Ziemianie zaskoczeni kosztami fotowoltaiki w przestrzeni kosmicznej. Dlaczego tak drogo?

Energia słoneczna pozyskiwana w kosmosie to kawałek tortu, na który człowiek ma wilczy apetyt od dziesięcioleci. Instalacje solarne, które mogłyby dostęp do promieni słonecznych przez całą dobę to czyste dobro, które na Ziemi jest bardzo potrzebne. Jakie wyzwania przed nami stoją, żeby zjeść to ciastko?

Kto ma ochotę pozyskiwać energię słoneczną w przestrzeni kosmicznej?

Nad kosmicznymi farmami fotowoltaicznymi pracuje już kilka zespołów na świecie:

• ESA (European Space Agency) rozwija projekt Solaris, który ma swoje możliwości technologiczne objawić najwcześniej w 2025 roku.
• Chińczycy w 2028 roku chcą  umieścić  prototyp instalacji solarnej na niskiej orbicie okołoziemskiej, a w 2030 roku kolejny na orbicie geosynchronicznej.
• Już w tym miesiącu w przestrzeń kosmiczną poleci amerykański prototyp instalacji solarnej, opracowany przez CALTECH (California Institute of Technology).

Czy ktokolwiek dostarczy na Ziemię kosmiczny prąd nie jest jednak pewne. Naukowcy tworzą prototypy instalacji, podczas gdy realne jej pozyskiwanie wymagałoby rozwiązań tak masowych, jak internet. Potrzebne są kilometrowe zespoły paneli słonecznych, które dostarczyłyby energię, przesyłając ją do odbiorników naziemnych o jeszcze większych rozmiarach. Według analizy, którego podjęło się Nature, jest to marzenie, które jest olbrzymim wyzwaniem technologicznym.

Jak zamontować farmę słoneczną w kosmosie?

Robotyzacja postępuje jak szalona, ale instalacja fotowoltaiczna w kosmosie musiałaby być obiektem o ogromnej skali. Kilometrowe zespoły paneli słonecznych musiałaby krążyć na wysokości 36 000 kilometrów powyżej powierzchni naszego globu. Takie zadanie montażowe przekracza współczesne możliwości inżynieryjne, ponieważ wymaga wykonywania precyzyjnych działań w przestrzeni kosmicznej przez urządzenia zdolne do pracy autonomicznej.   

CALTECH chce ten problem wykluczyć, posługując się elastycznymi panelami. Mają one tworzyć formację, której elementy nie będą ze sobą trwale powiązane. Nie obędzie się więc bez kontrolowania ich pozycji i jej korygowania. Na etapie prototypu to nie problem, ale monitoring pełnowymiarowej instalacji może być zadaniem karkołomnym.  Wymagałby lepszej łączności i całej armii ludzi, wyposażonych w dużo sprawniejszą AI niż obecnie.

Z jakich ogniw zbudować farmę fotowoltaiczną w kosmosie?

Instalacja fotowoltaiczna w kosmosie musi być około 50 razy bardziej wydajna, niż panele montowane na powierzchni Ziemi.

Każdy kilogram panelu powinien wytwarzać 1-2 kilowaty mocy

-  mówi David Homfray, fizyk, który kieruje pracami technicznymi w brytyjskiej Space Energy Initiative

Technicznie jest to możliwe. W odpowiednie panele wyposażona jest na przykład Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.  Ich zastosowanie w przypadku kosmicznej farmy fotowoltaicznej jest jednak mżonką ze względu na koszty. Skala takiego przedsięwzięcia wymaga ekonomicznych i trwałych materiałów, a nie eksperymentalnych rozwiązań.

Ten problem może rozwiązać eksperyment CALTECH. Naukowcy zamierzają wysłać w kosmos 32 lekkie ogniwa fotowoltaiczne, w tym tanie perowskity.  Te ostatnie budzą najwięcej nadziei, ale ich sprawność w przestrzeni kosmicznej wymaga badań.

Jak wysłać energię pozyskaną w kosmosie na Ziemię?

Samo magazynowanie energii słonecznej to ładowarka solarna, która niczemu nie służy. Wytworzonej w przestrzeni kosmicznej energii elektrycznej najbardziej potrzebujemy na Ziemi.

naukowcy mają nadzieję na przekształcenie energii elektrycznej paneli słonecznych w mikrofale

Prototyp przygotowany przez CALTECH będzie wykorzystywał właśnie ten rodzaj konwersji, podobny pomysł ma też ESA.

Niestety, jest to droga wiążąca się z ogromnymi stratami energetycznymi, na które aktualnie nie ma sposobu. Funkcjonująca w przestrzeni kosmicznej farma fotowoltaiczna musi dostarczać około 10 – 15% swojej produkcji do sieci energetycznej. Inaczej jej budowa nie będzie opłacalna. Aktualne testy tego rozwiązania przesyłowego potwierdzają wydajność na poziomie zaledwie 2,4%.

Czy pozyskiwanie energii słonecznej w kosmosie jest bezpieczne?

Kontrowersje budzi też bezpieczeństwo  przesyłania energii w formie mikrofali. Musi być to proces na dużą skalę, porównywalną obszarowo z obecnością sygnału telefonii komórkowej.  Według wstępnych szacunków naukowców oznacza to dla ludzi zagrożenie, porównywalne z przebywaniem w pobliżu kuchenki mikrofalowej. Czy tak jest w istocie, nikt jeszcze nie sprawdził.

Czy warto rozwijać projekt kosmicznej farmy fotowoltaicznej?

Pozyskiwanie energii słonecznej w kosmosie i transportowanie jej na Ziemię jest bardzo atrakcyjne marzeniem.  Istnieją powody dla których może ona opuścić laboratorium jeszcze za naszego życia. Starty kosmiczne są coraz tańsze, a jednocześnie do ekspansji mocno człowieka pcha opilna potrzeba ograniczania emisji CO₂.

Jest to jednak zadanie, które wymaga gigantycznego postępu technologicznego. Czy będzie nas na niego stać, jest pewne.Gatunek ludzki ma to obcykane. Jeśli jakaś kometa nie powstrzyma naszych zapędów, czyniąc z nas wspomnienie godne dinozaurów, będziemy panoszyć się także poza Ziemią. Czy kosmiczna farma fotowoltaiczna będzie dobrym środkiem do tego celu, najwyraźniej bardzo chcemy się przekonać.

Źródło: Nature, CALTECH