym poprzez zmniejszenie zależności od ziemskich źródeł energii, a tym samym ograniczenie konkurencji o ograniczone zasoby.
7. Szeroki zasięg
Wykorzystanie energii słonecznej w kosmosie umożliwia eksport energii do dowolnego miejsca na świecie. Energia ta może następnie zostać dostosowana do lokalnych potrzeb, takich jak produkcja metanolu na obszarach wiejskich Indii, gdzie brakuje dostępu do energii elektrycznej. Jednym z potencjalnych zastosowań jest odsalanie wody morskiej. Elektrownia słoneczna o tej samej wielkości umieszczona w kosmosie dostarcza 13 razy więcej energii niż elektrownia naziemna o podobnej wielkości. Docieramy do końca zalet energii słonecznej w kosmosie, teraz omówmy jej wady.
Przeczytaj także: Zalety i wady magazynowania energii w akumulatorach słonecznych
Wady of Energia słoneczna z kosmosu
1. Budowa
Jedną z głównych wad satelitów słonecznych umieszczonych w kosmosie jest złożoność ich budowy , zwłaszcza w przypadku satelitów o dużych konstrukcjach. Do budowy dużych satelitów potrzebne są znaczne ilości materiałów do wystrzelenia w kosmos. Montaż, konserwacja i wymiana tych materiałów ma również kluczowe znaczenie w dłuższej perspektywie czasowej. Jest to kosztowny i czasochłonny proces, a przy tak wysokich kosztach wydaje się niepraktyczny.
2. Wysokie koszty rozwoju
Rozwój kosmicznej energetyki słonecznej jest procesem kosztownym. Konieczne jest porównanie kosztów rozwoju kosmicznej energetyki słonecznej z kosztami zaniechania jej realizacji. Budowa tych systemów w kosmosie jest kosztowna, ponieważ do transportu wszystkich niezbędnych materiałów konieczna jest duża liczba startów wahadłowców kosmicznych.
Przy niskim koszcie: 4,000 ton metrycznych (4 mln kg) x 9,000 dolarów kosztu startu za kg szacuje się na około 36 miliardów dolarów. Przy 80,000 80 ton metrycznych (43,000 mln kg) x 3.4 XNUMX dolarów kosztu startu za kg szacuje się na około XNUMX biliona dolarów.
3. Wysoka konserwacja
Przesyłanie energii słonecznej z kosmosu na Ziemię jest kosztowne, ale utrzymanie komponentów w kosmosie jest trudniejsze i bardziej kosztowne. Na Ziemi zdegradowane lub niesprawne komponenty paneli słonecznych są wymieniane i ponownie instalowane w ciągu kilku godzin, a nawet dni. Jednak w kosmosie nie jest to tak łatwe.
Zobacz także: Zrozumienie specyfikacji paneli słonecznych i jak je odczytywać
4. Potencjalne zagrożenie
Panele słoneczne w kosmosie są narażone na wiele zagrożeń, w tym śmieci kosmiczne, asteroidy, pył i silne (niefiltrowane) promieniowanie słoneczne. Wszystkie te czynniki stanowią potencjalne zagrożenie dla integralności Układu Słonecznego w kosmosie.
5. Krótka żywotność
Panele słoneczne w kosmosie mają krótszą żywotność ze względu na trudne warunki panujące w kosmosie w porównaniu z panelami słonecznymi na Ziemi. Wymagają one wymiany, co wiąże się z koniecznością wysłania materiałów w kosmos, co generuje dodatkowe koszty. To jedna z głównych wad na liście zalet i wad energii słonecznej w kosmosie.
6. Szybka degradacja
Degradacja paneli słonecznych w kosmosie jest znacznie szybsza niż na Ziemi – około osiem razy szybsza.
7. Marnotrawstwo
Transport energii na Ziemię może wiązać się z ryzykiem . Wiąże się on również ze znaczną utratą energii podczas transportu.
Wymagania dotyczące energii słonecznej w kosmosie
Aby energia słoneczna w kosmosie stała się rzeczywistością, konieczne jest dysponowanie odpowiednią technologią i infrastrukturą.
1. Łatwe i efektywne przenoszenie mocy
Istotne jest dokonanie oceny przesyłu energii z satelitów na powierzchnię Ziemi przy minimalnym oddziaływaniu na środowisko.
2. Budowa i operacje na dużej skali na orbicie
Satelity zasilane energią słoneczną wymagają dużych rozmiarów, aby gromadzić znaczną ilość energii, znacznie większych niż Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) , która jest obecnie największym statkiem kosmicznym, jaki kiedykolwiek zbudowano. Jednak satelity te będą mniej złożone niż ISS, ponieważ będą składać się z wielu identycznych części.
Przeczytaj także: Amerykańskie komponenty wiatrowe i słoneczne są teraz tańsze niż importowane
3. Tanie i przyjazne dla środowiska pojazdy startowe
Rakiety nośne zaprojektowane do jednorazowego użytku były kosztowne, a przy częstym użyciu mogą przyczyniać się do zanieczyszczenia atmosfery. Jednak kilka prywatnych firm pracuje obecnie nad opracowaniem tańszych i wielokrotnego użytku rakiet nośnych , które mogłyby rozwiązać te problemy.
Zastosowania energii słonecznej w kosmosie
Naukowcy prowadzący od kilku lat badania uważają, że SBSP może być wykorzystane w wielu celach, głównie w wytwarzaniu energii elektrycznej i zastosowaniach kosmicznych.
1. Główne zastosowania SBSP obejmują zasilanie infrastruktury kosmicznej, satelitów, łazików i pojazdów kosmicznych.
2. Zastąpić elektrownie opalane paliwami kopalnymi jako zapasowe źródło energii w okresach, gdy produkcja energii wiatrowej i słonecznej jest niska.
3. Inne potencjalne zastosowania obejmują dostarczanie świeżej wody poprzez odsalanie wody morskiej.
4. Airbus chce wykorzystać energię słoneczną generowaną w kosmosie, aby zmniejszyć wysoki ślad węglowy lotnictwa. Nie wyeliminuje to zużycia paliw kopalnych w samolotach, ale może zmniejszyć ilość gazów cieplarnianych emitowanych przez samoloty. W przyszłości może to potencjalnie zwiększyć zasięg samolotów.
5. Zdaniem dyrektora Liquid Sunlight Alliance w Caltech, można go wykorzystać do produkcji substancji ciekłych , które mają ogromny potencjał jako chemikalia przemysłowe, paliwa, materiały budowlane lub produkty.
Po zapoznaniu się z zaletami i wadami technologii solarnej wykorzystywanej w kosmosie oraz jej zastosowaniem, sprawdźmy, jaka jest przyszłość systemu SBSP.
Zobacz także : 5 głównych zastosowań automatycznego oświetlenia ulicznego
Przyszłość Kosmicznego Systemu Energii Słonecznej
Energia słoneczna z kosmosu jest realną opcją, a jeśli zostanie rozszerzona, może zapewnić nam obfite źródło energii. Jest to jednak również niezwykle trudne. Aby obniżyć wysokie koszty wysyłania paneli słonecznych w kosmos, producenci muszą znacząco zmniejszyć ich wagę poprzez wprowadzenie istotnych udoskonaleń. Ulepszone cienkowarstwowe panele słoneczne mogą w tym pomóc.
Naukowcy i badacze kosmosu pracują nad wygenerowaniem utrzymywanej i precyzyjnej wiązki, która może zagwarantować stałą moc wraz ze stabilizacją satelitów. Kraje już podejmują kroki, aby ta technologia była operacyjna tak szybko, jak to możliwe.
1. Chiny
- W 2021 roku wystrzelono już w stratosferę małego satelitę słonecznego, który będzie wykorzystywał energię kosmicznych systemów zasilania energią słoneczną.
- Planuje wytworzyć około 1 megawata energii do 2030 roku, a do 2050 roku opracować komercyjnie opłacalną kosmiczną elektrownię słoneczną.
2. Japonia
- Naukowcom udało się bezprzewodowo przesyłać energię elektryczną za pomocą mikrofal, co jest ogromnym postępem.
- Systemy SBSP stanowią część wizji przyszłej eksploracji kosmosu.
3. Stany Zjednoczone
- Partnerstwo o wartości 100 milionów dolarów Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych i Northrop Grumman w celu rozwijania technologii SBSP.
- Inicjatywa Space Solar Power o wartości 17.5 mln dolarów ma na celu opracowanie technologii SBSP i wytwarzanie energii niższym kosztem.
- Prowadzenie badań nad systemami startowymi wielokrotnego użytku w celu zmniejszenia kosztów montażu i startu SBSP.
- Dzięki zastosowaniu nowych technologii koncepcja SPS-ALPHA MARK-II sprawiła, że projekty SBSP stały się ekonomicznie wykonalne.
Odnawialne źródła energii mają potencjał, aby zaspokoić światowe zapotrzebowanie na energię na Ziemi. Według danych rządu USA, dysponując zaledwie 22 000 milami kwadratowymi paneli słonecznych , co odpowiada powierzchni jeziora Michigan, całe Stany Zjednoczone miałyby wystarczającą ilość energii elektrycznej.
Dostępność paliw kopalnych jest ograniczona i istnieje ryzyko ich wyczerpania w niedalekiej przyszłości. Badania i inwestycje torują drogę do świetlanej przyszłości systemu SBSP, który byłby realistycznym i wykonalnym rozwiązaniem. Chociaż istnieje wiele zalet i wad wykorzystania energii słonecznej w kosmosie , ignorowanie potencjalnego rozwiązania energetycznego nie byłoby mądrą decyzją.
