Fremskridt i solteknologi gør rumbaserede løsninger mulige

I et stykke tid har der været omfattende forskning i måder at indfange og udnytte rumbaseret solenergi på. Videnskabsfolk og teknologieksperter mener, at rumbaseret solenergi kan være et effektivt supplement til de tilgængelige bæredygtige energikilder. 

Funktionelt ville opsætningen bestå af energindsamlings‑ og høstpaneler i kredsløb, som vil sende solenergi tilbage til deres modtagende modparter på planeten Jorden. Og da det involverer rummet, Jorden og transmissionsruten mellem de to punkter, skal det bestå af sofistikerede teknologiløsninger. 

Løfterigt har fremskridt inden for solteknologi verden over gjort produktionen af rumbaseret solenergi plausibel. Men før vi dykker dybere ned i dem, lad os hurtigt se på, hvad rumbaserede solenergiløsninger betyder, og hvilke fordele de har. 

Rumbaseret solenergi og dens fordele

Ifølge data præsenteret af USA’s energidepartement modtager vi på Jorden hver time mere solenergi, end vi kan bruge på et helt år. Næsten 30 % af denne energi går ubesat tilbage til rummet via atmosfæren. Denne energi kan indfanges og udnyttes effektivt, hvis vi får robuste rumbaserede solenergi‑mekanismer på plads. 

I dette system kan satellitbaserede solpaneler indfange og overføre mere energi, end hvad solpaneler på jordens overflade kan indsamle. De fungerer bedre på grund af fordelene ved at befinde sig i rummet. Ifølge DEA’s beskrivelse er disse: 

“Solpaneludstyrede, energitransmitterende satellitter indsamler højintensiv, uafbrudt solstråling.” 

Forsyningen er uafbrudt, fordi der i rummet hverken er skyer eller nat. 

Teknologien indebærer udsendelse af gigantiske spejle, der reflekterer enorme mængder solstråler på mindre solindsamlere, så de trådløst kan sendes til Jorden på en sikker og kontrolleret måde som enten mikrobølge‑ eller laserstråle. 

Da denne proces involverer sofistikeret teknologi, tiltrækker den innovative løsninger fra hele verden. NASA har nu offentliggjort en rapport om rumbaseret solenergi for at udstyre sig med den information, den har brug for at afgøre, hvordan den kan støtte udviklingen af dette forskningsområde.

Rapporten forsøger at vurdere de parametre, der vil spille en afgørende rolle i at gøre rumbaseret solenergi til et konkurrencedygtigt alternativ, hvor det endelige mål er at opnå netto‑nul udledning af drivhusgasser. 

Nogle teknologiske flaskehalse, som NASA har identificeret for forskere og teknikere i dette felt, er som følger:

• De skal finde måder, hvorpå store systemer kan samles og vedligeholdes i kredsløb.
• Der kræves forskning for at få disse systemer til at operere autonomt og have effektiv energitransmission for at bringe den høstede energi til Jorden.
• NASA-rapporten pointerer også, at før rumbaserede solenergisystemer tages i brug, er det vigtigt at tackle omkostningerne ved opsendelse og opbygning. Dette skyldes, at transport af alt materialet til rummet vil kræve mange kontinuerlige missioner for at bringe infrastrukturen i kredsløb.

NASA-rapporten mener, at rumbaserede solenergisystemer kan blive fuldt produktive og operationelle inden 2050. Gennem rapporten er nogle af de milepælsfremskridt, der er gjort på dette område, kommet frem i lyset. For eksempel har den mindet os om JAXA‑forskerne, som beviste, at det var muligt at overføre energi trådløst som mikrobølger over en betydelig afstand for derefter at omdanne den til brugbar elektricitet. 

Med udgangspunkt i denne præstation udviklede Caltech‑forskerne i marts 2023 Space Solar Power Demonstrator (SSPD‑1) som det første rumfartøj, der trådløst overfører solenergi indsamlet i rummet til Jorden.

NASA har også fremsat nogle estimater om den økonomiske gennemførlighed af rumbaseret solenergi. Nogle af de eksperter, der længe har arbejdet tæt på dette område, har udfordret disse estimater. Der har dog næsten ingen benægtelse af de fordele, som dette energiproduktionssystem lover at levere. Det kan hjælpe i katastrofehjælp, drive fjernsensorer og fjerne de eksisterende flaskehalse i vores traditionelle energiproduktionssystem og forsyningskæde. 

Når man ser på fordelene, er nationale regeringer i alle udviklede lande begyndt at investere i det. Store virksomheder med ressourcer til at investere, som Airbus og Northrop Grumman (NOC ), har også arbejdet utrætteligt på det. 

Vi vil nu se på nogle af deres resultater i de kommende segmenter. Man skal dog huske, at det er et udviklende område, og mange af bestræbelserne stadig er på prototype‑stadiet.

#1. Airbus Power Beaming

En af de store virksomheder, der arbejder på at fremme solteknologi for at gøre rumbaserede løsninger mulige, er Airbus. Dens Power Beaming‑teknologi, udviklet af virksomhedens Central Research & Technology og Blue Sky‑afdelinger, har givet troværdige demonstrationer af, hvordan dette kan blive en game‑changer inden for rumbaseret solteknologi. 

Ifølge Jean‑Dominique Coste, som er ansvarlig for at udvikle Power Beaming sammen med Yoann Thueux og deres kolleger: 

“Potentialet i teknologien er at indfange sollys og derefter sende det trådløst.”

Disse forskere mener, at denne energiløsning kan være i stand til at levere strøm til byer, fabrikker, husholdninger og fly.

Airbus‑teknologidevelopere demonstrerede første gang Power Beaming på virksomhedens X‑Works Innovation Factory den 27. september 2022. Selvom demonstrationen blev udført i mindre skala, kunne den tilstrækkeligt forklare, hvad der kræves for at få power beaming til at fungere. 

Coste, Thueux og deres kolleger brugte mikrobølgestråling til at overføre grøn energi mellem to punkter, der repræsenterede “Space” og “Earth”. Afstanden mellem de to punkter var 36 meter. Demonstrationen producerede også grøn brint til at drive en modelby. 

Efter demonstrationen sagde Yoann Thueux: 

“Nu hvor vi for første gang har testet de vigtigste byggesten i et fremtidigt rumbaseret solenergisystem i lille skala, er vi klar til at tage Power Beaming til næste niveau.”

Airbus forventer, at denne teknologi snart bliver en realitet. De tror, at de første operationelle Power Beaming‑prototyper vil være tilgængelige i begyndelsen af 2030‑erne. 

I sin ultimative anvendte form vil teknologien have et solpanel placeret i geostationær bane, omkring 36.000 km over Jorden. Dette solpanel vil blive parret med et solpanel af samme størrelse på Jorden. 

Den indsamlede energi i rummet vil blive sendt ned over et område med mange antenner spredt ud over det. Disse antenner vil opfange strålerne, så energien kan samles igen og producere elektricitet. 

Når dette system når en bestemt skala, vil omkostningerne ved at producere energi med det være de samme som i store energiprojekter på Jorden, der er afhængige af kernekraft, olie eller andre vedvarende energikilder. Ifølge estimater vil en geostationær solfarm kunne generere op til to gigawatt elektricitet. 

Den 15. februar 2024 offentliggjorde Airbus sine samlede resultater for 2023, med en årlig omsætning på 65,4 milliarder og et justeret EBIT på 5,8 milliarder euro. 

#2. Northrop Grumman

En anden stor global aktør, der har gennemført nødvendige tests, som bekræfter deres kapacitet inden for sol‑rum‑teknologi, er Northrop Grumman. Virksomheden demonstrerede succesfuldt sin evne til at sende radiofrekvensenergi mod forskellige antenner ved at styre strålen. De er sikre på at kunne fremvise deres prototype i 2025. 

Denne prototype vil vise virksomhedens evne til at sende RF‑energi ned til planeten. Teknologien er udviklet af Northrop Grummans Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). 

Ifølge Tara Theret, programdirektør for SSPIDR: 

“Nu handler det kun om at bygge, teste og integrere resten af hardware på en udfordrende tidsplan.”

Yderligere arbejde omfatter at formindske elektroniske komponenter og skalere antallet af “sandwich‑fliser”. Sandwich‑fliser er blot fotovoltaiske cellepaneler, der indsamler solenergi og overfører strøm til det næste lag, som indeholder komponenter, der muliggør sol‑til‑RF‑konvertering og hjælper med at danne strålerne. 

Virksomheden fremstiller også det nødvendige flyhardware for at samle systemet og opsende det på virksomhedens ESPAStar‑platform. ESPAStar‑platformen er en satellit‑bus, der giver nyttelaster den nødvendige fremdrift, strøm, attitudeskontrol og kommunikation. 

I en validering af deres arbejde opmuntrede US Air Force Research Laboratory Northrop Grummans indsats med en kontrakt på 100 millioner USD i 2018, hvor de skulle udvikle en nyttelast til at demonstrere nøglekomponenter i prototype‑systemet for rumbaseret solenergi.

Air Force‑myndighederne havde til formål at katalysere de udviklingsindsatser, der kræves for at bygge et prototype‑rumbaseret system, som kan forsyne amerikanske militærbaser med solenergi. 

Samlet set, når man peger på det potentiale, som rumbaserede løsninger inden for solteknologi har for fremtiden, sagde Tara Theret: 

“Rumbaseret solenergi‑beaming har potentialet til at levere energi hvor som helst på Jorden på ethvert tidspunkt. Denne teknologi kan gøre strøm tilgængelig for fjerntliggende steder, der har brug for medicinsk og kommunikationsudstyr.”

Northrop Grumman registrerede samlede salg på 36,6 milliarder USD i året, der sluttede den 31. december 2022. Indtægterne fra Space Systems‑segmentet lå på omkring 12,3 milliarder USD, en markant stigning i forhold til året før, hvor de var 10,6 milliarder USD. Ud af de 12,3 milliarder USD i indtægter i 2022 kom 94 % fra den amerikanske regering, mens de resterende 3 %, 2 % og 1 % kom fra internationale salg, salg til andre kunder og intersegment‑salg. 

#3. CESI

CESI, med base i Milano, Italien, har tre årtiers erfaring med forskning, udvikling og produktion af solceller, der er yderst effektive til rumapplikationer. Endnu vigtigere er, at de er en af de mest efterspurgte globale leverandører af multijunction‑celler, der bruger Gallium Arsenide og Indium Gallium Phosphide. 

CESI har et sortiment af triple‑junction‑rumceller. Disse celler, ud over Gallium Arsenide og Indium Gallium Phosphide, indeholder også Germanium. Disse celler er effektive for satellitter i lav jordbane (LEO) og geostationære bane (GEO). Produkterne overholder også de krævede ECSS E ST20‑08C‑standarder. CESI er nu på vej til at lancere fire‑junction‑celler, som vil have højere effektivitet end tre‑junction‑celler. 

Fremover har CESI til hensigt at tilbyde et bredt sortiment af rum‑solcelleprodukter, som kan opfylde ethvert rumprograms krav. Indtil videre har CESI’s indsats resulteret i mere end 200 000 solceller, der driver over 70 civile satellitter for kunder i 25 lande. 

CESI har sin egen proprietære teknologi til fremstilling af solceller i Milano. Gennem årene har de opbygget et tæt netværk med mange internationale rumagenturer og aktører. 

Ligesom Northrop Grumman arbejder CESI også sammen med den italienske nationale regering og har modtaget finansiering fra den italienske nationale rumagentur (ASI) og European Space Agency (ESA). De har fremstillet avancerede solceller til at imødekomme European Space Program‑behov samt mange interplanetariske missioner. 

Ifølge den seneste tilgængelige finansielle oplysning har virksomheden tjent en omsætning på mere end 87 millioner tjekkiske kroner i regnskabsåret, der sluttede den 31. december 2022. 

Fremskridt inden for rumsolteknologi: Vejen frem

Rumsolteknologi har fundet sin plads ved at bevise sin værdi for det globale samfund, hvilket har fået nationale regeringer verden over til at begynde at investere i den med stor entusiasme. I USA omsatte dette til handling, da Naval Research Laboratory i 2020 gennemførte et eksperiment for at indfange sollys og omdanne det til jævnstrøm. De brugte Air Force’s X‑37B‑rumfly til dette formål. 

Samtidig får internationale indsatser også momentum. De kinesiske myndigheder har sat ambitiøse mål med deres 2028‑plan for en rumbaseret demonstration ledet af China Academy of Space Technology. I Europa skiller Solaris sig ud som et velfinansieret tre‑årigt forskningsprogram, der har fået grønt lys fra European Space Agency. Storbritannien er også i kapløbet, da de har tilbudt tilskud til studier om udnyttelse af solenergi i rummet. 

Det er tydeligt, at innovative virksomheder, store og ressourcestærke globale organisationer samt regeringer over hele verden samarbejder om at indfange og udnytte den energi, som rummet kan tilbyde os. Med sådan uafbrudt, uudnyttet solenergi, der venter på at blive udnyttet og anvendt til planetens fordel, ser fremtiden virkelig lovende ud.

Klik her for en liste over de ti bedste solenergiaktier.