الطاقة مباشرة من الشمس: ماذا يحدث إذا أطلقت لوحة شمسية في الفضاء

يمكن للجميع تزويد جميع البلدان بالطاقة النظيفة وتوصيلها إلى أي مكان في العالم.

الألواح الشمسية، كما يقول الخبراء والعلماء حول العالم.

1.11٪ فقط من استهلاك الطاقة العالمي في2019 وردت من الطاقة الشمسية. تتمتع الشمس بقدرة هائلة على الطاقة ، لذلك يبحث الباحثون عن طريقة لتحقيق أقصى استفادة من إمكاناتها الكاملة.

للوهلة الأولى ، الطاقة الشمسية بسيطةوالاختيار الواضح. على عكس الوقود الأحفوري ، فإن إنتاجه لا ينبعث منه غازات الدفيئة التي تسرع الاحترار العالمي. التنافس على موارد المياه والأراضي ليس مشكلة أيضًا.

أكثر من وجهة نظر سياسية الطاقة الشمسيةأحد أكثر مصادر الطاقة البديلة أمانًا. نشأت صراعات كبيرة حول الحق في التصرف في احتياطيات النفط والفحم. وبهذا المعنى، فإن الطاقة الشمسية عالمية، فهي ملك للجميع وليس لأحد في نفس الوقت.

ما سبب عدم كفاءة تلقي الطاقة الشمسية على الأرض؟

وفقًا لوكالة ناسا ، ما يقرب من 29٪ من الطاقة الشمسيةتنعكس من الغلاف الجوي للأرض وتنتشر في الفضاء. علاوة على ذلك ، يتم امتصاص 23٪ أخرى من الطاقة الشمسية بواسطة بخار الماء والأوزون والغبار أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي. بعد كل شيء ، فقط 48٪ من الطاقة الشمسية تصل إلى كوكبنا.

لذلك ، تستقبل الألواح الشمسية على الأرضفي أحسن الأحوال ، نصف طاقة الكمية الأصلية. ولكن لا تزال هناك مشكلة في البطاريات نفسها ، حيث تبلغ كفاءتها القصوى حوالي 22٪: نحن نتحدث عن الظروف غير المختبرية. والأهم من ذلك ، أن الألواح الشمسية تعمل فقط خلال ساعات النهار. لذلك ، يجب أن يكون لديك فكرة لتلقي الطاقة مباشرة من الشمس ، بينما لا تكون على الأرض.

كيف تعمل الطاقة الشمسية الفضائية؟

الطاقة الشمسية الفضائية (SBSP) هي فكرةجمع الطاقة الشمسية في الفضاء باستخدام الألواح الشمسية الفضائية. ومن ثم يصل لاسلكيًا إلى الأرض. وفقا لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، فإن ضوء الشمس يكون أكثر كثافة بـ 11 مرة خارج الغلاف الجوي. لذلك، يمكن للألواح الشمسية الفضائية أن توفر كمية هائلة من الطاقة التي لا تستطيع البشرية حتى إنفاقها.

بالإضافة إلى ذلك ، لوحات الأقمار الصناعية ليست مهددةسوء الاحوال الجوية وغروب الشمس. ستكون هذه الأجهزة قادرة على نقل الطاقة من الفضاء إلى أي مكان على الأرض ، لذلك ما عليك سوى وضع الأقمار الصناعية في مدار مثالي.

كيف تنشر لوحة شمسية في الفضاء؟

لصنع الطاقة الشمسية الفضائيةفي متناول الجميع، هناك حاجة إلى تقنيتين أساسيتين. أولاً، يجب أن تكون مركبات الإطلاق المخصصة لتوصيل المواد إلى الفضاء غير مكلفة وصديقة للبيئة. معظم الصواريخ المستخدمة حاليًا لإيصال الحمولات باهظة الثمن وتلوث البيئة. وتقوم العديد من الشركات الخاصة، وأبرزها شركة سبيس إكس، الآن بتطوير صواريخ منخفضة التكلفة وقابلة لإعادة الاستخدام.

النقطة الثانية هي بناء الأقمار الصناعية الشمسيةفى مدار. للحصول على الكمية المطلوبة من الطاقة ، يجب أن تكون الألواح الشمسية الساتلية أكبر بكثير من محطة الفضاء الدولية. في الواقع ، ستكون سفينة فضاء ضخمة. من ناحية أخرى ، لوحات الفضاء أسهل في التجميع من محطة الفضاء الدولية.

ما هي الأقمار الصناعية الشمسية؟

بحسب باحثين من الوزارةطاقة الولايات المتحدة ، هناك نوعان من الأقمار الصناعية التي يمكن إنشاؤها لتجميع الطاقة الفضائية. سيتألف كلا النوعين من مجمعات شمسية وعاكسات وجهاز إرسال. العاكسات عبارة عن مرايا كبيرة توجه الإشعاع إلى الألواح الصغيرة - المجمعات - والتي تحول الطاقة الشمسية بعد ذلك إلى طاقة ميكروويف أو طاقة ليزر لنقلها إلى الأرض. ستقوم محطات الاستقبال الموجودة على الأرض بجمع الطاقة وتخزينها وتوزيعها.

• الأقمار الصناعية مع انتقال الميكروويف

سيكون أكبر هذين الهيكلين هو الأقمار الصناعية ،يحيل المايكرويف. سيتم تصنيعها من عاكسات شمسية ضخمة توجه الطاقة الشمسية إلى مركز القمر الصناعي ، حيث يتم نقلها بعد ذلك إلى الأرض على شكل موجات دقيقة. ستدور الأقمار الصناعية التي تنقل إشارات الميكروويف حول الأرض في مدار ثابت بالنسبة للأرض على ارتفاع حوالي 35000 كيلومتر - أي أقل بقليل من عُشر المسافة من القمر.

ومع ذلك ، فإن كل هذه الإنشاءاتتسربت. سوف تزن عاكسات الطاقة الشمسية وحدها أكثر من 80000 طن متري بقطر يصل إلى 3 كيلومترات. بفضل حجمها الهائل ، يمكن للأقمار الصناعية التي تعمل بالموجات الدقيقة أن تولد جيجاوات من الطاقة وتزود المدن الكبرى في العالم بالطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطول الموجي للطيف الكهرومغناطيسي كبير نسبيًا ، وبالتالي فإن نقل الطاقة من هذا القمر الصناعي سيكون سريعًا ومكثفًا مثل وصول ضوء الشمس إلى الأرض.

إطلاق وتجميع وتشغيل الأقمار الصناعية ،نقل الموجات الدقيقة - كل هذا مكلف للغاية. تقدر قيمتها بعشرات المليارات من الدولارات. نظرًا للحجم الكبير ، سوف يستغرق الأمر من 40 إلى 100 عملية إطلاق لتوصيل جميع المواد. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون حجم مراكز الاستقبال على الأرض قابلاً للتكيف مع حجم الأقمار الصناعية في الفضاء - يبلغ قطرها حوالي 3 إلى 10 كيلومترات. ويصعب تطوير وصيانة مساحات شاسعة من الأرض.

• الأقمار الصناعية مع إرسال الليزر

النوع الثاني من الأقمار الصناعية الشمسية هي الأقمار الصناعية ذاتنقل الليزر - سيكون قطرها حوالي 2 متر فقط. ومن أجل نقل الطاقة مرة أخرى إلى الأرض، سوف تحتوي على ليزر قلوي يتم ضخه بواسطة الصمام الثنائي. يمكن أن يكون حجم الليزر بحجم طاولة المطبخ تقريبًا ويشع طاقة إلى الأرض بكفاءة تزيد عن 50%.

سيتم إطلاق الأقمار الصناعية مع إرسال الليزرمجموعات في مدار أرضي منخفض (LEO) على بعد حوالي 400 كيلومتر، نظرًا لصغر حجمها. ويعد إنتاج مثل هذه الأجهزة أقل خطورة واستهلاكًا للوقت من الأقمار الصناعية التي تنقل إشارات الموجات الدقيقة. تتراوح تقديرات تكلفة أقمار إرسال الليزر من 500 مليون دولار إلى مليار دولار.

ولكن لها أيضا سلبياتها.تعتبر أقمار إرسال الليزر أقل قوة: كل وحدة ستولد فقط من 1 إلى 10 ميجاوات من الطاقة. وحتى لو تم إطلاق العديد من الأجهزة في وقت واحد، فلن تتمكن من مجاراة الطاقة التي توفرها الأقمار الصناعية لنقل الموجات الدقيقة. وبما أن الطاقة أقل، سيكون من الصعب نقل الطاقة عبر السحب الكثيفة والأمطار.

سيساعد إطلاق الألواح الشمسية في الفضاء في حل المشكلةليس فقط مشاكل الطاقة ، ولكن أيضًا النزاعات الاجتماعية والسياسية. حاليًا ، تعتمد العديد من البلدان على إمدادات الوقود الأحفوري ، وتتسبب الإمدادات المحدودة من النفط والكربون في صراعات دولية خطيرة. ستساعد الطاقة الشمسية على ضمان استقلالية الطاقة. أيضًا ، يمكن تصدير هذه الطاقة إلى أي مكان في العالم تقريبًا.

قراءة المزيد:

هناك "كوكب" آخر داخل الأرض: كيف أنقذ الحياة الوليدة

لم يعد الاندماج النووي بحاجة إلى ملايين الدرجات: كيف تعمل الطريقة الجديدة

دراسة جديدة تدحض نظرية نقل الطاقة الضوئية