Kosmiczna energia słoneczna przygotowuje się do startu

Choć może się to wydawać szalone, możliwość wystrzelenia farm fotowoltaicznych w kosmos to bardziej nauka niż fikcja. Od czerwca ubiegłego roku Uniwersytet w Cambridge stał się jedną z ośmiu instytucji, które otrzymały dotacje z konkursu brytyjskiego rządu na innowacje w dziedzinie energii słonecznej wykorzystywanej w przestrzeni kosmicznej. Konkurs jest częścią Portfolio Innowacji Net Zero, w ramach którego przeznaczane są środki finansowe na rozwój technologii i systemów niskoemisyjnych lub odnawialnych, aby osiągnąć zamierzony cel, jakim jest zerowa emisja netto do roku 2050.

Choć energia słoneczna od dawna jest uważana za potencjalną alternatywę dla materiałów palnych, kilka czynników stoi na przeszkodzie jej rentowności w wyprzedzeniu paliw węglowych jako głównego źródła energii. Po pierwsze, naziemne panele słoneczne, zwłaszcza ogniwa mieszkaniowe, często działają przy natężeniu od 17% do 20%. efektywność, przy czym najnowsze zaawansowane rozwiązania sięgają prawie 50%. Jest to spowodowane wieloma czynnikami, w tym zmianami warunków pogodowych i ograniczoną liczbą godzin dziennych.

Żaden z nich nie miałby zastosowania w przestrzeni kosmicznej, gdzie satelita znajdujący się na orbicie geostacjonarnej około 36 000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi może generować energię nieprzerwanie przez prawie 24 godziny na dobę. Podczas gdy większość średniej wielkości elektrowni słonecznych, do których zaliczają się wszystkie farmy fotowoltaiczne w Wielkiej Brytanii, przekracza swoją roczną produkcję w megawatach, kosmiczne elektrownie słoneczne z łatwością poradzą sobie z gigawatami – na przykład jeden gigawat odpowiada 1000 megawatów i będzie reprezentował roczną moc moce wytwórcze Potencjał 10 GW stanowi jedną czwartą zużycia energii elektrycznej netto w Wielkiej Brytanii. Kosmiczne farmy fotowoltaiczne znacząco zmniejszyłyby także ogromną ilość gruntów potrzebnych do wytwarzania energii słonecznej, przy czym największa farma fotowoltaiczna w Wielkiej Brytanii zajmuje ponad 250 akrów i ma maksymalną moc zaledwie 72,2 MW. produkcja.

„Kosmiczne farmy fotowoltaiczne znacznie zmniejszą ogromną ilość ziemi potrzebnej do wytwarzania energii słonecznej”.

Rozpatrując to w ten sposób, kosmiczne farmy fotowoltaiczne wydają się zbyt piękne, aby mogły być prawdziwe. Jednak technologia ta nie jest pozbawiona wad, z których najważniejszymi są trwałość urządzeń w przestrzeni kosmicznej, środowisko stwarzające problemy z dostępnością, a także potencjalnie wysokie koszty przy rozważaniu potencjalnych napraw. I tu właśnie pojawiają się nowe badania przeprowadzone w Cambridge.

We współpracy z programami Uniwersytetu w Southampton i IQE PLC, brytyjską firmą zajmującą się zaawansowanymi półprzewodnikami, Laboratorium Cavendish w Cambridge opracowuje lekkie panele słoneczne, które nie ulegną zniszczeniu pod wpływem wysokiego poziomu promieniowania słonecznego. Louise Hirst, profesor fizyki materiałów na uniwersytecie, wraz z zespołem pracuje obecnie nad produkcją skupiających urządzeń fotowoltaicznych – technologii słonecznej przekształcającej światło w energię elektryczną – które będą w stanie oprzeć się degradacji wywołanej promieniowaniem ze względu na ich ultracienki charakter i wdrożenie zintegrowanej technologii zarządzania oświetleniem.

Ultracienkie ogniwa słoneczne są odporne na degradację lepiej niż ich grubsze odpowiedniki, ponieważ naładowane cząstki przenoszące energię słoneczną przemieszczają się dalej Krótszy dystans przez ogniwo, zapewniając mniejszym możliwościom uderzenia cząstek w panele słoneczne, powodując ich degradację Struktura krystaliczna. Chociaż cieńsze ogniwa mają większe straty w transmisji, dodanie wewnętrznych struktur zarządzających światłem, takich jak powierzchnie odblaskowe wewnątrz ogniwa słonecznego, pomogłoby poprawić produkcję energii przez panele słoneczne. Zespół nałoży również na prototypy cienką warstwę, która umożliwi urządzeniu regulację temperatury poprzez uwalnianie nadmiaru ciepła w przestrzeń kosmiczną.

„Ta sama nauka, która podgrzewa ramen, może przenieść gigawaty energii słonecznej z orbity na powierzchnię Ziemi”.

Zespół profesora Hirsta pracuje również nad obniżeniem kosztów tej nowej technologii, umożliwiając to, co Hirst opisał na uniwersytecie komunikat prasowy Jako „kompletne, technicznie wykonalne, solidne i stosunkowo niedrogie rozwiązanie do wytwarzania energii z kosmosu”. Ogólna tendencja spadkowa w kosztach wynoszenia ciężkich ładunków na orbitę obniży także koszty rozruchu kosmicznych farm fotowoltaicznych na świecie. Nadchodzące lata.

Możliwość wytwarzania energii w kosmosie wygląda bardzo obiecująco. Nasuwa się jednak pytanie: w jaki sposób energia ta zostanie przeniesiona z powrotem na Ziemię? Odpowiedź brzmi, szokująco, kuchenki mikrofalowe. Zgadza się, ta sama nauka, która podgrzewa ramen, może przenieść gigawaty energii słonecznej z orbity na powierzchnię Ziemi. Właśnie w tym roku naukowcy z Caltech wystrzelili prototypowy statek kosmiczny wysłane pomyślnie Energia słoneczna na Ziemię dzięki wykorzystaniu technologii mikrofalowej.

Aby uzasadnić koszty kosmicznych farm fotowoltaicznych, technologia musi stać się wysoce wydajna, a nie tylko opłacalna technologicznie, poprzez zatrzymanie znacznej części energii wytwarzanej w procesie przesyłu. Technologia ta będzie musiała zostać opracowana wspólnie z Hirst i jej zespołem zajmującym się lekkimi panelami, aby kosmiczna energia słoneczna stała się możliwym źródłem energii odnawialnej. Technologia może nie być gotowa do zastosowania jutro, ale w pełni odnawialne, całodobowe źródło energii, które tutaj na Ziemi będzie miało niewielki lub żaden ślad węglowy? Jesteśmy gotowi poczekać.