Солнечная панель космос: Солнечные батареи в космосе: эффективность, виды, тенденции

Орбитальная электростанция: между фантастикой и планированием | Статьи

Средства массовой информации Китая рассказали о намерении страны построить орбитальную солнечную электростанцию и начать передачу энергии из космоса на Землю уже к 2030 году. Так что можно прекращать качать нефть и добывать уголь, впереди мир ждет много чистой, возобновляемой, а в перспективе очень дешевой электроэнергии? «Известия» разобрались в ситуации.

Солнце. Практически неисчерпаемый источник энергии под боком у человечества. Проекты использования солнечной энергии человечество копит с античности, и до последних лет пятидесяти их все отличали два основных критерия: принципиальная возможность и неэффективность. Панели солнечных батарей были созданы уже более ста лет назад, но и до сих пор количество солнечных электростанций в общем количестве энергообеспечения нашей планеты относительно невелико.

Есть несколько серьезных причин, мешающих повсеместному распространению солнечных электростанций. Во-первых, это атмосфера и погодные явления, сильно снижающие эффективность использования. Даже в самый ясный день земная атмосфера минимум на 36% уменьшает количество получаемого фотоэлементами солнечного света, а про плохую погоду, когда фотоэлементы практически бесполезны, и говорить не стоит.

батареи

Солнечная электростанция в китайской провинции Шаньдун

Фото: TASS/Zuma

Еще одна серьезная проблема — это невозможность использовать солнечную энергию постоянно. В ночное время электростанция опять же стоит без дела, что приводит к ее сильному удорожанию. Требуется наличие аккумуляторов для хранения выработанной за дневное время энергии и специальной сети подстанций для сглаживания пиков потребления.

Кроме того, солнечные электростанции обладают большей эффективностью при расположении ближе к экватору, в идеале в пустынях, а значит, требуется передавать энергию к пользователям на значительные расстояния. Остаются еще регулярная необходимость очистки фотоэлементов или зеркал от пыли, необходимость постоянно поворачивать их для максимального получения солнечных лучей и до кучи вопросы экологов. Большую часть этих проблем можно было бы решить, просто запустив солнечную электростанцию в космос, что и собирается сделать Китай. Впрочем, при этом возникнет много других, возможно, еще более сложных вопросов.

Космический концепт

Судя по имеющейся информации, ничего кардинально нового китайцы пока не придумали. Подобные идеи выдвигаются учеными и инженерами по всему миру уже более 70 лет. Если вкратце, предлагается вывести на околоземную орбиту космическую станцию с большим количеством солнечных панелей, которые преобразуют энергию фотонов нашего светила в постоянный электрический ток. Всё точно так же, как на Международной космической станции, только в гораздо больших размерах собственно космического аппарата и количестве получаемой энергии.

Единственным принципиальным отличием является то, что орбита будущей электростанции должна быть геостационарной, она пролегает в 35 786 км от поверхности Земли. Тогда скорость полета электростанции будет совпадать с вращением Земли и станция будет находиться всё время над одним местом на поверхности нашей планеты. На такой же орбите чаще всего работают спутники связи, организующие вещание в конкретном регионе. Кроме того, подобная орбита хороша еще и небольшим количеством космического мусора. На Международной космической станции солнечные панели достаточно быстро (менее чем за 10 лет) выходят из строя и теряют эффективность за счет повреждения фотоэлементов микроскопическими частицами космического мусора.

батареи

Фото: TASS/Zuma/ESA

За счет размещения на орбите, вне действия плотных слоев земной атмосферы, станция окажется гораздо эффективнее, чем земная электростанция таких же размеров. «Если вы поставите солнечные панели в космосе, они будут работать 24 часа в сутки, семь дней в неделю, 99,9% времени в году», — говорит Пол Яффе, космический инженер Научно-исследовательской лаборатории ВМС США, работающий над подобным проектом по заказу американских военных. Его слова приводит Business Insider.

За счет того что в космосе нет атмосферы, солнечные панели работают на 36% эффективнее.  За счет отсутствия ночей и плохой погоды работоспособность увеличится еще более чем вдвое.

Кроме того, панели направлены на солнце всегда под идеальным углом. Ученые считают, что космическая солнечная электростанция примерно в восемь раз эффективнее, чем ее земной аналог.

Ток без права передачи

Правда, при космическом расположении появляется новый серьезный вопрос: как передавать электричество на Землю? В настоящее время есть два способа сделать это: лазер и электромагнитные волны вроде тех, что используются для передачи радиочастот или разогрева еды в микроволновой печи. Передача энергии при помощи лазера долго изучалась специалистами NASA, после чего от этой идеи отказались как от неэффективной.

Правда, это было в 80-х годах прошлого века, когда коэффициент полезного действия (КПД) лазеров не превышал 10–20%. С учетом потерь на передачу и преобразование световой энергии в электричество получалось, что потребитель получит лишь несколько процентов от передаваемой изначально энергии.

Однако с появлением новых технологий в начале 2000-х годов ситуация серьезно изменилась. В настоящее время есть инфракрасные лазеры с КПД до 40−50%. Серьезно улучшилось качество фотоэлементов, принимающих энергию лазерного луча (модули на основе арсенида галлия способны преобразовывать в электричество до 40%, а при определенных условиях до 70). Даже в условиях работы в земной атмосфере при помощи лазера можно передавать энергию, например заряжать висящий в воздухе беспилотник (таким проектом, например, в России занимаются Виталий Капранов, Иван Мацак и группа молодых инженеров из Комитета инновационных проектов молодежи (КИПМ) РКК «Энергия»).

беспилотник

Фото: popmech.ru

В случае с лазерным лучом, бьющим из космоса, тоже особых проблем не будет — на Земле будет построена специальная структура с модулями из арсенида галлия, и они будут максимально эффективно преобразовывать прилетевший из космоса луч в электричество, за счет фотонов определенной длины волны это будет гораздо эффективнее, чем с солнечной энергией.

Кстати, российский ЦНИИмаш шесть лет назад выступал с идеей создания российских космических солнечных электростанций (КСЭС) мощностью 1–10 ГВт с беспроводной передачей электроэнергии наземным потребителям. И российские исследователи считают лазерную передачу энергии на Землю более эффективной. Вот что говорит об этом главный научный сотрудник ЦНИИмаша Валерий Мельников: «Значительно меньшая расходимость лазерного луча по сравнению с СВЧ-сигналом дает на порядки меньшую площадь передающих и приемных систем, а из-за малой площади приема появляется возможность энергоснабжения высокоширотных регионов России, Канады, Гренландии и других островов в северных широтах, а также Антарктиды от КСЭС, находящейся на геостационарной орбите».

Второй вариант, который как раз и рассматривают китайцы, — это передача сигнала на Землю при помощи радиоволн. Специальное устройство на солнечной электростанции будет переводить постоянный ток в радиоволны и посылать их массивный пучок на Землю. Проблема в том, что для создания радиоволн требуется специальная каркасная конструкция большого размера.

Практически вся площадь солнечных панелей с обратной стороны будет занята под специальную систему генерирующего радиоволны и передающего их на Землю устройства. На Земле же пучок радиоволн будет улавливаться ректенной (от англ. rectifying antenna — выпрямляющая антенна). Это специальное устройство будет представлять собой нелинейную антенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на нее волны в энергию постоянного тока. Естественно, что ректенна тоже теряет энергию при получении и переработке радиоволн.

Инженер РКК «Энергия» Иван Мацак

Фото: popmech.ru

Важно подобрать частоту таким образом, чтобы передача излучения была не ионизирующей во избежание возможных экологических проблем. Именно эту задачу и будут решать китайские ученые в 2021–2025 годах, пытаясь передавать энергию в условиях земной атмосферы. Экспериментальная база для таких опытов уже построена в городе Чунцин. Поэтому можно не бояться, при передаче энергии планету не поджарит гигантской микроволновкой, люди даже не заметят дополнительного излучения. Как не замечаем мы огромного количества радиоволн, постоянно находящихся в атмосфере планеты. Предполагается, что плотность сигнала будет довольно низкой и не будет угрожать людям, самолетам или птицам, пролетающим через него. Однако точно сказать об этом получится лишь после натурных опытов.

По расчетам ректенна получится больше размером, чем специальная станция с фотоэлементами для переработки лазерного луча. А вот как с эффективностью передачи — пока непонятно. Российские ученые настаивают на лазерном варианте, Китай и США — на использовании микроволнового излучения.

Пора или не пора

Так что же тогда удерживает людей от создания экологичных и практически бесперебойных солнечных электростанций? Прежде всего высокая цена проекта. Современные ракеты могут доставить на геостационарную орбиту подобные электростанции только за достаточно большое количество запусков. А ведь их требуется на орбите собирать, и не факт, что это можно сделать без человеческого участия.

Современные подсчеты показывают, что подобные электростанции будут окупаться десятилетиями и дольше, пока на Земле существует множество альтернативных, хоть и гораздо менее наукоемких способов получать электроэнергию.

Китайцы говорят о возможности использования 3D-печати отдельных элементов прямо на орбите, чтобы сэкономить на запусках. Да, первый космический принтер, печатающий объекты прямо на орбите, вот уже несколько лет находится на Международной космической станции, и с его помощью даже было напечатано несколько пластиковых инструментов, однако использовать такой способ для изготовления электростанции прямо в космосе пока не пробовал никто.

Вторая проблема — это эффективность подобной солнечной электростанции. Пока по расчетам вроде получается, что она эффективнее, чем солнечная, расположенная на Земле, даже с учетом множества потерь на передачу электроэнергии. Но как это будет в реальности, без эксперимента не сможет сказать никто.

батареи

Производство солнечных модулей 

Фото: TASS/DPA/Jan Woitas

Вот и получается, что ничего сверхфантастического в создании космической электростанции на орбите нет, однако объем финансовых вложений и неясный результат отпугивают от таких проектов потенциальных инвесторов. Если же Китаю получится создать и запустить солнечную электростанцию на орбите, то это станет не сверхвыгодным способом получения энергии, а скорее показателем научной и инженерной силы стремительно растущего «восточного дракона». По крайней мере у других держав дальше планов и разработок пока дело не сдвинулось.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

 

Космические солнечные панели-оригами приближаются к воплощению

3DNews Технологии и рынок IT. Новости космос Космические солнечные панели-оригами при…

Самое интересное в обзорах


18.08.2014 [20:57], 

Константин Ходаковский

Япония подарила миру искусство оригами, которое давно вышло далеко за пределы увлекательного интеллектуального хобби и находит применение в повседневной жизни, упаковочных материалах, архитектуре, медицине, робототехнике в целом и в космосе в частности.

Доставка грузов в космос — непростая задача, имеющая очень строгие ограничения как по объёму, так и по массе предметов. Между тем, космические аппараты нуждаются в очень крупных панелях или парусах для использования солнечной радиации с целью получения энергии или толкающей силы.

Простейшие формы оригами уже находят применение в солнечных панелях космического назначения, однако инженеры работают над внедрением новых, более сложных конструкций для компактности и надёжности при транспортировке и увеличения площади поверхности во время использования в космических условиях.

Доктор Кембриджского университета Саймон Гест (Simon Guest), специализирующийся на структурной механике, опубликовал в 1992 году небольшую работу, посвящённую технологии складывания круглых плоскостей для нужд космической и других отраслей, приведя соответствующие геометрические расчёты. А в текущем году он же со своими научными коллегами представил доклад о складывающихся цилиндрических конструкциях для применения в космосе.

Работу Саймона Геста решили продолжить профессор Ларри Хоуэлл (Larry Howell) и последипломный студент Шеннон Зирбел (Shannon Zirbel) из Университета Бригама Янга, а также инженер-механик Брайан Триз (Brian Trease) из Лаборатории реактивного движения NASA. Команда обратилась за помощью к известному мастеру по оригами Роберту Лэнгу (Robert Lang).

Результатом их двухлетней работы стал массив солнечных панелей диаметром 2,7 м в сложенном состоянии и 25 метров в разложенном. Процесс разворачивания был показан на уменьшенной в 20 раз модели.

Главной проблемой, которую решали исследователи, стала толщина солнечных панелей, не позволяющая им складываться столь же легко, как бумаге. «Пришлось пересмотреть множество дизайнов, чтобы добиться толщины, которая позволяет складываться каждому изгибу», — отметил Брайан Триз. Но, между тем, окончательно принятая техника складывания очень сильно напоминает предложенную доктором Гестом ещё 22 года назад.

Шеннон Зирбел пояснила, что проект всё ещё находится в стадии прототипа, но проводится большая работа, чтобы сделать реальностью солнечные панели в духе оригами. Такие системы сбора энергии cмогут использоваться не только на крупных космических аппаратах, но и на мини-спутниках вроде проекта CubeSat.

Источники:


Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Материалы по теме

Постоянный URL: https://3dnews.ru/900288

Рубрики:
Новости Hardware, космос,

Теги:
космос, оригами, солнечные батареи

← В
прошлое
В будущее →

Космическая солнечная энергия — Национальное космическое общество

Более века, , мы сжигаем ископаемое топливо, чтобы стимулировать промышленную экономику мира. Будь то уголь, нефть или природный газ, эти источники энергии значительно ухудшили нашу окружающую среду. На протяжении десятилетий нас беспокоили негативные последствия добычи этого ископаемого топлива — два примера — опасные угольные шахты и катастрофические для окружающей среды разливы нефти, — но теперь мы понимаем, что существует гораздо большая угроза: изменение климата .

Огромное количество углекислого газа, выбрасываемого в нашу атмосферу при сжигании этого топлива, достигло критической точки, и примеры изменения климата появляются в заголовках каждую неделю. Бушующие лесные пожары, разрушительные зимние штормы и умирающие рифы — вот лишь несколько примеров. Представьте себе мир недалёкого будущего, в котором вымерли миллионы видов животных, умирают океаны, терпит неудачу сельское хозяйство, а человечество держится на волоске. Никто из нас этого не хочет, но мы сталкиваемся с этой потенциально экзистенциальной угрозой. Мы знаем, что нужно сделать, и нам нужна ваша помощь.

Что, если бы мы смогли найти новый источник энергии, который не только не повредит окружающую среду Земли, но и позволит восстановить атмосферу нашей планеты? Тот, который был безграничным, имел нулевые выбросы углерода и мог конкурировать с углем, природным газом и ядерной энергией? Тот, который будет работать в гармонии с солнечной и ветровой энергией, освободит нас от зависимости от иностранной нефти и сможет передавать энергию напрямую в самые отдаленные и бедные регионы Земли?  

Что ж, у нас есть. Это называется космическая солнечная энергия , и она у нас под рукой. В Соединенных Штатах, которые изучались с 1970-х годов, а в Азии — с 1980-х годов, нет технологических достижений в области космической солнечной энергетики. Нам просто нужна воля, чтобы это произошло .

Некоторые будут обеспокоены тем, что ракеты, используемые для создания орбитальных платформ, которые будут генерировать эту энергию, загрязнят нашу атмосферу, но не беспокойтесь. Предприниматели работают над созданием «зеленых» пусковых установок, которые минимизируют выбросы загрязняющих веществ, а количество пусков, необходимых для запуска станций, — буквально капля в море углерода по сравнению с постоянным сжиганием ископаемого топлива.

Национальное космическое общество десятилетиями находится на переднем крае поддержки этой технологии экологически чистой энергии и продолжает усердно работать, чтобы члены конгресса и исполнительной власти понимали потенциал космической солнечной энергии. И какая бы страна ни использовала эту технологию первой, она не только будет иметь огромное преимущество в распределении энергии, но и сможет поделиться этой технологией со странами по всему миру .

Представьте себе огромные достижения, которые мы могли бы сделать… чистая энергия, нетронутая окружающая среда и энергия, поступающая в самые бедные части мира. Преимущества почти за гранью воображения.

В отличие от наземных солнечных батарей, космическая солнечная энергия не зависит от погодных условий. В отличие от ядерной энергетики, здесь нет опасных побочных продуктов. И в отличие от сжигания ископаемого топлива, космическая солнечная энергия щадит нашу окружающую среду .

Мы продолжаем неустанно защищать эту важнейшую технологию, но нам нужна ваша помощь. Ваше пожертвование NSS поможет нам воплотить в жизнь эту революционную технологию на благо всех жителей нашей планеты и обеспечить безопасность, защищенность и процветание наших детей и их потомков.

Нажмите здесь, чтобы получить более подробную информацию о:

КОСМИЧЕСКАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Помогите Национальному космическому обществу защитить наш климат для нас самих и будущих поколений. Ваша поддержка чистой, безграничной космической солнечной энергии сейчас важнее, чем когда-либо! Пожалуйста, сделайте пожертвование сегодня или присоединитесь к Национальному космическому обществу, чтобы узнать, как помочь более непосредственно. Космическая солнечная энергетика – наше будущее. Времени мало, и нам нужна ваша поддержка сейчас.

Спусти меня вниз: может ли солнечная энергия из космоса помочь удовлетворить наши энергетические потребности? | Наука

В конце ноября в Париже состоится встреча министров науки европейских стран на высшем уровне. Их работа состоит в том, чтобы определить следующие приоритеты для Европейского космического агентства (ЕКА), членом которого по-прежнему является Великобритания, и одним из пунктов в их списке для рассмотрения является предложение по проверке возможности строительства коммерческих электростанций на орбите. . Эти огромные спутники будут греться на солнечном свете, преобразовывать его в энергию и направлять на Землю для подачи в энергосистему. Предлагаемый проект, известный как Solaris, определит, может ли эта идея способствовать энергетической безопасности Европы в будущем — или все еще остается журавлем в небе.

Если исследование получит добро, это будет похоже на возвращение домой космической отрасли, которая всегда была в авангарде развития солнечной энергетики. Через год после того, как в 1957 году русские запустили «Спутник-1» с батарейным питанием, американцы запустили «Авангард-1». Это был четвертый спутник на орбите и первый, вырабатывающий энергию за счет солнечной энергии. С тех пор солнечные батареи стали основным источником энергии для космических кораблей, что помогло стимулировать исследования. Солнечные элементы Vanguard 1 преобразовали всего 9% захваченного солнечного света в электричество. Сегодня эффективность увеличилась более чем вдвое и продолжает расти, в то время как стоимость изготовления падает. Это формула победы.

«Стоимость солнечной энергии быстро снижалась за последние 20 лет, и быстрее, чем ожидало большинство участников отрасли», — говорит Йохен Латц, партнер консалтинговой компании McKinsey & Company. Настолько, что на Ближнем Востоке и в Австралии солнечная энергия стала самым дешевым способом производства электроэнергии. По словам Латца, по мере развития технологии это станет реальностью и для стран средних широт. «Мы ожидаем, что в 2050 году более 40% энергии в ЕС будет поступать от солнечной энергии — если страны достигнут поставленных целей», — говорит Латц. Это сделало бы солнечную энергию крупнейшим источником энергии для ЕС.

Однако существуют очевидные проблемы, требующие решения, если мы хотим полностью использовать солнечные батареи на Земле. Во-первых, что мы делаем ночью? В мае Нед Экинс-Даукс, адъюнкт-профессор школы фотоэлектрических и возобновляемых источников энергии в Университете Нового Южного Уэльса, Австралия, и его группа исследователей продемонстрировали солнечный элемент, который может генерировать электричество за счет излучения инфракрасного излучения, а не за счет поглощение солнечного света. Это прекрасно работает ночью, потому что Земля накапливает энергию солнца в виде тепла, которое затем излучает обратно в космос в виде инфракрасного излучения.

Прототип устройства основан на той же технологии, которая используется в очках ночного видения, и в настоящее время он может генерировать всего несколько милливатт энергии, но Экинс-Даукс видит потенциал. «Это начало — это первая в мире демонстрация мощности теплового излучения», — говорит он, указывая на то, что команда стремится создать готовый продукт, который «в 10 000 раз мощнее». На таких уровнях возможно, что установка таких устройств на крыше, возможно, каким-то образом изготовленная в качестве дополнительного слоя к обычным солнечным панелям, будет собирать достаточно энергии для питания дома в течение ночи, то есть для хранения холодильника, Wi-Fi-маршрутизатора и т. д. на бегу. Хотя это скромная экономия для каждого домохозяйства, умноженная на все население страны, она становится значительной.

Эйдан МакКлин, исполнительный директор фирмы по аренде электромобилей UFODrive, является сторонником схемы «автомобиль-сеть», которая использует аккумулятор в электромобиле для хранения избыточной энергии, вырабатываемой солнечными панелями дома. Фотография: Christian Marquardt/Getty Images

Другая очевидная проблема с солнечной энергией заключается в том, что в некоторые дни будет пасмурно. Чтобы облегчить это, избыточное электричество, вырабатываемое в солнечные дни, необходимо хранить в батареях, но емкость хранения в настоящее время ужасна. «К 2030 году ЕС потребуется около 200 гигаватт [ГВт] аккумуляторных хранилищ, но по состоянию на 2021 год в наличии было только 2,4 ГВт хранилищ, поэтому потребуется значительное увеличение», — говорит Эйдан МакКлин, исполнительный директор UFODrive, компания по аренде полностью электрических автомобилей.

Чтобы помочь с этим дефицитом, МакКлин продвигает схему под названием «автомобиль-сеть» (V2G), которая использует аккумулятор в электромобиле (EV) для хранения избыточной энергии, вырабатываемой солнечными панелями на крыше дома, а затем передает ее обратно в сеть. дом, когда это необходимо вечером, или даже продать его в National Grid в другие периоды высокого спроса. «Если V2G получит широкое распространение, ожидаемая емкость хранения всех электромобилей значительно превысит любые ожидаемые потребности в хранении, которые потребуются сети в будущем», — говорит МакКлин. Недавнее испытание V2G в Милтон-Кинсе, Бакингемшир, показало, что участники сэкономили деньги и сократили свой углеродный след, используя «интеллектуальную» систему зарядки, которая подзаряжала батареи, когда возобновляемые источники энергии генерировали электроэнергию.

Другой подход заключается в использовании солнечной энергии не для выработки электроэнергии, а для производства устойчивого автомобильного топлива. Вирджил Андрей с химического факультета Кембриджского университета и его коллеги разработали тонкий «искусственный лист», который черпает вдохновение в фотосинтезе. В растениях фотосинтез поглощает солнечный свет, воду и углекислый газ (CO 2 ) и превращает их в кислород и сахара. В искусственных листьях на выходе синтез-газ или синтетический газ. Эту смесь водорода и монооксида углерода можно использовать для производства ряда видов топлива с помощью различных промышленных процессов. Можно даже производить бензин и керосин.

«Мы предполагали использовать CO 2 из атмосферы или других промышленных процессов и заливать его в эти типы систем для создания экологически чистого топлива. Вместо того, чтобы выбрасывать больше CO 2 в атмосферу, у нас просто углеродная экономика замкнутого цикла», — говорит Андрей. По сути, они будут использовать заводы по улавливанию углерода, которые в настоящее время развернуты для использования CO 2 в промышленных процессах, и «перерабатывать» его в устойчивые виды топлива.

Исследователи из Кембриджского университета разработали искусственный лист в 2019 году.который имитирует фотосинтез, используя солнечную энергию для создания элементов, которые можно использовать в промышленном производстве различных видов топлива. Фотография: Вирджил Андрей/Кембриджский университет/PA

Команда впервые изготовила искусственный лист в 2019 году, но это была громоздкая конструкция из стекла и металла, стоявшая на столешнице. В этом году, однако, команда объявила о результатах исследования небольшой листовидной структуры, которую исследователи сплавили по реке Кэм. Лист был запечатан в прозрачный пластиковый пакет с газом-прекурсором и водой, а затем оставлен в реке на несколько дней. Затем команда открыла пакет и проверила, какие газы образовались в результате фотосинтеза.

Сами искусственные листья состоят из материалов, называемых перовскитами. Типичный перовскит — природный минерал оксида кальция и титана, также известный как титанат кальция, который был обнаружен в 1839 году в Уральских горах в России немецким минералогом Густавом Розе и назван в честь его русского коллеги Льва Перовского. Современные перовскиты могут иметь различный химический состав, и некоторые из них показали, что они могут функционировать как солнечные элементы.

«Эти материалы очень новые и очень интересные, — говорит Андрей. Лабораторные испытания показывают, что они могут быть более эффективными, чем кремний, используемый в обычных солнечных панелях. Перовскиты могут даже заменить кремний в солнечных панелях будущего, поскольку их проще производить и делать тонкими и гибкими слоями. Еще одним преимуществом является то, что эти материалы производят более высокие токи и напряжения, чем их кремниевые аналоги, что позволяет проводить более энергичные процессы, такие как реакции, которые использовались в исследовании искусственных листьев.


Как бы многообещающе это ни звучало, однако при получении солнечной энергии с поверхности Земли существует одна непреодолимая проблема: атмосфера. Молекулы в нашей атмосфере рассеивают около половины солнечного света из прямого луча. Этот рассеянный свет, отражающийся вокруг, создает знакомое нам голубое небо. В космосе нет атмосферы, поэтому солнечный свет остается неразбавленным. И как выяснили аэрокосмические инженеры в начале космической гонки, поместите на орбиту солнечную панель, и она будет автоматически генерировать примерно в два раза больше энергии, чем эквивалентная панель на Земле. Неудивительно, что инженеры и провидцы десятилетиями мечтали вывести на орбиту спутники, производящие солнечную энергию.

Снижение стоимости отправки оборудования на орбиту — святой Грааль космической солнечной энергетики

Джон Манкинс, бывший физик НАСА

Основной принцип прост. Флот космических кораблей с гигантскими солнечными панелями собирает солнечный свет, преобразует его в энергию, а затем передает эту энергию обратно на Землю. Как передать энергию по беспроводному каналу через космос? Оказывается, мы занимаемся этим десятилетиями. Каждый телекоммуникационный спутник с 1960-х годов использует солнечную панель для выработки электроэнергии, которая затем преобразуется в микроволновый сигнал и отправляется на Землю. На земле антенны преобразуют микроволны обратно в электрическую энергию и считывают сигналы. «Физика, связанная со всей этой цепочкой, точно такая же, как и для космической солнечной энергетики, но ее масштабы совершенно другие», — говорит Санджай Виджендран из Esa, который координирует предлагаемую программу Solaris для изучения возможности космической солнечной энергетики. солнечная энергия.

Каждые несколько десятилетий с начала космической гонки изучается идея космической солнечной энергии. Во всех случаях история была одной и той же: стоимость запуска таких больших спутников непомерно высока. Но теперь все по-другому.

«В 2015 году происходит чудо. Многоразовая ракета Falcon 9 летит впервые», — говорит Джон Манкинс, бывший физик НАСА, а ныне президент Artemis Innovation Management Solutions. Манкинс является экспертом по спутникам на солнечной энергии, он работал над многими технико-экономическими обоснованиями на протяжении десятилетий. С появлением по-настоящему многоразовой ракеты стоимость отправки оборудования на орбиту падает. Вместо того, чтобы стоить около 1000 долларов за запуск каждого килограмма в космос, Манкинс теперь ожидает, что цена снизится до 300 долларов за килограмм. «Это святой Грааль для космической солнечной энергетики. Это не просто возможно когда-нибудь — это неизбежно в ближайшие пять-семь лет», — говорит он.

Другие настроены так же оптимистично. В сентябре 2021 года Frazer-Nash Consultancy опубликовала отчет для правительства Великобритании, в котором делается вывод: «Космическая солнечная энергия технически осуществима, доступна и может принести существенную экономическую выгоду для Великобритании, а также может поддержать пути чистого нуля». В конце августа Европейское космическое агентство опубликовало собственные исследования солнечной энергии из космоса, в которых было сделано аналогичное заключение для всей Европы.