نیروگاه خورشیدی فضایی: فانتزی تا واقعی! – زومیت

انرژی خورشیدی به یک عامل مهم در جایگزینی سوخت های فسیلی با منابع انرژی پاک تبدیل شده است. جوامع مختلف سیاست هایی را برای افزایش توان پروژه های انرژی خورشیدی دنبال می کنند و بسیاری از مردم در سراسر جهان برق خانه های خود را از طریق پنل های خورشیدی تامین می کنند.

اما این منبع شگفت انگیز یک محدودیت اساسی دارد. ناکارآمدی شب پنل های خورشیدی به حداکثر نور خورشید نیاز دارند تا حداکثر کارایی را داشته باشند. بنابراین، محققان برای افزایش کارایی پنل‌های خورشیدی، امکان قرار دادن این پنل‌ها را در مکانی که خورشید هرگز غروب نمی‌کند، در نظر گرفته‌اند. خارج از جو زمین!

از نظر تئوری، اگر بسیاری از صفحات خورشیدی در مدار بیرونی جو زمین معلق می شدند، حتی در روزهای ابری و شب های تاریک در تماس دائمی با نور خورشید بودند و می توانستند مقادیر زیادی انرژی ذخیره کنند. اگر این انرژی به صورت بی سیم به زمین ارسال می شد، سیاره ما می توانست از این منبع بی پایان انرژی در 24 ساعت شبانه روز بهره مند شود و اثرات انتشار کربن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

دکتر مایکل کلزنبرگ از موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) می گوید:

مزیت اصلی انرژی خورشیدی فضایی توانایی ارسال 24 ساعت انرژی خورشیدی به زمین است.

در محیطی که بحران زیست محیطی جدی تر می شود، پروژه های انرژی خورشیدی فضایی می توانند بسیار مهم باشند. اجلاس تغییرات آب و هوایی سازمان ملل در اسکاتلند، بحران آب و هوای زمین را که بسیار مورد بحث قرار گرفته است را به نقطه حساسی می رساند و بسیاری آن را آخرین فرصت جهان در سیاست گذاری کلان برای کنترل بحران می دانند.

فناوری های مدرن مانند نیروگاه های خورشیدی فضایی قادر به حل مشکلات زیست محیطی ما نیستند، اما کاهش سریع انتشار کربن از پروژه های انرژی یک نیاز مسلم است. فناوری های سازگار با محیط زیست می توانند راه را برای دستیابی به اهداف توافقنامه پاریس (محدود کردن گرمایش زمین به کمتر از 2 درجه سانتیگراد تا پایان قرن جاری) هموار کنند. عرضه نامحدود انرژی تجدیدپذیر از خورشید می تواند به ما در دستیابی به این اهداف کمک کند.

از علمی تخیلی تا واقعیت

برای چندین دهه، استفاده از انرژی خورشیدی در فضا مورد توجه دوستداران داستان های علمی تخیلی و همچنین دانشمندان فعلی بوده است.

در اوایل قرن بیستم، دانشمند و ریاضیدان روسی کنستانتین سیلکوفسکی دائماً از رویکردی بلندپروازانه برای استفاده از فناوری مدرن در فضا صحبت می کرد. او طراحی اولیه آسانسورهای فضایی، موشک های هدایت شونده و پروژه های انرژی خورشیدی فضایی را طراحی کرد.

از زمان کشف اولین پنل خورشیدی در آزمایشگاه های بل در دهه 1950، بسیاری از دانشمندان در تلاش بوده اند تا طرح علمی تخیلی سیلکوفسکی را به واقعیت تبدیل کنند. در همین حال، محققان ژاپنی، ارتش آمریکا و گروهی از موسسه فناوری کالیفرنیا در پروژه انرژی خورشیدی فضایی پیشگام هستند.

در اواخر دهه 1960 و 1970، به ویژه در دوران اوج برنامه فضایی آپولو، محقق اصلی پروژه، دکتر. به گفته کلسنبرگ، استفاده از انرژی خورشیدی در فضا به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است.

متأسفانه به دلیل وزن و انبوه مواد به کار رفته در پنل های خورشیدی، فناوری آن زمان به اندازه کافی برای بهره برداری از این پروژه بزرگ پیشرفت نکرده بود. ارسال یک پنل خورشیدی کلاسیک با موشک به فضا بدون صرف منابع مالی هنگفت تقریبا غیرممکن شده است.

محقق اصلی این پروژه، پروفسور هری آتواتر، می گوید:

ویژگی تعیین کننده و تعیین کننده ای که ما در این پروژه Caltech به دنبال آن هستیم، کاهش 10 تا 100 برابری جرم اجزای پنل خورشیدی است. برای سودآوری این پروژه، کاهش هزینه ساخت پانل ها و همچنین ارسال آن ها به فضا ضروری است.

آسمان پر از پنل های خورشیدی شد

این تیم در تلاش برای ایجاد پانل های سبک تر، کوچکتر و انعطاف پذیرتر برای ارسال به خارج از جو زمین است و توصیه می کند که این پانل های کوچکتر، سبک تر و شبیه کاشی را به مدار ارسال کند.

هر قطعه به صورت جداگانه شامل تمام اجزای مورد نیاز برای جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به برق است. این قطعات با اتصال به یکدیگر در فضا، مواد معدنی عظیمی از انرژی های تجدیدپذیر را در اطراف زمین ایجاد می کنند.

اگرچه جستجو برای طیف وسیعی از ترکیبات برای کاهش وزن این سازه ها ادامه دارد، بازده تبدیل انرژی آن ممکن است کمتر از پنل های خورشیدی روی زمین باشد. اما معیارهای کارایی در فضا با زمین متفاوت است. دکتر. کلسنبرگ می گوید:

کارایی پانل ها به این دلیل است که با قرار گرفتن آنها در فضا، مقدار زیادی در معرض نور شدید خورشید قرار می گیرند. این به این دلیل است که پرتوهای خورشید از جو زمین عبور نمی کند و پانل ها 24 ساعت نور خورشید را دریافت می کنند.

هنگامی که نور خورشید روی این پانل ها می افتد، این عناصر مقدار زیادی جریان مستقیم (DC) و در نتیجه انرژی الکتریکی تولید می کنند. در این سیستم گروه تحقیقاتی این انرژی به امواج رادیویی تبدیل می شود. مرحله بعدی ارسال این انرژی به زمین است.

به گفته این گروه، ارسال انرژی به زمین از طریق تشعشعات مایکروویو امکان پذیر خواهد بود. امواج رادیویی انتقال دهنده انرژی ارسال شده به زمین توسط گیرنده های ماهواره ای دریافت می شود. همین سیستم انتقال انرژی بی سیم توسط نیکولا تسلا در اواخر قرن نوزدهم معرفی شد.

استفاده از انتقال انرژی نورانی در سیستم، امکان کار در مه و باران، تاریکی شب و طوفان های خفیف را ممکن می سازد. با این حال، زمانی که الگوی تابش بی سیم در نظر گرفته می شود، نگرانی هایی در مورد اثرات این امواج بر موجودات زمینی ایجاد می شود.

در پاسخ به این نگرانی ها، پروفسور آتواتر می گوید:

انرژی دریافتی از این تشعشعات در سطح زمین معادل انرژی نور خورشید در سطح زمین است. در عین حال این سیستم ها کاملاً ایمن طراحی شده اند.

پس از دریافت امواج رادیویی حامل انرژی از گیرنده های زمینی، این امواج در ایستگاه زمینی به جریان مستقیم و سپس به برق جریان متناوب (AC) و در نهایت به شبکه توزیع تبدیل می شوند.

اولین پرواز فضایی این گروه با فضاپیمای تجاری در اواخر سال 2022 انجام خواهد شد. در این سفر آزمایشی، عملکرد اجزای مختلف این سیستم در مقیاس کوچک مورد آزمایش قرار می گیرد. بسیاری از پنل های خورشیدی نیز در شرایط خلاء آزمایش می شوند.

این فناوری ضمن کمک به تعادل شبکه توزیع برای تامین برق مناطق محروم و جلوگیری از قطعی برق، می تواند برای کاوش سایر سیارات در آینده و ارائه شبکه های توزیع بر روی آنها مورد استفاده قرار گیرد. مهمتر از همه، انرژی ای که انسان می تواند در 24 ساعت از خورشید دریافت کند برای پاسخگویی به کل نیاز برق زمین کافی است و دیگر به پروژه های زغال سنگ و انرژی هسته ای نیازی نخواهد بود. این فناوری در صورت تحقق کامل، نقشی حیاتی در آینده بدون کربن زمین خواهد داشت.