Wird weltraumgestützte Solarenergie jemals Sinn machen?

Ist Weltraum-Solarenergie nur ein teurer und riskanter Traum? Oder ist es ein praktikabler Weg, den Klimawandel zu bekämpfen? Obwohl die Übertragung von Sonnenenergie vom Weltraum auf die Erde letztendlich den Transport von Gigawatt erfordern könnte, könnte der Prozess nach Ansicht von Experten von Space Solar, der Europäischen Weltraumorganisation und der Universität Glasgow überraschend sicher und kostengünstig sein.

Aber wir müssen über reine Anzeigegeräte hinausgehen und eine Reihe technischer Herausforderungen lösen, wenn wir diese Fähigkeiten entwickeln wollen.

Weltraum-Solardesign

Das Senden von Sonnenenergie aus dem Weltraum ist nichts Neues. Seit den 1960er Jahren senden Kommunikationssatelliten durch Sonnenenergie erzeugte Mikrowellensignale zur Erde. Aber nützliche Energiemengen zu versenden ist eine ganz andere Sache.

„Die Idee [has] „Es gibt es schon seit etwas mehr als einem Jahrhundert“, sagte Nicole Caplin, Weltraumforscherin bei der Europäischen Weltraumorganisation, in einer Erklärung Physics World Podcast„Die ursprünglichen Konzepte waren eigentlich Science-Fiction. Sie haben ihre Wurzeln in der Science-Fiction, aber seitdem gibt es einen Trend, bei dem das Interesse steigt und geht.“

Forscher untersuchen verschiedene Designs für weltraumgestützte Solarenergie. Matteo Cerutti, Dozent für Raumfahrtsystemtechnik an der Universität Glasgow, sagt: Er schrieb im Gespräch Viele Designs wurden vorgeschlagen.

Laut Sanjay Vijeendran, Leiter der Solaris-Initiative bei der Europäischen Weltraumorganisation, erforscht die Solaris-Initiative zwei potenzielle Technologien: Bei der ersten handelt es sich um das Senden von Mikrowellen von einer Station im geostationären Orbit zu einem Empfänger auf der Erde, bei der zweiten um den Einsatz riesiger Spiegel niedrigere Umlaufbahn, um Sonnenlicht zurück zu Solarparks zu reflektieren. Er sagte, er glaube, dass beide Lösungen potenziell wertvoll seien. Die Mikrowellentechnologie hat größere Aufmerksamkeit erregt und stand im Mittelpunkt dieser Interviews. Das Potenzial ist riesig, obwohl auch hochfrequente Radiowellen genutzt werden können.

„Wir verfügen bereits rund um die Uhr über eine Quelle sauberer Energie aus dem Weltraum“, sagte Vijendran. Aufgrund der Mikrowellenfrequenz kann Energie unabhängig von den Wetterbedingungen übertragen werden.

„Ein 1-Gigawatt-Kraftwerk im Weltraum ist vergleichbar mit den fünf größten Solarparks auf der Erde“, sagte Andrew Glister, Moderator des Physics World-Podcasts. „Ein 1-Gigawatt-Kraftwerk könnte ein Jahr lang etwa 875.000 Haushalte mit Strom versorgen.“

Aber wir sind nicht bereit, so etwas zu veröffentlichen. „Das wäre eine große technische Herausforderung“, sagt Caplin. Es gibt eine Reihe physischer Hürden für den erfolgreichen Bau eines Solarkraftwerks im Weltraum.

Bei Einsatz der Mikrowellentechnologie müsste ein Solarpanel-Array für ein erdumlaufendes Kraftwerk mit einer Leistung von einem Gigawatt mehr als einen Quadratkilometer groß sein Artikel über die Natur „Das ist 100-mal größer als die Internationale Raumstation, deren Bau ein Jahrzehnt gedauert hat“, sagt die leitende Korrespondentin Elizabeth Gibney. Außerdem muss der Zusammenbau automatisch erfolgen, da die Orbitalanlage unbemannt sein wird.

Solarzellen müssen Strahlung und Weltraumschrott widerstehen können. Sie müsse außerdem effizient und leicht sein und ein 50-mal größeres Leistungsgewicht als typische Silizium-Solarzellen aufweisen, schrieb Gibney. Die Reduzierung der Kosten dieser Zellen ist ein weiterer Faktor, den Ingenieure berücksichtigen müssen. Eine weitere Herausforderung sei die Minimierung der Verluste bei der Stromübertragung, schrieb Gibney. Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation soll die Energieumwandlungsrate auf 10-15 Prozent verbessert werden. Dafür ist technischer Fortschritt erforderlich.

Space Solar entwirft einen Satelliten namens CASSIOPeiA, der in der Fachzeitschrift Physics World veröffentlicht wurde Beschreiben Es sieht „wie eine Wendeltreppe aus, wobei die Photovoltaikmodule die ‚Stufen‘ und die Mikrowellensender – stabförmige Dipole – die ‚Wagen‘ sind.“ Es hat eine Spiralform ohne bewegliche Teile.

„Unser System besteht aus Hunderttausenden Leistungsmodulen in der Größe eines Tellers“, sagte Sam Adlin, CEO von SpaceSolar. „Jedes Modul enthält Photovoltaikenergie, die die Energie der Sonne in Gleichstrom umwandelt.“

„Dieser Gleichstrom versorgt dann die Elektronik mit Strom, um Strom von Dipolantennen zur Erde zu übertragen. Dieser Strom wird im Weltraum umgewandelt [microwaves] „Anschließend wird es in einem kohärenten Strahl zur Erde gesendet, wo es von einer gepatchten Antenne empfangen, wieder in Strom umgewandelt und ins Netz eingespeist wird.“

Adelin fügte hinzu, dass Robotiktechnologien für Weltraumanwendungen, wie etwa die Montage im Orbit, rasant voranschreiten.

SPS-ALPHA, ein anderes Design, verfügt über eine große Solarkollektorstruktur, die mehrere Solarwechselrichter umfasst, bei denen es sich um kleine, einzeln bewegliche Reflektoren handelt, schrieb Cerutti. konzentrieren Sonnenlicht wird auf separate Stromerzeugungseinheiten geleitet und anschließend von einer anderen Einheit zurück zur Erde übertragen.