Każdy może zapewnić wszystkim krajom czystą energię i dostarczyć ją w dowolne miejsce na świecie.
Tylko 1,11% światowego zużycia energii w2019 otrzymany z energii słonecznej. Słońce ma ogromny potencjał energetyczny, dlatego naukowcy szukają sposobu na jak najlepsze wykorzystanie jego pełnego potencjału.
Na pierwszy rzut oka energia słoneczna jest prostai oczywisty wybór. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, jego produkcja nie emituje gazów cieplarnianych, które przyspieszają globalne ocieplenie. Konkurencja o zasoby wodne i terytoria również nie stanowi problemu.
Bardziej z politycznego punktu widzenia energia słonecznajedno z najbezpieczniejszych źródeł energii alternatywnej. Poważne konflikty powstały o prawo do dysponowania rezerwami ropy i węgla. W tym sensie energia słoneczna jest uniwersalna, należy do wszystkich i do nikogo jednocześnie.
Dlaczego pozyskiwanie energii słonecznej na Ziemi nie jest wydajne?
Według NASA około 29% energii słonecznejodbite od atmosfery ziemskiej i rozproszone w przestrzeni. Co więcej, kolejne 23% energii słonecznej jest pochłaniane przez parę wodną, ozon i pył przechodząc przez atmosferę. W końcu tylko 48% energii słonecznej dociera do naszej planety.
Dlatego panele słoneczne na Ziemi otrzymują ww najlepszym razie połowa energii pierwotnej ilości. Ale nadal jest problem w samych akumulatorach, ich maksymalna wydajność wynosi około 22%: mówimy o warunkach pozalaboratoryjnych. A co najważniejsze, panele słoneczne działają tylko w ciągu dnia. Dlatego trzeba mieć pomysł, aby otrzymywać energię bezpośrednio ze Słońca, nie będąc na Ziemi.
Jak działa kosmiczna energia słoneczna?
Pomysłem jest kosmiczna energia słoneczna (SBSP).gromadzenie energii słonecznej w kosmosie za pomocą satelitarnych paneli słonecznych. Następnie bezprzewodowo dociera na Ziemię. Według Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) światło słoneczne poza atmosferą jest 11 razy intensywniejsze. Dlatego satelitarne panele słoneczne mogą dostarczyć ogromną ilość energii, której ludzkość nie jest w stanie nawet wydać.
Ponadto panele satelitarne nie są zagrożonezła pogoda i zachód słońca. Z kosmosu urządzenia te będą mogły przesyłać energię w dowolne miejsce na Ziemi, więc wystarczy umieścić satelity na optymalnej orbicie.
Jak rozmieścić panel słoneczny w kosmosie?
Aby uzyskać kosmiczną energię słonecznądostępne, potrzebne są dwie podstawowe technologie. Po pierwsze, pojazdy nośne służące do dostarczania materiałów w przestrzeń kosmiczną muszą być niedrogie i przyjazne dla środowiska. Większość rakiet obecnie używanych do przenoszenia ładunków jest bardzo droga i zanieczyszcza środowisko. Kilka prywatnych firm, w szczególności SpaceX, opracowuje obecnie tanie rakiety wielokrotnego użytku.
Drugi punkt to budowa satelitów słonecznychna orbicie. Aby zebrać wymaganą ilość energii, satelitarne panele słoneczne musiałyby być znacznie większe niż ISS. W rzeczywistości będzie to ogromny statek kosmiczny. Z drugiej strony panele kosmiczne są łatwiejsze w montażu niż ISS.
Czym są satelity słoneczne?
Według badaczy z MinisterstwaEnergia z USA, istnieją dwa rodzaje satelitów, które można stworzyć w celu gromadzenia energii kosmicznej. Oba te typy będą składać się z kolektorów słonecznych, reflektorów i nadajnika. Reflektory to duże lustra, które kierują promieniowanie na małe panele – kolektory – które następnie przekształcają energię słoneczną w energię mikrofalową lub laserową, aby przesłać ją na Ziemię. Stacje odbiorcze na Ziemi będą gromadzić, magazynować i dystrybuować energię.
- Satelity z transmisją mikrofalową
Większą z tych dwóch struktur będą satelity,przesyłanie mikrofal. Zostaną zbudowane z ogromnych reflektorów słonecznych, które kierują energię słoneczną do środka satelity, skąd jest następnie przesyłana na Ziemię w postaci mikrofal. Satelity transmitujące sygnały mikrofalowe będą krążyć wokół Ziemi po orbicie geostacjonarnej na wysokości około 35 000 km - to mniej niż jedna dziesiąta odległości od Księżyca.
Jednak wszystkie takie konstrukcje będą:olbrzymi. Same reflektory słoneczne ważą ponad 80 000 ton i mają średnicę do 3 km. Dzięki swoim rozmiarom satelity mikrofalowe mogą generować gigawaty mocy i zasilać największe miasta na świecie. Ponadto długość fali widma elektromagnetycznego jest stosunkowo duża, więc transmisja energii z takiego satelity będzie tak szybka i intensywna, jak światło słoneczne dociera do Ziemi.
Wystrzelenie, montaż i eksploatacja satelitów,przesyłanie mikrofal - wszystko to jest bardzo drogie. Ich wartość szacuje się na dziesiątki miliardów dolarów. Ze względu na duże rozmiary, dostarczenie wszystkich materiałów zajmie od 40 do 100 startów. Ponadto wielkość ośrodków odbiorczych na Ziemi powinna być skalowalna do wielkości satelitów w kosmosie – o średnicy około 3 do 10 km. A tak duże połacie ziemi są trudne do zagospodarowania i utrzymania.
- Satelity z transmisją laserową
Drugim rodzajem satelitów słonecznych są satelity ztransmisja laserowa – będą miały jedynie około 2 m średnicy. Aby przesyłać energię z powrotem na Ziemię, znajdzie się w nich laser alkaliczny pompowany diodą. Laser może mieć wielkość mniej więcej stołu kuchennego i emitować energię w stronę Ziemi ze skutecznością przekraczającą 50%.
Wystrzelone zostaną satelity z transmisją laserowągrupują się na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) w odległości około 400 km, ponieważ są małe. Produkcja takich urządzeń jest mniej ryzykowna i mniej czasochłonna niż satelitów transmitujących sygnały mikrofalowe. Szacunkowe koszty satelitów z transmisją laserową wahają się od 500 milionów do 1 miliarda dolarów.
Ale ma to też swoje wady.Satelity z transmisją laserową mają mniejszą moc: każda jednostka będzie generować tylko od 1 do 10 MW mocy. Nawet gdyby wystrzelono na raz wiele urządzeń, nie byłyby one w stanie dorównać mocy, jaką zapewniają satelity z transmisją mikrofalową. A ponieważ moc jest niższa, przesyłanie energii przez ciężkie chmury i deszcz będzie trudniejsze.
Wystrzelenie paneli słonecznych w kosmos pomoże rozwiązać problemnie tylko problemy energetyczne, ale także konflikty społeczne i polityczne. Obecnie wiele krajów jest uzależnionych od dostaw paliw kopalnych, a ograniczone dostawy ropy naftowej i węgla powodują poważne konflikty międzynarodowe. Energia słoneczna pomoże zapewnić niezależność energetyczną. Energia ta może być również eksportowana do niemal każdego miejsca na świecie.
Czytaj więcej:
Wewnątrz Ziemi jest inna „planeta”: jak uratowała rodzące się życie
Fuzja jądrowa nie wymaga już milionów stopni: jak działa nowa metoda
Nowe badanie obala teorię transferu energii świetlnej