Введение в сбор солнечной энергии из космоса
Солнечные технологии - это устойчивый, безопасный и чистый способ сбора энергии, но он собирается только в часы дневного света и часто находится во власти погоды. Одно решение "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Kingatua_space_solar_space.jpg" />
Однако существует множество технических, финансовых и политических задач (а также проблем безопасности и регулирования), которые необходимо решать, прежде чем успешно производить электрическую энергию и передавать ее из космоса на Землю.
Космический солнечный против других источников энергии
Другие источники энергии, такие как гидроэнергия, земная солнечная энергия и ветер, зависят от непоследовательных и непредсказуемых факторов окружающей среды. Другие, такие как генераторы ископаемого топлива, полагаются на, возможно, не устойчивые источники топлива.
Космическая солнечная энергия, с другой стороны, не ограничена, доступна 24 часа в сутки и, как ожидается, продлится еще четыре миллиарда или более лет. Потенциал выработки электрической энергии из космоса настолько огромен, что он может обеспечить непрерывную базовую нагрузку (минимальный спрос на электрическую в течение 24-часового периода) и отвечать будущим глобальным потребностям в энергии.
Преимущества космической солнечной энергетической системы
- Солнце в космосе постоянно меняется, не зависит от дневных / ночных циклов и погодных условий.
- Он не выделяет парниковые газы, такие как уголь, нефть и газовые источники, и не производит опасных отходов, таких как атомные электростанции.
- Космическая солнечная сборка не конкурирует за сельскохозяйственные угодья, а также от производства биотоплива.
- Энергия может быть пропущена в местах, где она требуется, даже в отдаленные места без энергии сетки. Это устраняет проблемы, связанные с длинными линиями передачи.
Как работает космическая солнечная энергетическая система
Типичная установка будет включать строительство солнечной электростанции в космосе и наземного приемника на поверхности Земли. Солнечные панели будут генерировать электрическую энергию, преобразовывать ее в микроволны или лазерный луч и передавать по беспроводной сети энергию наземному приемнику. Затем наземный приемник преобразует полученную энергию в электричество.
Рисунок 1: Блок-схема для космической передачи солнечной энергии. Изображение предоставлено Р. Раджендра
Система будет состоять из трех основных компонентов:
- Солнечные панели
- Преобразователь и передатчик
- Приемник заземления
Сбор солнечной энергии в космосе
Одной из предлагаемых технологий является использование солнечных силовых спутников, состоящих из солнечных панелей и больших зеркал, которые направляют солнечный свет на панели. Этот спутник будет размещен на геостационарной орбите - примерно на 38 500 километров над Землей. Преимущества геостационарной орбиты следующие:
- Солнечные панели на спутнике будут освещаться в течение всего года.
- Количество солнечного света примерно в пять раз больше, чем то, что будет доступно в земных местах.
- Спутник будет иметь тот же период вращения, что и Земля, и, следовательно, будет зафиксирован на одной широте, что обеспечит возможность более последовательно передавать мощность наземному приемному участку.
Спутник, оснащенный передатчиком, преобразует энергию постоянного тока в микроволны или лазерный луч и передает их на Землю безопасным и контролируемым образом.
Проблемы внедрения космических систем солнечной энергии
Стоимость развертывания спутников в космосе огромна. По данным Space Island Group, для создания прототипа 10-25 МВт на околоземной орбите может стоить около 200 миллионов долларов. Сборка, техническое обслуживание и обслуживание солнечных энергетических систем в космосе, вероятно, будет дорогостоящим и сталкиваться со многими проблемами логистики
В настоящее время планируется разработать многоразовые ракеты и другие технологии, которые будут поддерживать массовую транспортировку оборудования в космос, тем самым снижая затраты до экономически жизнеспособных уровней. Кроме того, роботы могут использоваться для сборки и ремонта модульных конструкций в космосе.
То, что также достигнут значительный прогресс в технологиях, которые потенциально могут обеспечить сбор и передачу энергии из космоса. Новые технологии, такие как углеродная нанотехнология, могут уменьшить количество оборудования и снизить стоимость строительства и запуска спутников солнечной энергии. Также необходимо развивать широкомасштабные транспортные технологии и робототехнику, которые могут быть использованы для сборки и ремонта конструкций в космосе.
Также существует опасение, что лазеры или микроволновые системы могут нанести вред людям и собственности, поскольку они передают энергию обратно на Землю. Правильное согласование спутников с принимающими станциями - сложная задача, которая может привести к катастрофе, если расчеты будут отключены малейшей суммой. Это является серьезной опасностью, поскольку процесс передачи может привести к нанесению вреда с помощью случайных средств или через системы, которые используются в качестве оружия.
Они, среди прочего, представляют собой серьезные проблемы, которые необходимо решить, прежде чем космическая солнечная энергия станет реальностью.
Будущее солнечной энергии из космоса
Исследователи из Японии, Китая, США, Индии и Великобритании добились прогресса в технологиях, которые они надеются использовать для передачи электричества из космоса на Землю. Например, технологии лазерной и микроволновой передачи энергии успешно протестированы в Японии, США и Европе. Кроме того, Япония провела многообещающие эксперименты по передаче микроволн через ионосферу
Типичная разработка дорожной карты для космической солнечной системы выглядит примерно так:
- Начните с маломощного демонстрационного блока (менее 100 кВт) на нижней околоземной орбите, чтобы протестировать технологии стабилизации силы тяжести, управления пучком, передачи энергии и воздействия на ионосферу.
- Запустите прототип 10MW с более низкой орбитой. Исследователи тестируют роботизированную сборку, мощную передачу и контроль.
- Поставить пилотную систему на геостационарной орбите, где будут проверены все необходимые технологии и операции.
- Высококлассное коммерческое предприятие на геостационарной орбите.
Космические исследовательские компании, такие как Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) и Mitsubishi, планируют опробовать технологии и успешно запустить коммерческие предприятия в ближайшие 20-30 лет.
Оказание планового энергопринимающего завода. Изображение предоставлено Japan Space Systems
JAXA планирует протестировать свою технологию в ближайшие два года. Они начнутся с нескольких километрового спутника на низкой околоземной орбите к 2018 году. После этого они надеются поставить к 2021 году спутник мощностью 100 кВт, все еще находящийся на низкой околоземной орбите, и к 2028 году будет иметь демонстрационную систему 200 МВт на геостационарной орбите. Если все хорошо, JAXA установит коммерческую пилотную электростанцию 1GW к 2031 году и начнет программу установки одного завода в год с 2037 года и далее.
Mitsubishi Heavy Industries планирует протестировать 1 кВт, а затем демонстрационный блок мощностью 100 кВт на нижней околоземной орбите. В их планах утверждается, что за этой демонстрацией последует опытный завод мощностью 10 МВт на геостационарной орбите, который будет запущен до 2020 года. Если они будут управлять этой временной шкалой, они намерены поставить к 2030 году коммерческую систему 400 МВт на геостационарной орбите.
Для получения дополнительной информации о космических солнечных энергетических системах вы можете обратиться к этому обзору из Japan Space Systems.
Передача энергии из космоса на Землю
В следующей статье я объясню два жизнеспособных метода, предложенных для передачи энергии, собранной из космоса на Землю, а также третий метод, который объединяет эти два.