Забезпечити всі країни екологічно чистою енергією та доставляти її до будь-якої точки світу — все це зможуть
Тільки 1,11% від глобального споживання енергії в2019 року отримали за рахунок сонячної енергії. Сонце має величезний енергетичний потенціал, тому дослідники шукають спосіб оптимально використовувати всі його можливості.
На перший погляд, сонячна енергія – це простийта очевидний вибір. На відміну від викопного палива, її вироблення не виділяє парникових газів, які прискорюють глобальне потепління. Конкуренція за водні ресурси та території також не проблема.
Ще з політичного погляду сонячна енергіяодне з найбезпечніших джерел альтернативної енергії. Через право розпоряджатися запасами нафти та вугілля відбувалися великі конфлікти. У цьому сенсі сонячна енергія є універсальною, вона належить всім і нікому одночасно.
Чому отримувати сонячну енергію на Землі не є ефективною?
За даними НАСА, приблизно 29% сонячної енергіївідбивається назад із-за земної атмосфери і розсіюється у космосі. До того ж, ще 23% сонячної енергії поглинає водяну пару, озон і пил при проходженні через атмосферу. Зрештою, лише 48% сонячної енергії досягає нашої планети.
Тому сонячні батареї на Землі отримують унайкращому разі половину енергії від початкової кількості. Але ще є проблема і в самих батареях, їхня максимальна ефективність близько 22%: мова про нелабораторні умови. Ну і головне, сонячні панелі працюють лише у світлу пору доби. Тому треба їсти ідея отримувати енергію безпосередньо від Сонця, не перебуваючи у своїй Землі.
Як працює космічна сонячна енергія?
Космічна сонячна енергія (SBSP) – це ідеязбирання сонячної енергії в космосі за допомогою супутникових сонячних панелей. Далі вона у бездротовий спосіб потрапляє на Землю. За даними Європейського космічного агентства (ЄКА), світло від Сонця за межами атмосфери в 11 разів інтенсивніше. Тому супутникові сонячні панелі можуть забезпечити величезну кількість енергії, яку людство навіть не зможе витратити.
Крім того, супутниковим панелям не загрожуєпогана погода та захід Сонця. З космосу ці пристрої можуть передавати енергію в будь-яке місце на Землі, тому потрібно тільки вивести супутники на оптимальну орбіту.
Як розгорнути сонячну панель у космосі?
Щоб створити космічну сонячну енергетикудоступною, потрібні дві основні технології. По-перше, ракети-носії для доставки матеріалів у космос мають бути недорогими та екологічними. Більшість ракет, які зараз використовують для доставки корисного навантаження, дуже дорогі та забруднюють довкілля. Декілька приватних компаній, зокрема SpaceX, зараз розробляють дешеві багаторазові ракети.
Другий момент – будівництво сонячних супутниківна орбіті. Щоб збирати необхідну кількість енергії, супутникові сонячні панелі мають бути набагато більшими, ніж МКС. Фактично це буде величезний космічний корабель. З іншого боку, космічні панелі зібрати простіше, ніж МКС.
Якими бувають сонячні супутники?
На думку дослідників із Міністерстваенергетики США, є два типи супутників, які можна створити для збирання космічної енергії. Обидва ці типи будуть складатися з сонячних колекторів, відбивачів та передавача. Відбивачі — це великі дзеркала, які спрямовуватимуть випромінювання на невеликі панелі — колектори — потім останні перетворять сонячну енергію на мікрохвильову або лазер, щоб передати її на Землю. Прийомні станції на Землі збиратимуть, накопичуватимуть та розподілятимуть енергію.
- Супутники з мікрохвильовою передачею
Найбільшими з цих двох конструкцій будуть супутники,передавальні мікрохвилі. Їх зроблять із величезних сонячних відбивачів, які спрямовують сонячну енергію до центру супутника, звідки вона потім передається на Землю у вигляді мікрохвиль. Супутники, що передають мікрохвильові сигнали, обертатимуться навколо Землі на геостаціонарній орбіті на висоті близько 35 000 км - це трохи менше однієї десятої відстані до Місяця.
Проте всі подібні конструкції будутьвеличезними. Лише сонячні відбивачі важитимуть понад 80 000 метричних тонн із діаметром до 3 км. Завдяки величезним розмірам супутники, що передають мікрохвильові сигнали, зможуть генерувати гігавати енергії та живити великі міста світу. Крім цього, довжина хвилі в електромагнітному спектрі відносно велика, тому передача енергії з такого супутника буде проходити так само швидко і інтенсивно, як сонячне світло досягає Землі.
Запуск, складання та експлуатація супутників,що передають мікрохвильові - все це дуже дорого. Їхня вартість оцінюється в десятки мільярдів доларів. Через великі розміри потрібно від 40 до 100 запусків, щоб доставити всі матеріали. Крім того, розмір приймальних центрів на Землі має бути масштабованим до розмірів супутників у космосі – приблизно від 3 до 10 км у діаметрі. А такі великі ділянки землі важко освоювати та обслуговувати.
- Супутники з лазерною передачею
Другий тип сонячних супутників - супутники злазерною передачею вони будуть всього близько 2 м в діаметрі. Для передачі енергії назад на Землю в них розмістять лужний лазер з діодним накачуванням. Лазер може бути розміром приблизно з кухонний стіл та випромінювати енергію на Землю з ефективністю понад 50%.
Супутники з лазерною передачею запускатимутьгрупами на низьку навколоземну орбіту (НГО) приблизно 400 км, оскільки вони невеликого розміру. Виробництво таких пристроїв не таке ризиковане і потребує менше часу, ніж супутники, що передають мікрохвильові сигнали. Оцінки витрат за супутники з лазерною передачею варіюються від $500 млн до $1 млрд.
Але тут є свої мінуси.Супутники з лазерною передачею менш потужні: кожна одиниця генеруватиме лише від 1 до 10 МВт потужності. Навіть якщо запустити багато пристроїв відразу, вони не зможуть зрівнятися з потужністю, яку надають супутники з мікрохвильовою передачею. Оскільки потужність нижче, то важче передавати енергію через важкі хмари і дощ.
Запуск сонячних панелей у космос допоможе вирішитине лише енергетичні проблеми, а також соціальні та політичні конфлікти. Нині багато країн залежні від постачання викопного палива, а обмежені постачання нафти і вуглецю викликають серйозні міжнародні конфлікти. Сонячна енергія допоможе забезпечити енергетичну незалежність. Також цю енергію можна експортувати практично до будь-якої точки земної кулі.
Читати далі:
Усередині Землі є ще «планета»: як вона врятувала життя, що зароджується.
Ядерному синтезу більше не потрібні мільйони градусів: як працює новий метод
Нове дослідження спростовує теорію про передачу світлової енергії