Det er rumuge på Energy.gov. Vi udforsker solsystemet (og længere væk) for at fremhæve energiministeriets og vores nationale laboratoriers bidrag til USA’s rumprogram. Se tilbage hver dag i denne uge for at se nye videoer, interaktive grafikker, tidslinjer og meget mere – og indsend dine spørgsmål til vores Twitter-chat om mørk energi, der finder sted fredag den 7. marts. Brug hashtagget #SpaceWeek for at deltage i samtalen på Twitter, Facebook, Google+ og Instagram.
Du kan ikke indsamle solenergi om natten. I hvert fald ikke på Jorden. Da det er Space Week, tænkte vi, at det ville være passende at se på en lovende, men futuristisk idé, der kunne ændre solenergiproduktionens ansigt: Space-Based Solar Power (SBSP). Selv om energiministeriet ikke aktivt forsker i SBSP, håber vi, at du vil tage dig et øjeblik til at lære mere om dette langt ude i fremtiden liggende koncept.
Tanken om at opsamle solenergi i rummet til brug som energi på Jorden har eksisteret siden begyndelsen af rumalderen. I de sidste par år har forskere rundt om i verden – og flere forskere fra energiministeriets eget Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) – imidlertid vist, hvordan den seneste teknologiske udvikling kan gøre dette koncept til virkelighed.
På jorden reduceres solenergien kraftigt af natten, skydække, atmosfæren og sæsonbestemte forhold. Omkring 30 procent af al indkommende solstråling når aldrig frem til jordoverfladen. I rummet skinner solen altid, jordens hældning forhindrer ikke indsamling af energi, og der er ingen atmosfære til at reducere intensiteten af solens stråler. Det gør det til en fristende mulighed at placere solpaneler i rummet. Desuden kan SBSP bruges til at skaffe pålidelig og ren energi til mennesker i fjerntliggende samfund rundt om i verden uden at være afhængig af det traditionelle net til et stort lokalt kraftværk.
Hvordan fungerer det?
Selvmonterings-satellitter opsendes i rummet sammen med reflektorer og en mikrobølge- eller lasersender til at sende strøm. Reflektorer eller oppustelige spejle spredes over et stort område af rummet og leder solstrålingen ind på solpaneler. Disse paneler omdanner solenergi til enten en mikrobølge- eller laserstråle og sender uafbrudt strøm ned til Jorden. På Jorden opsamler strømmodtagerstationer strålen og tilføjer den til elnettet.
De to mest omdiskuterede designs til SBSP er en stor mikrobølgesatellit, der sendes i det dybere rum, og en mindre lasersatellit, der sendes tættere på.
Mikrobølgesatellitter
Mikrobølgesatellitter kredser om Jorden i geostationær bane (GEO), ca. 35 000 km over Jordens overflade. Designet af mikrobølgesatellitter er massivt, med solreflektorer, der strækker sig op til 3 km og vejer over 80 000 tons. De vil være i stand til at generere flere gigawatt strøm, hvilket er nok til at forsyne en større amerikansk by med strøm.
Mikrobølgens lange bølgelængde kræver en lang antenne og gør det muligt at sende strømmen gennem Jordens atmosfære, uanset om det regner eller skinner, ved sikre, lave intensitetsniveauer, der næppe er stærkere end middagssolen. Fugle og fly ville ikke bemærke meget af det, der flyver hen over deres vej.
Den anslåede pris for opsendelse, samling og drift af en GEO-satellit udstyret med mikrobølger er i titusindvis af milliarder af dollars. Det vil sandsynligvis kræve op til 40 opsendelser, for at alle de nødvendige materialer kan nå frem til rummet. På Jorden ville den rektantenne, der bruges til at opsamle mikrobølgebølgebølgen, være et sted mellem 3 og 10 km i diameter, et enormt landområde og en udfordring at købe og udvikle.
Lasertransmitterende satellitter
Lasertransmitterende satellitter, som beskrevet af vores venner på LLNL, kredser i lavt kredsløb om Jorden (LEO) i ca. 400 km højde over Jordens overflade. Med en vægt på mindre end 10 tons er denne satellit kun en brøkdel af vægten af sin mikrobølge-modpart. Dette design er også billigere; nogle forudser, at en SBSP-satellit med laserudstyr vil koste næsten 500 millioner dollars at opsende og drive. Det ville være muligt at opsende hele den selvsamlende satellit i en enkelt raket, hvilket drastisk ville reducere omkostningerne og produktionstiden. Ved at anvende en lasersender vil strålen desuden kun være ca. 2 meter i diameter i stedet for flere km, hvilket er en drastisk og vigtig reduktion.
For at gøre dette muligt anvender satellittens solstrømsstrålesystem en diodepumpet alkali-laser. Denne laser, som blev demonstreret første gang på LLNL i 2002 – og som stadig er under udvikling der – vil være på størrelse med et køkkenbord og kraftig nok til at sende strøm til Jorden med en ekstremt høj effektivitet på over 50 %.
Selv om denne satellit er langt lettere, billigere og nemmere at installere end sin mikrobølge-modstykke, er der stadig alvorlige udfordringer. Idéen om kraftige lasere i rummet kan skabe frygt for en militarisering af rummet. Denne udfordring kunne afhjælpes ved at begrænse den retning, som lasersystemet kan sende sin kraft i.
Med sin mindre størrelse er der en tilsvarende lavere kapacitet på ca. 1 til 10 megawatt pr. satellit. Derfor vil denne satellit være bedst som en del af en flåde af lignende satellitter, der anvendes sammen.
Man kan sige, at SBSP er langt ude i fremtiden, og man har i høj grad ret. Men der findes allerede mange teknologier, som gør det muligt, og mange er ikke langt bagefter. Selv om energiministeriet i øjeblikket ikke udvikler nogen SBSP-teknologier specifikt, kan mange af de resterende teknologier, der er nødvendige for SBSP, udvikles uafhængigt i de kommende år. Og selv om vi ikke kender fremtiden for energi høstet fra rummet, glæder vi os til at se ideer som denne tage fart (okay, sidste ordspil, det lover jeg).