Космическая солнечная энергетика может стать решением наших энергетических проблем

Концепция космической солнечной энергетики (КСЭ) существует уже несколько десятилетий, но до сих пор не получила значительного распространения из-за дороговизны и технологических проблем. Однако последние достижения позволяют предположить, что некоторые из этих проблем могут быть преодолены, что делает SBSP потенциальным игроком в переходе к "зеленой" энергетике.

Использование энергии Солнца из космоса

Солнечная энергетика - не новая концепция. Мы уже собираем энергию солнца с помощью различных технологий, таких как фотовольтаика и солнечно-тепловая энергия. Однако эти способы получения энергии имеют свои ограничения. Они требуют огромных площадей и зависят от наличия солнечного света и ветра. Например, солнечные электростанции не могут вырабатывать энергию в ночное время и менее эффективны зимой и в пасмурные дни.

Но представьте себе, что мы могли бы получать солнечную энергию из космоса. Спутники на геостационарной орбите (ГСО), расположенные на высоте около 36 000 км над Землей, более 99% времени в году находятся под воздействием солнечных лучей. Это означает, что они могут производить "зеленую" энергию круглосуточно, без ограничений по времени суток. По оценкам специалистов, в 100 раз больше солнечной энергии, доступной с ГСО, чем прогнозируемые мировые потребности в электроэнергии к 2050 году.

Беспроводная передача энергии: Делаем это возможным

Проблема заключается в передаче энергии, собранной в космосе, на Землю. Для этого необходима беспроводная передача энергии, и ключевую роль в этом играют микроволны. Использование микроволн позволяет свести к минимуму потери энергии в атмосфере даже в условиях облачности. Спутники направляют сфокусированный микроволновый луч на наземные станции, где антенны преобразуют электромагнитные волны в электричество.

Для обеспечения эффективной передачи данных диаметр наземных станций должен составлять не менее 5 км, а в высоких широтах - и того больше. Однако эта площадь все равно меньше, чем площадь, необходимая для традиционной солнечной или ветровой энергетики.

Развитие концепций SBSP

За прошедшие годы было предложено множество концепций, позволяющих сделать SBSP реальностью. Одна из последних концепций - CASSIOPeiA, состоящая из двух управляемых отражателей шириной 2 км. Эти отражатели перенаправляют солнечный свет на массив солнечных батарей. Передатчики энергии диаметром около 1700 м могут быть направлены на наземную станцию. По оценкам, масса спутника для этой концепции может составить около 2 000 тонн.

Другая архитектура, известная под названием SPS-ALPHA, использует иной подход. Вместо крупных отражателей используется массивная конструкция, состоящая из небольших модульных отражателей, называемых гелиостатами. Эти гелиостаты могут перемещаться независимо друг от друга, а их массовое производство позволяет снизить затраты.

Потенциал SBSP

Если нам удастся преодолеть оставшиеся проблемы и сделать SBSP реальностью, это может произвести революцию в способах получения и распределения энергии. Использование солнечной энергии из космоса позволит устранить ограничения, связанные с использованием земли и зависимостью от солнечного света и ветра. SBSP способна обеспечить постоянный и обильный источник "зеленой" энергии, помочь нам отказаться от ископаемого топлива и бороться с изменением климата.

Доктор Пол Джаффе, инженер Военно-морской исследовательской лаборатории США, считает, что SBSP не только осуществима, но и необходима для удовлетворения наших будущих энергетических потребностей. Он утверждает: "В космосе нет недостатка в солнечной энергии. Просто нужно придумать, как вернуть ее на Землю".

Согласно исследованию, опубликованному в журнале IEEE Transactions on Power Electronics, SBSP способна обеспечить до 10% мирового спроса на энергию к 2050 году, значительно сократив выбросы парниковых газов.