พลังงานโดยตรงจากดวงอาทิตย์: จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณปล่อยแผงโซลาร์เซลล์สู่อวกาศ

การจัดหาพลังงานสะอาดให้กับทุกประเทศและส่งมอบได้ทุกที่ในโลกจะสามารถทําได้

แผงโซลาร์เซลล์ตามที่ผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก

เพียง 1.11% ของการใช้พลังงานทั่วโลกใน2019 ได้รับจากพลังงานแสงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์มีศักยภาพด้านพลังงานมหาศาล ดังนั้นนักวิจัยจึงมองหาวิธีที่จะใช้ศักยภาพของดวงอาทิตย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด

เมื่อมองแวบแรก พลังงานแสงอาทิตย์เป็นเรื่องง่ายและทางเลือกที่ชัดเจน ต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิล การผลิตไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เร่งภาวะโลกร้อน การแข่งขันเพื่อทรัพยากรน้ำและดินแดนก็ไม่เป็นปัญหาเช่นกัน

จากมุมมองทางการเมืองพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานทางเลือกที่ปลอดภัยที่สุดมีความขัดแย้งครั้งใหญ่เกี่ยวกับสิทธิในการกําจัดน้ํามันและถ่านหินสํารองในแง่นี้พลังงานแสงอาทิตย์เป็นสากลมันเป็นของทุกคนและไม่มีใครในเวลาเดียวกัน

เหตุใดจึงไม่มีประสิทธิภาพในการรับพลังงานแสงอาทิตย์บนโลก?

จากข้อมูลของ NASA ประมาณ 29% ของพลังงานแสงอาทิตย์สะท้อนกลับจากชั้นบรรยากาศของโลกและกระจัดกระจายไปในอวกาศ ยิ่งไปกว่านั้น พลังงานแสงอาทิตย์อีก 23% ถูกไอน้ำ โอโซน และฝุ่นดูดกลืนเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศ ท้ายที่สุดแล้วมีพลังงานแสงอาทิตย์เพียง 48% เท่านั้นที่มาถึงโลกของเรา

ดังนั้น แผงโซลาร์เซลล์บนโลกจึงได้รับอย่างดีที่สุด พลังงานครึ่งหนึ่งจากปริมาณเดิม แต่ยังมีปัญหาในตัวแบตเตอรี่ ประสิทธิภาพสูงสุดประมาณ 22%: เรากำลังพูดถึงสภาวะที่ไม่ใช่ในห้องปฏิบัติการ และที่สำคัญที่สุด แผงโซลาร์เซลล์จะทำงานในช่วงเวลากลางวันเท่านั้น ดังนั้น คุณจึงต้องมีความคิดที่จะรับพลังงานโดยตรงจากดวงอาทิตย์ในขณะที่ไม่ได้อยู่บนโลก

พลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทำงานอย่างไร

Space Solar Power (SBSP) เป็นแนวคิดในการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศโดยใช้แผงโซลาร์เซลล์ดาวเทียมจากข้อมูลขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) แสงแผงโซลาร์เซลล์นอกชั้นบรรยากาศมีความรุนแรงมากกว่า 11 เท่าเพื่อให้พลังงานจํานวนมหาศาลที่มนุษยชาติไม่สามารถแม้แต่จะใช้จ่ายได้

นอกจากนี้แผงดาวเทียมยังไม่ถูกคุกคามสภาพอากาศเลวร้ายและพระอาทิตย์ตก จากอวกาศ อุปกรณ์เหล่านี้จะสามารถส่งพลังงานไปยังที่ใดก็ได้บนโลก ดังนั้นคุณเพียงแค่ต้องทำให้ดาวเทียมอยู่ในวงโคจรที่เหมาะสมที่สุด

วิธีการปรับใช้แผงโซลาร์เซลล์ในอวกาศ?

เพื่อให้พลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศมีราคาไม่แพงจําเป็นต้องมีเทคโนโลยีหลักสองอย่างประการแรกยานพาหนะปล่อยเพื่อส่งวัสดุขึ้นสู่อวกาศต้องมีราคาไม่แพงและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมจรวดส่วนใหญ่ที่ใช้ส่งน้ําหนักบรรทุกในปัจจุบันมีราคาแพงมากและก่อให้เกิดมลพิษบริษัทเอกชนหลายแห่ง โดยเฉพาะ SpaceX กําลังพัฒนาจรวดที่ใช้ซ้ําได้ราคาถูก

จุดที่สองคือการสร้างดาวเทียมสุริยะในวงโคจร ในการเก็บเกี่ยวพลังงานตามที่ต้องการ แผงโซลาร์ดาวเทียมจะต้องมีขนาดใหญ่กว่าสถานีอวกาศนานาชาติมาก ในความเป็นจริงมันจะเป็นยานอวกาศขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน แผงอวกาศประกอบได้ง่ายกว่า ISS

ดาวเทียมสุริยะคืออะไร?

ตามที่นักวิจัยจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา มีดาวเทียมสองประเภทที่สามารถสร้างขึ้นเพื่อรวบรวมพลังงานอวกาศ ทั้งสองประเภทนี้จะประกอบด้วยตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวสะท้อนแสง และเครื่องส่ง รีเฟล็กเตอร์เป็นกระจกเงาขนาดใหญ่ที่จะส่งรังสีไปยังแผงขนาดเล็ก - ตัวสะสม - ซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไมโครเวฟหรือพลังงานเลเซอร์เพื่อส่งไปยังโลก การรับสถานีบนโลกจะรวบรวม จัดเก็บ และแจกจ่ายพลังงาน

• ดาวเทียมพร้อมระบบส่งไมโครเวฟ

โครงสร้างที่ใหญ่กว่าของทั้งสองนี้จะเป็นดาวเทียมส่งไมโครเวฟ พวกเขาจะทำจากแผ่นสะท้อนแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่นำพลังงานแสงอาทิตย์ไปยังศูนย์กลางของดาวเทียม จากนั้นจะถูกส่งไปยังโลกในรูปของไมโครเวฟ ดาวเทียมที่ส่งสัญญาณไมโครเวฟจะโคจรรอบโลกในวงโคจรค้างฟ้าที่ระดับความสูงประมาณ 35,000 กม. ซึ่งน้อยกว่าหนึ่งในสิบของระยะทางจากดวงจันทร์

อย่างไรก็ตาม สิ่งก่อสร้างดังกล่าวทั้งหมดจะใหญ่. แผ่นสะท้อนแสงแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวจะมีน้ำหนักมากกว่า 80,000 เมตริกตัน โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 3 กม. ด้วยขนาดที่ใหญ่มาก ดาวเทียมไมโครเวฟจึงสามารถสร้างพลังงานได้หลายกิกะวัตต์และให้พลังงานแก่เมืองใหญ่ๆ ของโลก นอกจากนี้ ความยาวคลื่นของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ดังนั้นการส่งพลังงานจากดาวเทียมดังกล่าวจะเร็วและรุนแรงพอๆ กับแสงอาทิตย์ที่ส่องมายังโลก

การเปิดตัว การประกอบและการทำงานของดาวเทียมส่งไมโครเวฟ - ทั้งหมดนี้มีราคาแพงมาก มูลค่าของพวกเขาอยู่ที่ประมาณหลายหมื่นล้านดอลลาร์ เนื่องจากมีขนาดใหญ่ จึงต้องใช้การเปิดตัว 40 ถึง 100 ครั้งเพื่อส่งมอบวัสดุทั้งหมด นอกจากนี้ ขนาดของศูนย์รับสัญญาณบนโลกควรปรับขนาดได้เท่ากับขนาดของดาวเทียมในอวกาศ ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3 ถึง 10 กม. และที่ดินผืนใหญ่เช่นนี้ยากต่อการพัฒนาและบำรุงรักษา

• ดาวเทียมส่งสัญญาณเลเซอร์

ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทที่สองคือดาวเทียมที่ส่งด้วยเลเซอร์ซึ่งจะเป็นเพื่อส่งพลังงานกลับมายังโลกเลเซอร์อัลคาไลน์แบบปั๊มไดโอดสามารถมีขนาดประมาณโต๊ะในครัวและแผ่พลังงานมายังโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า 50%

ดาวเทียมลําแสงเลเซอร์จะถูกปล่อยเป็นกลุ่มสู่วงโคจรต่ําของโลก (LEO) ที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 400 กม. เนื่องจากมีขนาดเล็กการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าวไม่มีความเสี่ยงและใช้เวลาน้อยกว่าเมื่อเทียบกับดาวเทียมที่ส่งสัญญาณไมโครเวฟประมาณการค่าใช้จ่ายของดาวเทียมเลเซอร์ช่วยมีตั้งแต่ 500 ล้านดอลลาร์ถึง 1 พันล้านดอลลาร์

ดาวเทียมที่มีการส่งสัญญาณเลเซอร์มีประสิทธิภาพน้อยกว่า: แต่ละหน่วยจะเป็นผลิตไฟฟ้าได้เพียง 1 ถึง 10 เมกะวัตต์แม้ว่าคุณจะใช้งานอุปกรณ์จํานวนมากพร้อมกัน แต่ก็ไม่สามารถจับคู่พลังงานที่มีให้ได้และเนื่องจากพลังงานต่ําลงก็จะเป็นการส่งพลังงานผ่านเมฆและฝนหนักทําได้ยากกว่า

การเปิดตัวแผงโซลาร์เซลล์สู่อวกาศจะช่วยแก้ปัญหาไม่เพียงแต่ปัญหาด้านพลังงานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความขัดแย้งทางสังคมและการเมืองด้วย ปัจจุบัน หลายประเทศต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล และอุปทานน้ำมันและคาร์บอนอย่างจำกัดกำลังก่อให้เกิดความขัดแย้งระหว่างประเทศอย่างร้ายแรง พลังงานแสงอาทิตย์จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเป็นอิสระของพลังงาน นอกจากนี้ พลังงานนี้สามารถส่งออกได้เกือบทุกที่ในโลก

อ่านเพิ่มเติม:

มี "ดาวเคราะห์" ดวงอื่นในโลก: ช่วยชีวิตที่เพิ่งตั้งไข่ได้อย่างไร

นิวเคลียร์ฟิวชันไม่ต้องการหลายล้านองศาอีกต่อไป: วิธีการใหม่นี้ทำงานอย่างไร

การศึกษาใหม่หักล้างทฤษฎีการถ่ายโอนพลังงานแสง