Este Săptămâna spațială pe Energy.gov. Explorăm sistemul solar (și nu numai) pentru a evidenția contribuțiile Departamentului pentru Energie și ale Laboratoarelor noastre Naționale la programul spațial al SUA. Reveniți în fiecare zi în această săptămână pentru noi videoclipuri, grafice interactive, cronologii și multe altele – și trimiteți întrebările dvs. pentru chat-ul Twitter al Laboratorului nostru despre energia întunecată, care va avea loc vineri, 7 martie. Utilizați hashtag-ul #SpaceWeek pentru a vă alătura conversației pe Twitter, Facebook, Google+ și Instagram.
Nu puteți colecta energie solară pe timp de noapte. Ei bine, cel puțin nu pe Pământ. Având în vedere că este Săptămâna Spațială, ne-am gândit că ar fi potrivit să ne uităm la o idee promițătoare, dar futuristă, care ar putea schimba fața generării energiei solare: Energia solară din spațiu (SBSP). Deși Departamentul pentru Energie nu cercetează în mod activ SBSP, sperăm că vă veți lua un moment pentru a afla mai multe despre acest concept îndepărtat.
Ideea de a capta energia solară în spațiu pentru a o folosi ca energie pe Pământ a existat încă de la începutul erei spațiale. Cu toate acestea, în ultimii ani, oamenii de știință din întreaga lume – și mai mulți cercetători de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) al Departamentului de Energie – au arătat cum evoluțiile tehnologice recente ar putea transforma acest concept în realitate.
Pe Pământ, energia solară este mult redusă de noapte, de acoperirea norilor, de atmosferă și de sezonalitate. Aproximativ 30 la sută din toate radiațiile solare primite nu ajung niciodată la nivelul solului. În spațiu, soarele strălucește în permanență, înclinarea Pământului nu împiedică colectarea de energie și nu există o atmosferă care să reducă intensitatea razelor solare. Acest lucru face ca amplasarea de panouri solare în spațiu să fie o posibilitate tentantă. În plus, SBSP poate fi folosit pentru a obține energie fiabilă și curată pentru oamenii din comunitățile îndepărtate din întreaga lume, fără a se baza pe rețeaua tradițională până la o mare centrală electrică locală.
Cum funcționează?
Sateliții autoasamblabili sunt lansați în spațiu, împreună cu reflectoare și un emițător de energie cu microunde sau laser. Reflectoarele sau oglinzile gonflabile se răspândesc pe o fâșie vastă de spațiu, direcționând radiația solară către panourile solare. Aceste panouri convertesc energia solară fie în microunde, fie în laser, și transmit energie neîntreruptă către Pământ. Pe Pământ, stațiile de recepție a energiei colectează fasciculul și îl adaugă la rețeaua electrică.
Cele mai des discutate două modele pentru SBSP sunt un satelit mare, mai adânc în spațiu, care să transmită microunde și un satelit mai mic, mai apropiat, care să transmită laser.
Sateliți emițători de microunde
Sateliții emițători de microunde orbitează în jurul Pământului pe orbita geostaționară (GEO), la aproximativ 35.000 km deasupra suprafeței Pământului. Proiectele sateliților emițători de microunde sunt masive, cu reflectoare solare care se întind până la 3 km și cântăresc peste 80.000 de tone metrice. Aceștia ar fi capabili să genereze mai mulți gigawați de energie, suficient pentru a alimenta un oraș important din SUA.
Lungimea de undă lungă a microundei necesită o antenă lungă și permite ca energia să fie transmisă prin atmosfera Pământului, indiferent dacă plouă sau nu, la niveluri sigure și de intensitate scăzută, cu greu mai puternice decât soarele de la amiază. Păsările și avioanele nu ar observa mare lucru dacă ar zbura pe traiectoria lor.
Costul estimat al lansării, asamblării și operării unui satelit GEO echipat cu microunde este de ordinul zecilor de miliarde de dolari. Ar fi probabil nevoie de până la 40 de lansări pentru ca toate materialele necesare să ajungă în spațiu. Pe Pământ, rectena utilizată pentru colectarea fasciculului de microunde ar avea un diametru cuprins între 3 și 10 km, o suprafață imensă de teren și o provocare pentru achiziționare și dezvoltare.
Sateliți de transmisie cu laser
Sateliții de transmisie cu laser, așa cum sunt descriși de prietenii noștri de la LLNL, orbitează pe orbita joasă a Pământului (LEO) la aproximativ 400 km deasupra suprafeței Pământului. Având o greutate de mai puțin de 10 tone, acest satelit reprezintă o fracțiune din greutatea omologului său cu microunde. Acest design este, de asemenea, mai ieftin; unii prezic că un satelit SBSP echipat cu laser ar costa aproape 500 de milioane de dolari pentru lansare și operare. Ar fi posibil să se lanseze întregul satelit autoasamblat într-o singură rachetă, reducând drastic costurile și timpul de producție. De asemenea, prin utilizarea unui emițător laser, fasciculul va avea un diametru de numai aproximativ 2 metri, în loc de câțiva km, o reducere drastică și importantă.
Pentru a face acest lucru posibil, sistemul de teleportare cu energie solară al satelitului utilizează un laser alcalin pompat cu diode. Demonstrat pentru prima dată la LLNL în 2002 – și în prezent încă în curs de dezvoltare acolo – acest laser ar avea dimensiunea unei mese de bucătărie și ar fi suficient de puternic pentru a trimite energie pe Pământ cu o eficiență extrem de ridicată, de peste 50 la sută.
Deși acest satelit este mult mai ușor, mai ieftin și mai ușor de implementat decât omologul său cu microunde, rămân provocări serioase. Ideea unor lasere de mare putere în spațiu ar putea atrage temerile legate de militarizarea spațiului. Această provocare ar putea fi remediată prin limitarea direcției în care sistemul laser și-ar putea transmite puterea.
La dimensiunea sa mai mică, există o capacitate corespunzător mai mică, de aproximativ 1 până la 10 megawați pe satelit. Prin urmare, acest satelit ar fi cel mai bine ca parte a unei flote de sateliți similari, utilizați împreună.
Ați putea spune că SBSP este foarte departe sau că este o plăcintă în cer (cu jocuri de cuvinte) – și ați avea în mare parte dreptate. Dar există deja multe tehnologii care fac acest lucru fezabil și multe altele nu sunt departe. Deși Departamentul pentru Energie nu dezvoltă în prezent nicio tehnologie SBSP în mod specific, multe dintre tehnologiile rămase necesare pentru SBSP ar putea fi dezvoltate în mod independent în anii următori. Și, deși nu știm care va fi viitorul energiei recoltate din spațiu, suntem încântați să vedem cum idei ca aceasta își iau zborul (bine, ultimul joc de cuvinte, promit).
.