Солнечная электростанция в космосе? Как это будет работать и какие преимущества это может принести

Солнечная энергия из космоса — одна из технологий, определяемая как потенциальное решение, позволяющее достичь нуля к 2050 году. Но как будет работать солнечная электростанция в космосе? Каковы преимущества и недостатки этой технологии?

Космическая солнечная энергетика предполагает сбор солнечной энергии в космосе и передачу ее на Землю. Хотя сама идея не нова, последние технологические достижения сделали эту перспективу более достижимой.

Фото: https://www.roscosmos.ru/

Космическая солнечная энергетическая система включает в себя спутник солнечной энергии — огромный космический корабль, оснащенный солнечными панелями. Эти панели генерируют электричество, которое затем по беспроводной связи передается на Землю с помощью высокочастотных радиоволн. Наземная антенна, называемая ректенной, используется для преобразования радиоволн в электричество, которое затем передается в энергосистему.

Космическая солнечная электростанция на орбите освещается Солнцем 24 часа в сутки и поэтому может непрерывно вырабатывать электроэнергию. Это представляет собой преимущество перед наземными солнечными энергетическими системами, которые могут производить электроэнергию только в течение дня и зависят от погоды. А поскольку мировой спрос на энергию, по прогнозам, к 2050 году вырастет почти на 50%, то космическая солнечная энергия может сыграть ключевую роль в удовлетворении растущего спроса в мировом энергетическом секторе и решении проблемы глобального повышения температуры.

Некоторые проблемы

Космическая солнечная электростанция основана на модульной конструкции, где большое количество солнечных модулей собирается роботами на орбите. Транспортировать все эти элементы в космос сложно, дорого и нанесет ущерб окружающей среде. При этом вес солнечных панелей был определен как одна из первых проблем. Но это было решено за счет разработки сверхлегких солнечных элементов.

Космическая солнечная энергия считается технически осуществимой прежде всего благодаря достижениям в ключевых технологиях, включая легкие солнечные элементы, беспроводную передачу энергии и космическую робототехнику. Важно отметить, что для сборки даже одной космической солнечной электростанции потребуется много запусков космических челноков. Хотя космическая солнечная энергия предназначена для сокращения выбросов углерода в долгосрочной перспективе, существуют значительные выбросы, связанные с космическими запусками, а также затраты.

Космические шаттлы в настоящее время нельзя использовать повторно, хотя такие компании, как Space X, работают над изменением этого положения. Возможность повторного использования пусковых систем значительно снизит общую стоимость космической солнечной энергии.

Если нам удастся успешно построить космическую солнечную электростанцию, ее эксплуатация также столкнется с рядом практических проблем. Солнечные батареи могут быть повреждены космическим мусором. Кроме того, панели в космосе не защищены атмосферой Земли. Воздействие более интенсивного солнечного излучения означает, что они будут деградировать быстрее, чем на Земле, что снизит мощность, которую они могут генерировать.

Фото: https://eadaily.com/

Еще одним вопросом является эффективность беспроводной передачи энергии. Передача энергии на большие расстояния — в данном случае от солнечного спутника в космосе на землю — затруднена. Согласно современным технологиям, лишь малая часть собранной солнечной энергии достигнет Земли.

Пилотные проекты уже запущены

В рамках проекта Space Solar Power Project в США разрабатываются высокоэффективные солнечные элементы, а также система преобразования и передачи, оптимизированная для использования в космосе. Исследовательская лаборатория ВМС США провела испытания солнечного модуля и системы преобразования энергии в космосе в 2020 году. Между тем, Китай объявил о прогрессе на своей космической солнечной электростанции Бишань с целью создания функционирующей системы к 2035 году.

Согласно недавнему отчету Frazer-Nash Consultancy, в Великобритании разработка космической солнечной энергетики стоимостью 17 миллиардов фунтов стерлингов считается жизнеспособной концепцией. Ожидается, что проект начнется с небольших испытаний, которые приведут к запуску солнечной электростанции в 2040 году. Спутник на солнечной энергии будет иметь диаметр 1,7 км и весить около 2000 тонн. Наземная антенна занимает много места — примерно 6,7 км на 13 км. Учитывая использование земли по всей Великобритании, она, скорее всего, будет размещена в оффшорной зоне.

Этот спутник будет поставлять 2 ГВт электроэнергии. Хотя это значительное количество энергии, это небольшой вклад в генерирующую мощность Великобритании, которая составляет около 76 ГВт. А учитывая чрезвычайно высокие первоначальные затраты и медленную окупаемость инвестиций, для реализации проекта потребуются значительные государственные ресурсы, а также инвестиции частных компаний. Но по мере развития технологий стоимость космического запуска и производства будет неуклонно снижаться. А масштаб проекта позволит наладить массовое производство, что должно несколько снизить стоимость.

Сможет ли космическая солнечная энергия помочь нам достичь нуля к 2050 году, еще неизвестно. Другие технологии, такие как разнообразное и гибкое хранение энергии, водород и развитие систем возобновляемой энергии, лучше изучены и могут быть более легко применены. Но несмотря на проблемы, космическая солнечная энергия является предшественником захватывающих возможностей для исследований и разработок. В будущем эта технология, вероятно, будет играть важную роль в глобальном энергоснабжении.

Автор: Йована Радулович, глава Школы машиностроения и проектирования Портсмутского университета