Europeiske forskere avduker plan for å høste solens energi i verdensrommet

De European Space Agency (ESA) har avduket en plan for å høste solens energi i verdensrommet og stråle den tilbake til jorden. Teknologien, som fortsatt er i begynnelsen, tar sikte på å utvikle en 15 km² lang rombasert solkraftstruktur (SBSP) som går i bane 35 786 km over jorden for å skape en fornybar grunnlastkapasitet som ligner på kjernekraftverk.

ESA foreslo SOLARIS i august som et forberedende teknologiutviklings- og modningsprogram for å fremme nøkkelaspekter ved konseptet med SBSP-anlegg.

Utviklingen av SBSP kan tillate Europa en måte å bli drevet av gigantiske flytende solcellepaneler som kretser rundt jordens akse. Gjennom dette vil kontinentet utvide den teknologiske toppmoderne i et mangfoldig sett med nøkkelteknologier som er relevante for jord- og romapplikasjoner, som høyeffektive solceller, trådløs kraftoverføring og robotmontering i bane.

“[Such a project] vil sikre at Europa blir en nøkkelspiller – og potensielt leder – i det internasjonale kappløpet mot skalerbare rene energiløsninger for å dempe klimaendringer, sa ESA.

Hvordan virker det

Rombasert solkraft er konseptet med å samle solenergi med et romfartøy i jordens bane og distribuere den til jorden. I motsetning til terrestriske systemer, har SBSP fordelen av å samle solenergi i rommet, og generere en høyere innsamlingshastighet gitt mangelen på en diffuserende atmosfære og en lengre oppsamlingsperiode ved å plassere en solfanger i et kretsende sted.

Systemet konverterer sollyset til elektrisitet, som sendes til jord trådløst, mest sannsynlig av radiofrekvensbølger. Energistrålen må være nøyaktig og pålitelig og beholde like mye kraft som den beveger seg gjennom jordens atmosfære. Ett system vil ha en kapasitet på 2 GW på en enkelt bakkeposisjon eller 500 MW eller mindre på flere bakkeplasseringer.

“Tatt i betraktning klima- og energikrisene og de raske fremskritt vi gjør når det gjelder romkapasitet, er det nå på tide å undersøke om rombasert solenergi kan være en del av løsningen – det er den ansvarlige tingen å gjøre,” sa Sanjay Vijendran, ESAs leder for SOLARIS-forslaget.

Hvis forskere kan komme i nærheten av den teoretiske overføringseffektiviteten, kan de omtrent produsere 400 W elektrisitet per kvadratmeter på mottakere på jorden. Dette vil utgjøre omtrent to til tre ganger beløpet som mottas fra samme område av det jordbaserte PV-panelet, og som en grønn energikilde kan SBSP gi grønn strøm til nettet 24/7.

Et SBSP-system består av tre hovedsegmenter: romsegmentet, bakkesegmentet og oppskytningssegmentet. Romsegmentet inneholder plattformen i bane, sammensatt av elementer som reflektorer, energikonvertering og trådløse kraftoverføringssystemer. Bakkesegmentet inneholder alle elementene som trengs for å motta, konvertere og overføre energien til jordnettet. Oppskytningssegmentet omfatter oppskytningssystemene for å levere infrastrukturen i baner, for eksempel tunge gjenbrukbare utskytere eller orbitale overføringskjøretøyer.

Fordeler med SBSP

SBSP ville ikke konkurrere med jordbaserte solkraftverk, men snarere utfylle dem. I motsetning til jordbaserte solkraftverk, vil SBSP gi kontinuerlig, stabil, baselast (ikke-intermitterende) kraft til et elektrisk nett tilsvarende kjernekraftverk, vannkraftverk, kull- og gasskraftverk.

Områdene som er dedikert til å motta kraften som sendes fra de kretsende kraftgenereringssatellittene kan være på land eller sjø og forventes å kunne brukes parallelt for andre applikasjoner, for eksempel landbruk, eller kombinert med en bakke-sol- eller vindpark i bruksskala . Dette vil potensielt muliggjøre maksimering av kraftproduksjon fra områder som allerede er avsatt til fornybar kraftproduksjonsformål.

Tekniske utfordringer

SBSP-teknologier er fortsatt i sine veldig tidlige utviklingsstadier, og faktorer som relativt høye forhåndskostnader for implementering og skepsis fra beslutningstakere har så langt begrenset utviklingen deres.

Bruken av trådløse nettverk for å muliggjøre drift av et komplekst og stort system i verdensrommet representerer en stor teknologisk utfordring. Implementering av konvensjonell kablet dataledningsarkitektur vil øke systemmassen betydelig og komplisere elementenes grensesnitt. Rundt to millioner komponenter vil måtte overvåkes og kontrolleres trådløst, inkludert sensorer og aktuatorer, og slike store trådløse sensor-aktuator-nettverk eksisterer ikke i denne formen.

Dessuten vil det være behov for betydelige utviklinger innen sendeantenneteknologier for å forbedre effektiviteten og massen for å muliggjøre høyeffektiv, langdistanse trådløs kraftoverføring. Rimelige løfteraketter med høy kadens og tungløft er også nødvendige for å aktivere SBSP. Selv med de største og kraftigste utskytningsrampene som er tilgjengelige i dag, vil det fortsatt kreve en svært høy utskytningsfrekvens og en drastisk reduksjon av utskytningskostnadene for å levere den infrastrukturen som er nødvendig for en fullt operativ SBSP.

I følge ESA tror romeksperter at innen 2040 vil gjenbrukbare oppskytningssystemer, som vil utføre flylignende tjenester (oppskyting, lande, fylle drivstoff, oppskyting igjen), være tilgjengelig på markedet, og dermed med potensial til å muliggjøre SBSP.

ESA skal diskutere SOLARIS-prosjektet i november.

I juli, Storbritannias regjering annonsert et tilskudd på 3 millioner pund (~4 millioner dollar) til rombaserte solenergiprosjekter for å samle inn solens energi ved hjelp av solcellepaneler som kretser rundt jorden.

I fjor kom forskere ved National Renewable Energy Laboratory sa de ville sende perovskittsolceller ut i verdensrommet for å evaluere deres potensielle bruk i verdensrommet og vurdere holdbarheten til materialene som ble brukt for å senke kostnadene for spesialiserte solcellepaneler for å generere elektrisitet i verdensrommet.