Ο καθένας μπορεί να παρέχει σε όλες τις χώρες καθαρή ενέργεια και να την παραδώσει οπουδήποτε στον κόσμο.
Μόνο το 1,11% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας2019 που ελήφθη από την ηλιακή ενέργεια. Ο ήλιος έχει τεράστιο ενεργειακό δυναμικό, επομένως οι ερευνητές αναζητούν έναν τρόπο να αξιοποιήσουν στο έπακρο τις δυνατότητές του.
Με την πρώτη ματιά, η ηλιακή ενέργεια είναι απλήκαι η προφανής επιλογή. Σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα, η παραγωγή του δεν εκπέμπει αέρια θερμοκηπίου που επιταχύνουν την υπερθέρμανση του πλανήτη. Ο ανταγωνισμός για υδάτινους πόρους και εδάφη δεν είναι επίσης πρόβλημα.
Περισσότερα από πολιτική άποψη η ηλιακή ενέργειαμια από τις ασφαλέστερες πηγές εναλλακτικής ενέργειας. Μεγάλες συγκρούσεις προέκυψαν σχετικά με το δικαίωμα διάθεσης αποθεμάτων πετρελαίου και άνθρακα. Υπό αυτή την έννοια, η ηλιακή ενέργεια είναι καθολική, ανήκει σε όλους και σε κανέναν ταυτόχρονα.
Γιατί δεν είναι αποδοτική η λήψη ηλιακής ενέργειας στη Γη;
Σύμφωνα με τη NASA, περίπου το 29% της ηλιακής ενέργειαςαντανακλάται πίσω από την ατμόσφαιρα της γης και διασκορπίζεται στο διάστημα. Επιπλέον, ένα άλλο 23% της ηλιακής ενέργειας απορροφάται από τους υδρατμούς, το όζον και τη σκόνη καθώς διέρχεται από την ατμόσφαιρα. Άλλωστε μόνο το 48% της ηλιακής ενέργειας φτάνει στον πλανήτη μας.
Επομένως, τα ηλιακά πάνελ στη Γη δέχονταιστην καλύτερη περίπτωση, η μισή ενέργεια από την αρχική ποσότητα. Αλλά εξακολουθεί να υπάρχει ένα πρόβλημα στις ίδιες τις μπαταρίες, η μέγιστη απόδοσή τους είναι περίπου 22%: μιλάμε για μη εργαστηριακές συνθήκες. Και το πιο σημαντικό, τα ηλιακά πάνελ λειτουργούν μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Επομένως, πρέπει να έχετε μια ιδέα για να λαμβάνετε ενέργεια απευθείας από τον Ήλιο, ενώ δεν βρίσκεστε στη Γη.
Πώς λειτουργεί η διαστημική ηλιακή ενέργεια;
Το Space Solar Power (SBSP) είναι μια ιδέασυλλογή ηλιακής ενέργειας στο διάστημα χρησιμοποιώντας δορυφορικά ηλιακά πάνελ. Στη συνέχεια, φτάνει ασύρματα στη Γη. Σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA), το φως από τον Ήλιο είναι 11 φορές πιο έντονο έξω από την ατμόσφαιρα. Επομένως, οι δορυφορικοί ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να παρέχουν μια τεράστια ποσότητα ενέργειας που η ανθρωπότητα δεν μπορεί καν να ξοδέψει.
Επιπλέον, οι δορυφορικοί πίνακες δεν απειλούνταικακοκαιρία και ηλιοβασίλεμα. Από το διάστημα, αυτές οι συσκευές θα μπορούν να μεταδίδουν ενέργεια σε οποιοδήποτε μέρος στη Γη, επομένως χρειάζεται μόνο να βάλετε τους δορυφόρους σε μια βέλτιστη τροχιά.
Πώς να αναπτύξετε ένα ηλιακό πάνελ στο διάστημα;
Για να γίνει διαστημική ηλιακή ενέργειαπροσιτές, χρειάζονται δύο βασικές τεχνολογίες. Πρώτον, τα οχήματα εκτόξευσης για την παράδοση υλικών στο διάστημα πρέπει να είναι φθηνά και φιλικά προς το περιβάλλον. Οι περισσότεροι από τους πύραυλους που χρησιμοποιούνται σήμερα για την παράδοση ωφέλιμου φορτίου είναι πολύ ακριβοί και ρυπαίνουν το περιβάλλον. Αρκετές ιδιωτικές εταιρείες, ιδίως η SpaceX, αναπτύσσουν τώρα χαμηλού κόστους, επαναχρησιμοποιήσιμους πυραύλους.
Το δεύτερο σημείο είναι η κατασκευή ηλιακών δορυφόρωνσε τροχιά. Για να συλλέξουν την απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας, οι δορυφορικοί ηλιακοί συλλέκτες θα πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτεροι από τον ISS. Στην πραγματικότητα, θα είναι ένα τεράστιο διαστημόπλοιο. Από την άλλη πλευρά, τα διαστημικά πάνελ συναρμολογούνται ευκολότερα από το ISS.
Τι είναι οι ηλιακοί δορυφόροι;
Σύμφωνα με ερευνητές του ΥπΕνέργεια των ΗΠΑ, υπάρχουν δύο τύποι δορυφόρων που μπορούν να δημιουργηθούν για τη συλλογή διαστημικής ενέργειας. Και οι δύο αυτοί τύποι θα αποτελούνται από ηλιακούς συλλέκτες, ανακλαστήρες και έναν πομπό. Οι ανακλαστήρες είναι μεγάλοι καθρέφτες που θα κατευθύνουν την ακτινοβολία σε μικρά πάνελ - συλλέκτες - τα οποία στη συνέχεια μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ενέργεια μικροκυμάτων ή λέιζερ για να τη μεταδώσουν στη Γη. Οι σταθμοί λήψης στη Γη θα συλλέγουν, θα αποθηκεύουν και θα διανέμουν ενέργεια.
- Δορυφόροι με μετάδοση μικροκυμάτων
Η μεγαλύτερη από αυτές τις δύο δομές θα είναι οι δορυφόροι,μετάδοση μικροκυμάτων. Θα κατασκευαστούν από τεράστιους ηλιακούς ανακλαστήρες που κατευθύνουν την ηλιακή ενέργεια στο κέντρο του δορυφόρου, από όπου στη συνέχεια μεταδίδεται στη Γη με τη μορφή μικροκυμάτων. Οι δορυφόροι που εκπέμπουν σήματα μικροκυμάτων θα περιφέρονται γύρω από τη Γη σε γεωστατική τροχιά σε υψόμετρο περίπου 35.000 km - αυτό είναι λίγο λιγότερο από το ένα δέκατο της απόστασης από τη Σελήνη.
Ωστόσο, όλες αυτές οι κατασκευές θατεράστιος. Μόνο οι ηλιακοί ανακλαστήρες θα ζυγίζουν πάνω από 80.000 μετρικούς τόνους με διάμετρο έως και 3 km. Χάρη στο τεράστιο μέγεθός τους, οι δορυφόροι μικροκυμάτων θα μπορούσαν να παράγουν γιγαβάτ ενέργειας και να τροφοδοτήσουν τις μεγάλες πόλεις του κόσμου. Επιπλέον, το μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είναι σχετικά μεγάλο, επομένως η μετάδοση ενέργειας από έναν τέτοιο δορυφόρο θα είναι τόσο γρήγορη και έντονη όσο το ηλιακό φως φτάνει στη Γη.
Εκτόξευση, συναρμολόγηση και λειτουργία δορυφόρων,μετάδοση μικροκυμάτων - όλα αυτά είναι πολύ ακριβά. Η αξία τους υπολογίζεται σε δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια. Λόγω του μεγάλου μεγέθους, θα χρειαστούν 40 έως 100 εκτοξεύσεις για να παραδοθούν όλα τα υλικά. Επιπλέον, το μέγεθος των κέντρων λήψης στη Γη θα πρέπει να είναι κλιμακωτό στο μέγεθος των δορυφόρων στο διάστημα—περίπου 3 έως 10 km σε διάμετρο. Και τέτοιες μεγάλες εκτάσεις γης είναι δύσκολο να αναπτυχθούν και να διατηρηθούν.
- Δορυφόροι με μετάδοση λέιζερ
Ο δεύτερος τύπος ηλιακών δορυφόρων είναι δορυφόροι μεμετάδοση λέιζερ - θα έχουν διάμετρο μόνο περίπου 2 m. Για να μεταφέρουν ενέργεια πίσω στη Γη, θα στεγάσουν ένα αλκαλικό λέιζερ αντλούμενο από διόδους. Το λέιζερ μπορεί να έχει περίπου το μέγεθος ενός τραπεζιού κουζίνας και να εκπέμπει ενέργεια στη Γη με απόδοση άνω του 50%.
Θα εκτοξευθούν δορυφόροι με μετάδοση λέιζερομάδες σε χαμηλή γήινη τροχιά (LEO) σε περίπου 400 km, δεδομένου ότι είναι μικρά σε μέγεθος. Η παραγωγή τέτοιων συσκευών είναι λιγότερο επικίνδυνη και λιγότερο χρονοβόρα από τους δορυφόρους που μεταδίδουν σήματα μικροκυμάτων. Οι εκτιμήσεις κόστους για δορυφόρους μετάδοσης λέιζερ κυμαίνονται από 500 εκατομμύρια δολάρια έως 1 δισεκατομμύριο δολάρια.
Έχει όμως και τα αρνητικά του.Οι δορυφόροι μετάδοσης λέιζερ είναι λιγότερο ισχυροί: κάθε μονάδα θα παράγει μόνο 1 έως 10 MW ισχύος. Ακόμα κι αν πολλές συσκευές εκτοξεύονταν ταυτόχρονα, δεν θα μπορούσαν να ταιριάξουν με την ισχύ που παρέχουν οι δορυφόροι μετάδοσης μικροκυμάτων. Και δεδομένου ότι η ισχύς είναι χαμηλότερη, θα είναι πιο δύσκολη η μετάδοση ενέργειας μέσω βαρέων σύννεφων και βροχής.
Η εκτόξευση ηλιακών συλλεκτών στο διάστημα θα βοηθήσει στην επίλυσηόχι μόνο ενεργειακά προβλήματα, αλλά και κοινωνικές και πολιτικές συγκρούσεις. Επί του παρόντος, πολλές χώρες εξαρτώνται από τις προμήθειες ορυκτών καυσίμων και οι περιορισμένες προμήθειες πετρελαίου και άνθρακα προκαλούν σοβαρές διεθνείς συγκρούσεις. Η ηλιακή ενέργεια θα συμβάλει στη διασφάλιση της ενεργειακής ανεξαρτησίας. Επίσης, αυτή η ενέργεια μπορεί να εξαχθεί σχεδόν σε οποιοδήποτε μέρος του κόσμου.
Διαβάστε περισσότερα:
Υπάρχει ένας άλλος «πλανήτης» μέσα στη Γη: πώς έσωσε την εκκολαπτόμενη ζωή
Η πυρηνική σύντηξη δεν χρειάζεται πλέον εκατομμύρια βαθμούς: πώς λειτουργεί η νέα μέθοδος
Νέα μελέτη διαψεύδει τη θεωρία μεταφοράς φωτεινής ενέργειας