Avances en la tecnología solar que hacen plausibles las soluciones basadas en el espacio

Desde hace bastante tiempo, se está llevando a cabo una extensa investigación sobre formas de capturar y utilizar space-based solar power. Científicos y expertos en tecnología creen que la energía solar basada en el espacio podría ser una adición eficiente al conjunto disponible de fuentes de energía sostenible. 

Funcionalmente, el conjunto tendría paneles de recolección y aprovechamiento de energía a nivel orbital, que transmitirían de vuelta la energía solar a sus contrapartes receptoras ubicadas en el planeta Tierra. Y dado que involucra el espacio, el planeta Tierra y la ruta de transmisión entre estos dos puntos, debe estar constituido por soluciones tecnológicas sofisticadas. 

Afortunadamente, los avances logrados en la tecnología solar a nivel mundial han estado haciendo plausible la producción de energía solar basada en el espacio. Pero antes de profundizar en ellos, echemos un vistazo rápido a lo que significan las soluciones de energía solar basada en el espacio y cuáles son sus ventajas. 

Energía Solar Basada en el Espacio y sus Ventajas

Según datos presentados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, cada hora en la Tierra recibimos más energía solar de la que podemos usar en un año. Casi el 30 % de esta energía vuelve sin ser utilizada al espacio a través de la atmósfera. Esta energía puede ser capturada y utilizada de manera eficiente si contamos con mecanismos robustos de energía solar basada en el espacio. 

En este sistema, los paneles solares basados en satélites pueden capturar y transmitir más energía que los paneles solares instalados en la superficie de la Tierra. Funcionan mejor debido a las ventajas que tienen al estar en el espacio. Según la descripción del DEA, estos: 

“Satélites equipados con paneles solares y transmisores de energía recogen radiación solar de alta intensidad e ininterrumpida.” 

El suministro es ininterrumpido porque, en el espacio, no hay nubes ni noche. 

La tecnología implica desplegar enormes espejos que reflejan grandes cantidades de rayos solares hacia colectores solares más pequeños, de modo que puedan ser transmitidos de forma inalámbrica a la Tierra de manera segura y controlada, ya sea como un haz de microondas o láser. 

Dado que este proceso implica tecnología sofisticada, atrae soluciones innovadoras de todo el mundo. NASA ha publicado un informe sobre la Energía Solar Basada en el Espacio para equiparse con la ‘información que necesita para determinar cómo puede apoyar el desarrollo de este campo de investigación’.

El informe intenta evaluar los parámetros que tendrían un papel crucial para convertir la energía solar basada en el espacio en una opción competitiva, cuyo objetivo final sería lograr emisiones netas cero de gases de efecto invernadero. 

Algunos cuellos de botella tecnológicos que NASA ha identificado para que los investigadores y tecnólogos activos en este campo trabajen son los siguientes: 

• Tendrían que encontrar formas de ensamblar y mantener en órbita sistemas de gran tamaño.
• Se requeriría investigación para que esos sistemas operen de manera autónoma y tengan una transmisión de energía eficiente para llevar la energía cosechada a la Tierra. 
• El informe de NASA también señala que, antes de poner en uso los sistemas de energía solar basada en el espacio, es importante abordar los costos de su lanzamiento y construcción. Esto se debe a que enviar todo ese material al espacio requeriría muchas misiones continuas para transportar la infraestructura a la órbita.

El informe de NASA cree que los sistemas de energía solar basada en el espacio podrían volverse totalmente productivos y operativos para 2050. A través del informe, se han dado a conocer algunos de los avances clave logrados en este campo. Por ejemplo, nos recordó a los científicos de JAXA que demostraron que era posible transmitir energía de forma inalámbrica con precisión como microondas a través de una distancia notable para finalmente convertirla en electricidad utilizable. 

Continuando con la esencia de este logro, científicos de Caltech, en marzo de 2023, presentaron el Demonstrador de Energía Solar Espacial (SSPD-1) como la primera nave espacial que transmite de forma inalámbrica la energía solar cosechada en el espacio a la Tierra.

NASA también ha ofrecido algunas estimaciones sobre la viabilidad económica de la energía solar basada en el espacio. Algunos de los expertos vinculados estrechamente a este campo durante mucho tiempo también han cuestionado esas estimaciones. Sin embargo, casi no hay negación de los beneficios que este sistema de generación de energía promete ofrecer. Podría ayudar en la ayuda humanitaria, alimentando sensores remotos y eliminando los cuellos de botella existentes de nuestro sistema tradicional de producción de energía y su cadena de suministro. 

Observando sus beneficios, los gobiernos nacionales de todos los países desarrollados han comenzado a invertir en ella. Grandes entidades empresariales que disponen de recursos para invertir, como Airbus y Northrop Grumman (NOC ), también han trabajado incansablemente en ella. 

Ahora examinaremos algunos de sus logros en los segmentos que siguen. Sin embargo, hay que tener en cuenta que es un espacio en evolución y muchos de los esfuerzos aún se encuentran en la fase de prototipo.

#1. Airbus Power Beaming

Una de las principales compañías que trabaja en el avance de la tecnología solar para hacer posibles las soluciones basadas en el espacio es Airbus. Su tecnología Power Beaming, desarrollada por los departamentos Central Research & Technology y Blue Sky de la empresa, ha realizado demostraciones creíbles de cómo esto podría ser un cambio de juego en el escenario de la tecnología solar basada en el espacio. 

Según Jean-Dominique Coste, quien es responsable de desarrollar Power Beaming junto con Yoann Thueux y sus colegas: 

“El potencial de la tecnología es capturar la luz solar y luego transmitirla de forma inalámbrica.” 

Estos científicos creen que esta solución energética podría ser capaz de suministrar adecuadamente energía a ciudades, fábricas, hogares y aviones.

Los desarrolladores de la tecnología de Airbus demostraron por primera vez Power Beaming en la X-Works Innovation Factory de la compañía el 27 de septiembre de 2022. Aunque se realizó a menor escala, la demostración pudo explicar suficientemente lo que se necesitó para que la transmisión de energía funcionara. 

Coste, Thueux y sus colegas utilizaron transmisión por microondas para enviar energía verde entre dos puntos que representaban ‘Espacio’ y ‘Tierra’. La distancia entre estos dos puntos fue de 36 metros. La demostración también produjo hidrógeno verde para alimentar una ciudad modelo. 

Después de que la demostración terminó, Yoann Thueux dijo: 

“Ahora que hemos probado con éxito los componentes clave de un futuro sistema de energía solar basada en el espacio a pequeña escala por primera vez, estamos listos para llevar Power Beaming al siguiente nivel.”

Airbus espera que esta tecnología se convierta en una realidad pronto. Cree que los primeros prototipos operativos de Power Beaming estarán disponibles para su uso a principios de la década de 2030. 

En su forma aplicada definitiva, la tecnología tendría un panel solar colocado en la órbita geoestacionaria, a unos 36 000 km sobre la Tierra. Este panel solar se emparejaría con un panel solar del mismo tamaño en la Tierra. 

La energía recopilada en el espacio se transmitiría hacia abajo sobre una zona que tendría muchas antenas distribuidas. Estas antenas captarían los haces para que la energía se reensamble y produzca electricidad. 

Una vez que este sistema alcance una escala específica, costaría lo mismo producir energía con él que en proyectos energéticos a gran escala en la Tierra que dependen de energía nuclear, petróleo u otras fuentes de energía renovable. Según estimaciones, una granja solar geoestacionaria podría generar hasta dos gigavatios de electricidad. 

El 15 de febrero de 2024, Airbus publicó sus resultados anuales de 2023, reportando ingresos anuales de 65,4 mil millones, con un EBIT ajustado de 5,8 mil millones de euros. 

#2. Northrop Grumman

Otra importante entidad global que ha completado las pruebas necesarias que validan sus capacidades de tecnología solar espacial es Northrop Grumman. La compañía demostró con éxito su capacidad de transmitir energía de radiofrecuencia hacia varias antenas mediante la dirección del haz. Confía en desarrollar su prototipo para 2025. 

Este prototipo exhibiría la capacidad de la compañía de transmitir energía RF hacia el planeta. La tecnología es desarrollada por Northrop Grumman’s Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). 

Según Tara Theret, directora del programa SSPIDR: 

“Ahora, solo queda construir, probar e integrar el resto del hardware en un cronograma desafiante.”

El trabajo adicional a realizar en este proceso incluye reducir el tamaño de los componentes electrónicos y escalar la cantidad de ‘baldosas sándwich’. Las baldosas sándwich no son más que paneles de celdas fotovoltaicas que recogen energía solar y transmiten potencia a la siguiente capa, los cuales poseen componentes que permiten la conversión de solar a RF y ayudan a formar los haces. 

La compañía también está fabricando el hardware de vuelo necesario para ensamblar el sistema y lanzarlo en la plataforma ESPAStar de la empresa. La plataforma ESPAStar es un bus satelital que brinda a las cargas útiles la propulsión, energía, control de actitud y comunicación necesarios. 

En una validación del trabajo que ha estado realizando, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. alentó los esfuerzos de Northrop Grumman con un contrato de 100 millones de dólares en 2018, mediante el cual desarrollaría una carga útil para demostrar los componentes clave del prototipo de sistema de energía solar espacial.

Las autoridades de la Fuerza Aérea buscaban catalizar los esfuerzos de desarrollo necesarios para construir un prototipo de sistema basado en el espacio que pudiera energizar las bases militares de EE. UU. con energía solar. 

En general, al señalar el potencial que las soluciones basadas en el espacio en la tecnología solar tienen para el futuro, Tara Theret dijo: 

“La transmisión de energía solar espacial tiene el potencial de proporcionar energía en cualquier lugar de la Tierra en cualquier momento. Esta tecnología podría hacer que la energía esté disponible en ubicaciones remotas que necesiten equipos médicos y de comunicaciones.”

Northrop Grumman registered total sales de 36,6 mil millones de dólares en el año que finalizó el 31 de diciembre de 2022. Los ingresos obtenidos del segmento Space Systems fueron cercanos a 12,3 mil millones de dólares, un notable aumento respecto a los 10,6 mil millones de dólares del año anterior. De los 12,3 mil millones de dólares de ingresos obtenidos en 2022, el 94 % provino del gobierno de EE. UU., mientras que el resto, un 3 %, 2 % y 1 %, provino de ventas internacionales, ventas a otros clientes y ventas intersegmento, respectivamente. 

#3. CESI

CESI, con sede en Milán, Italia, cuenta con tres décadas de experiencia en la realización de investigaciones, desarrollo y producción de células solares altamente eficientes para aplicaciones espaciales. Más importante aún, es uno de los proveedores globales más demandados de células multijunción que utilizan Arseniuro de Galio y Fosfuro de Indio Galio. 

CESI tiene una gama de células espaciales de triple unión. Estas células, además de Arseniuro de Galio y Fosfuro de Indio Galio, también incluyen Germanio. Estas células resultan efectivas para satélites en Órbita Baja Terrestre y Órbita Geoestacionaria. Estos productos también cumplen con los estándares ECSS E ST20-08C requeridos. CESI está ahora en camino de lanzar células de cuatro uniones que tendrán niveles de eficiencia superiores a los de las células de tres uniones. 

En el futuro, CESI aspira a ofrecer una amplia gama de productos de células solares espaciales que satisfagan cualquier requisito de programa espacial. Hasta la fecha, los esfuerzos de CESI han resultado en más de 200 000 células solares, alimentando más de 70 satélites civiles para clientes distribuidos en 25 países. 

CESI posee su tecnología propietaria para fabricar células solares en Milán. Con los años, ha construido una red estrecha y profunda con muchas agencias y actores espaciales internacionales. 

Al igual que Northrop Grumman, CESI también colabora con el Gobierno Nacional Italiano y ha recibido financiación de la Agencia Espacial Nacional Italiana (ASI) y de la Agencia Espacial Europea (ESA). Ha fabricado células solares avanzadas para satisfacer las necesidades del Programa Espacial Europeo y de muchas misiones interplanetarias. 

Según la última divulgación financiera disponible, la empresa obtuvo unos ingresos de más de 87 millones de coronas checas en el ejercicio financiero que finalizó el 31 de diciembre de 2022. 

Avances en la tecnología solar espacial: El camino por delante

La tecnología solar espacial ha encontrado su lugar al demostrar su valor a la comunidad global, lo que ha llevado a los gobiernos nacionales de todo el mundo a comenzar a invertir en ella con gran entusiasmo. En los Estados Unidos, esto se tradujo en acción cuando el Laboratorio Naval de Investigación realizó un experimento en 2020 para capturar la luz solar y convertirla en energía eléctrica de corriente continua. Utilizó el avión espacial X-37B de la Fuerza Aérea para este propósito. 

Mientras tanto, los esfuerzos internacionales también están ganando impulso. Las autoridades chinas han establecido metas ambiciosas con su plan 2028 para una demostración basada en el espacio liderada por la Academia China de Tecnología Espacial. En Europa, Solaris destaca como un programa de investigación de tres años bien financiado, que ha recibido la aprobación de la Agencia Espacial Europea. El Reino Unido también está en la carrera, ya que ha estado ofreciendo subvenciones para estudios sobre la captura de energía solar en el espacio. 

Evidentemente, empresas innovadoras, grandes y recursosas organizaciones globales, y gobiernos de todo el mundo han estado trabajando juntos para capturar y aprovechar la energía que el espacio nos ofrece. Con esa energía solar ininterrumpida y sin utilizar esperando ser capturada y aprovechada para el beneficio del planeta, el futuro realmente parece prometedor.

Haga clic aquí para obtener una lista de las diez principales acciones de energía solar.