Космическая солнечная энергетика (КСЭ) — это идея, которая с момента своего появления в 1968 году то продвигалась, то игнорировалась. Система КСЭ представляет собой, по сути, спутник, состоящий из солнечных панелей, передающих электрическую энергию из космоса на Землю . Это чистый источник энергии с огромным потенциалом для удовлетворения будущих энергетических потребностей. У этой технологии есть как положительные, так и отрицательные последствия, которые снижают её нынешнюю жизнеспособность. Поэтому давайте углубимся в изучение преимуществ и недостатков космической солнечной энергетики, а также её возможных применений.
Плюсы и минусы космической солнечной энергетики
Солнечная энергетика в космосе (СФА) — это процесс сбора солнечной энергии в открытом космосе и её беспроводной передачи на Землю. Для этого используются солнечные панели, установленные на спутниках, с отражателями или надувными зеркалами, которые направляют на них солнечное излучение. Затем эта энергия передаётся на Землю через лазер или микроволновое излучение. Там она принимается через ректенну (микроволновую антенну).
По данным Национального космического общества, SBSP имеет потенциал превзойти все остальные возобновляемые источники энергии вместе взятые. Он может обеспечить большие объемы энергии с минимальным воздействием на окружающую среду.
Чтобы лучше понять концепцию и ее возможности для удовлетворения наших энергетических потребностей, давайте подробно изучим преимущества и недостатки космической солнечной энергетики.
Плюсы Космическая солнечная энергия
1. Чистый источник энергии
Солнечная энергия в космосе отличается от энергии, вырабатываемой на нефтяных, газовых, этанольных и угольных электростанциях, тем, что не выбрасывает парниковые газы в атмосферу. В отличие от угольных и атомных электростанций, солнечная энергия в космосе не требует и не зависит от ограниченных запасов пресной воды.
Космическая солнечная энергия не конкурирует с другими источниками энергии, такими как биоэтанол или биодизель, за сельскохозяйственные угодья, которые постепенно становятся дефицитными. Кроме того, нет зависимости от удобрений на основе природного газа.
2. Легкая транспортировка
Использование солнечной энергии из космоса может создать достаточно большой спрос для разработки дешевого способа доставки грузов в космос. Таким образом, будет раскрыт экономический потенциал ресурсов Солнечной системы.
3. Возможности трудоустройства
Использование солнечной энергии в космосе может создать больше рабочих мест и помочь решить проблемы энергетической безопасности и изменения климата, используя опыт аэрокосмической отрасли.
4. Надежный
Солнечная энергия обладает огромным потенциалом для использования на больших площадях и доступна круглосуточно, чего невозможно достичь с помощью наземных солнечных и ветровых электростанций . Она работает без сбоев, независимо от облачности, наличия дневного света или скорости ветра. Использование солнечной энергии означает снижение или полное отсутствие зависимости от непредсказуемых или недружественных стран в отношении нефти.
5. Безопаснее
Солнечная энергия в космосе имеет преимущества перед атомными электростанциями, поскольку не образует токсичных отходов, которые необходимо надежно хранить и контролировать в течение сотен лет. Она также более экологична, чем уголь и ядерное топливо, поскольку не требует вредной добычи полезных ископаемых.
6. Неограниченный
Вот еще одно преимущество из списка плюсов и минусов использования солнечной энергии в космосе. Она может обеспечить энергетическую независимость стран за счет снижения зависимости от наземных источников энергии и, следовательно, уменьшения конкуренции за ограниченные ресурсы.
7. Широкий охват
Использование солнечной энергии, получаемой из космоса, позволяет экспортировать энергию в любую точку мира. Эта энергия может быть адаптирована для удовлетворения местных потребностей, например, для производства метанола в сельских районах Индии, где отсутствует доступ к электричеству. Одним из потенциальных применений является опреснение морской воды. Космическая солнечная электростанция того же размера вырабатывает в 13 раз больше энергии, чем наземная электростанция аналогичного размера. На этом мы заканчиваем описание преимуществ космической солнечной энергии, давайте рассмотрим её недостатки.
Читайте также: Изучение преимуществ и недостатков систем хранения энергии на основе солнечных батарей.
Минусы of Космическая солнечная энергия
1. Строительство
Одним из главных недостатков космических спутников, работающих на солнечной энергии, является сложность их конструирования , особенно когда речь идёт о спутниках с крупными конструкциями. Для создания больших спутников необходимо запускать в космос значительное количество материалов. Сборка, обслуживание и замена этих материалов также имеют решающее значение с течением времени. Это дорогостоящий и трудоёмкий периодический процесс, и при таких высоких затратах он кажется непрактичным.
2. Высокая стоимость разработки
Разработка систем солнечной энергетики в космосе — дорогостоящий процесс. Крайне важно сравнить затраты на разработку таких систем с затратами, которые возникли бы, если бы от этой идеи отказались. Создание подобных систем в космосе обходится дорого, поскольку для доставки всех необходимых материалов требуется большое количество запусков космических челноков.
Для низкой стоимости: 4,000 метрических тонн (4 млн кг) x $9,000 стоимость запуска за кг оценивается примерно в 36 миллиардов долларов. Для 80,000 80 метрических тонн (43,000 млн кг) x $3.4 XNUMX стоимость запуска за кг оценивается примерно в XNUMX триллиона долларов.
3. Высокий уровень обслуживания
Передача солнечной энергии из космоса на Землю — дорогостоящий процесс, но обслуживание компонентов в космосе ещё сложнее и дороже. На Земле изношенные или неисправные компоненты солнечных панелей заменяются и устанавливаются заново за считанные часы или даже дни. Но в космосе это сделать гораздо сложнее.
См. также: Понимание технических характеристик солнечных панелей и как их читать.
4. Потенциальная опасность
Солнечные панели в космосе сталкиваются со многими опасностями, включая космический мусор, астероиды, пыль и сильное (нефильтрованное) солнечное излучение. Все это потенциально может нанести вред целостности космической солнечной системы.
5. Короткий срок службы
Солнечные панели в космосе имеют более короткий срок службы по сравнению с солнечными панелями на Земле из-за суровых условий космического пространства . Кроме того, их необходимо заменять, что требует запуска материалов в космос и, как следствие, дополнительных расходов. Это один из главных недостатков в списке преимуществ и недостатков использования солнечной энергии в космосе.
6. Быстрая деградация
Степень износа солнечных панелей в космосе значительно выше, чем на Земле, примерно в восемь раз выше.
7. Потери
Перенос энергии на Землю может представлять опасность . Кроме того, он включает в себя значительные потери энергии в процессе переноса.
Требования к космической солнечной энергии
Чтобы космическая солнечная энергетика стала реальностью, крайне важно иметь необходимые технологии и инфраструктуру.
1. Простая и эффективная передача мощности
Крайне важно оценить передачу энергии от спутников на поверхность Земли с минимальным воздействием на окружающую среду.
2. Крупномасштабное строительство и эксплуатация на орбите
Для сбора значительного количества энергии спутникам, работающим на солнечной энергии, требуются большие размеры, намного превышающие размеры Международной космической станции (МКС) , которая в настоящее время является крупнейшим космическим аппаратом из когда-либо построенных. Однако эти спутники будут менее сложными, чем МКС, поскольку будут состоять из множества идентичных частей.
Читайте также: Компоненты для ветроэнергетики и солнечной энергетики американского производства теперь дешевле импортных.
3. Недорогие экологически чистые ракеты-носители
Ракеты-носители, предназначенные для одноразового использования, обходятся дорого, а при частом применении могут способствовать загрязнению атмосферы. Однако в настоящее время несколько частных компаний работают над разработкой более дешевых и многоразовых ракет-носителей в качестве решения этих проблем.
Применение солнечной энергии в космосе
В ходе непрерывных исследований, продолжавшихся несколько лет, ученые пришли к выводу, что SBSP можно использовать в различных целях, но в основном в производстве электроэнергии и в космических приложениях.
1. Основные области применения SBSP — это электропитание космической инфраструктуры, спутников, вездеходов и космических аппаратов.
2. Заменить электростанции, работающие на ископаемом топливе, в качестве резервного источника энергии в периоды низкой выработки ветровой и солнечной энергии.
3. К другим потенциальным областям применения относится обеспечение пресной водой посредством опреснения морской воды.
4. Компания Airbus хочет использовать солнечную энергию, вырабатываемую в космосе, чтобы помочь снизить высокий углеродный след авиации. Это не исключит использование ископаемого топлива в самолетах, но может уменьшить количество парниковых газов, выбрасываемых самолетами. В будущем это может потенциально увеличить дальность полета самолетов.
5. По словам директора Альянса «Жидкий солнечный свет» в Калифорнийском технологическом институте, его можно использовать для производства жидких веществ , обладающих огромным потенциалом в качестве промышленных химикатов, топлива, строительных материалов или продукции.
Узнав о плюсах и минусах космической солнечной энергетики, а также о ее применении, давайте выясним, каково будущее системы SBSP.
См. также : 5 основных способов использования автоматического уличного освещения
Будущее космической солнечной энергетической системы
Получение солнечной энергии из космоса — вполне осуществимый вариант, и при дальнейшем расширении он может стать для нас обильным источником энергии. Однако это также невероятно сложная задача. Чтобы снизить высокую стоимость отправки солнечных панелей в космос, производителям необходимо значительно уменьшить их вес за счет существенных усовершенствований. Улучшенные тонкопленочные солнечные панели могут в этом помочь.
Ученые и исследователи космоса работают над созданием поддерживаемого и точного луча, который может гарантировать постоянную мощность вместе со стабилизацией спутников. Страны уже предпринимают шаги, чтобы сделать эту технологию рабочей как можно скорее.
1. Китай
- В 2021 году в стратосферу уже был запущен небольшой солнечный спутник для использования энергии космических солнечных электростанций.
- К 1 году планируется вырабатывать около 2030 мегаватта энергии, а к 2050 году разработать коммерчески жизнеспособную космическую солнечную электростанцию.
2. Япония
- Исследователи добились успеха в беспроводной передаче электроэнергии с помощью микроволн, что является большим достижением.
- Системы SBSP являются частью их будущих планов по исследованию космоса.
3. Соединенные Штаты Америки
- Партнерство стоимостью 100 миллионов долларов между Исследовательская лаборатория ВВС США и Northrop Grumman для продвижения технологии SBSP.
- Инициатива по использованию космической солнечной энергии стоимостью 17.5 млн долларов направлена на разработку технологии SBSP и выработку электроэнергии с меньшими затратами.
- Исследование многоразовых систем запуска для снижения стоимости сборки и запуска SBSP.
- Используя новые технологии, концепция SPS-ALPHA MARK-II повысила экономическую целесообразность проектов SBSP.
Возобновляемые источники энергии потенциально способны удовлетворить мировые энергетические потребности Земли. По данным правительства США , всего 22 000 квадратных миль солнечных панелей , что эквивалентно площади озера Мичиган, хватило бы электроэнергии для всей территории Соединенных Штатов.
Запасы ископаемого топлива ограничены, и в ближайшем будущем они могут исчерпаться. Исследования и инвестиции открывают путь к светлому будущему для системы солнечной энергетики в космосе, которая станет реалистичным и осуществимым вариантом. Несмотря на ряд преимуществ и недостатков использования солнечной энергии в космосе , игнорирование этого возможного энергетического решения было бы неразумным решением.
Рекомендуем: Как справиться с отключением электроэнергии компанией Gexa Energy
