Aurinko, joka ei koskaan laske – Reflect Orbitalin suuret suunnitelmat aurinkoenergian mullistamiseksi

Aurinko nousee

Solar energy is becoming one of the world’s major power sources due to its natural abundance, “fuel-free” nature, and no carbon emission when operating (but some during production if the panels are not made with green energy).

Aurinkoenergia on nousemassa yhdeksi maailman merkittävimmistä energialähteistä sen luonnollisen runsaan saatavuuden, “polttoainettoman” luonteen ja toiminnassa tapahtuvan hiilidioksidipäästön puuttumisen (vaikkakin tuotannossa voi syntyä jonkin verran, jos paneelit eivät ole valmistettu vihreällä energialla) vuoksi.

Lähde: Clean Energy Review

Tämä on jotain, mistä keskustelimme tarkemmin artikkelissa “The Solar Age – A Bright Future To Mankind.” Samanaikaisesti, kun hyötysuhde parani, tuotantokustannukset laskivat jyrkästi, luoden täydellisen ympäristön aurinkovoiman kilpailukyvyn parantamiselle fossiilisia polttoaineita vastaan.

Lähde: News Channel 3

Silti aurinkovoimalla on yksi keskeinen heikkous. Se ei pysty tuottamaan energiaa yöllä. Tai toisin sanoen, se tuottaa hyvin vähän pilvisinä päivinä.

Tämä tarkoittaa, että aurinkovoima voi toimia ihmiskunnan pääenergia-lähteenä vain yhdessä ratkaisujen kanssa, jotka lievittävät tätä ongelmaa.

Tällä hetkellä kaksi päävaihtoehtoa ovat massiiviset akkupaketit, jotka varastoivat energiaa iltaan ja aurinkoisilta päiviltä, sekä pitkän matkan sähkönsiirtoverkot, jotka kuljettavat energiaa aurinkoisilta alueilta eri aikavyöhykkeille.

Ongelma on, että molemmat vaihtoehdot ovat melko kalliita ja resurssivaativia.

Siksi keskustellaan toisesta mahdollisuudesta: aurinkoenergian keräämisestä paikassa, jossa se paistaa 24/7 eikä koskaan häiriinny sääolosuhteista, suoraan Maan kiertoradalta.

Orbitaalinen aurinkoenergia

Mitä tänään ja lähitulevaisuudessa tekevät avaruusaurinkokonseptit mahdollisesti toteutettaviksi, on laukaisukustannusten romahdus. Tämä on enimmäkseen seurausta Elon Muskin SpaceX (SPCX ):n uudelleenkäytettävien rakettien keksimisestä, mikä on jo kymmenkertaistanut kustannukset ja saattaa tehdä sen uudelleen lähitulevaisuudessa.

Lähde: Ark Invest

Voimasatelliit

Pitkään aikaa päästrategiana oli asentaa fotovoltaalipaneeleja suuriksi satelliittiradoiksi ja lähettää energia takaisin maapinnalle mikroaaltojen avulla (joita pilvet eivät absorboi).

Lähde: ESA – European Space Agency

The issue with that strategy is that it is rather complex compared to ground-based solar:

• Ground-based: collect sunlight -> convert DC to AC -> send power into the grid.
• Space-based: collect sunlight -> convert microwaves -> convert microwave back to electricity -> convert DC to AC -> send power into the grid.

These many more steps require more equipment and, therefore, more weight to send into orbit. It also means that some energy is lost at every conversion step between sunlight, power, and microwaves.

Nämä lisäaskeleet vaativat enemmän laitteistoa ja siten enemmän painoa lähetettäväksi kiertoradalle. Ne myös aiheuttavat energiahäviöitä jokaisessa muunnosvaiheessa auringonvalon, energian ja mikroaaltojen välillä.

Joten vaikka auringonvalo on voimakkaampaa ja keskeytymätöntä kiertoradalla, lisähäviöt ja laitteistokustannukset saattavat tehdä orbitaalista aurinkoenergiaa vain vähän halvemmaksi kuin maapäällistä, vaikka se olisi luotettavampi.

Myydäänkö auringonvaloa?

Toinen lähestymistapa on startup-yrityksen Reflect Orbitalin harkinnassa.

Idea on ohittaa aurinkopaneelien ja mikroaaltojen lähettimien vieminen kiertoradalle. Sen sijaan laitetaan kiertoradalle valtava peili, joka heijastaa auringonvalon Maahan.

Lähde: Reflect Orbital

Tämä menetelmä testattiin jo Venäjän avaruusohjelmassa vuonna 1990, joten tiedämme sen toimivan teknisesti. Lyhyt rahoitus Neuvostoliiton jälkeisessä Venäjällä, edelleen kalliit aurinkovoimapuistot ja laukaisukustannukset tuolloin tekivät siitä kaupallisesti kannattamattoman.

Tällä konseptilla on muutamia keskeisiä etuja perinteisiin orbitaalisiin aurinkosuunnitelmiin verrattuna:

• Power satellites will necessarily degrade over time. And contrary to solar panels on Earth, there is for now no realistic path to recycling, meaning that expensive and complex machinery are fully wasted at the end of their useful life.
• Space mirrors can be made of simple, thin metallic foil, which is way lighter than photovoltaic solar panels. This would reduce the launch costs drastically.

Käytännössä Reflect Orbital “myisi auringonvaloa” maapäällisille aurinkovoimapuistoille, jotta ne voivat jatkaa tuotantoa pimeän jälkeen, kun sähkön hinnat ovat korkeimmillaan.

Yritys on jo toteuttanut konseptin demoon kuumailmapallolla, osittain markkinointitoimenpiteenä konseptin havainnollistamiseksi enemmän kuin todellisena prototyyppinä, joka vaatisi oikean satelliitin kiertoradalla.

Kuinka vakava se on?

Tiimi

The Co-Founder and CEO of the company is Ben Novak. As a college freshman, he led SpaceX projects validating Crew Dragon propulsion components and worked again at SpaceX later on.

The CTO is Tristan Semmelhack, who was the youngest engineer at Zipline, the world’s leading drone delivery company.

Maybe more crucial for the potential success of the future prototype is Robert Salazar, the Heliostat Design Engineer. He worked on the design of the Starshade’s Optical Shield at NASA’s Jet Propulsion Laboratory; Robert went on to design ultralight deployable heliostats for the Transformers for Lunar Extreme Environments project.

Lähde: NASA

So, overall, the team seems to have some serious technical credentials when it comes to space projects and space mirrors. This is not just a marketing team with a crazy idea.

And we can assume Novak’s experience at SpaceX could help secure access to the company launchers in the future.

Tekninen toteutettavuus

As we said before, this technology was already tested in the 1990s, so we know it can work. It can reuse a lot of research done over the years about solar sails, inflatable antennas, and origami folding for maximizing the efficiency of the launch of solar panels and reflective foil.

In general, making ultra-light reflective surfaces for space is relatively easy, at least as far as space equipment can ever be called easy. From the ground, the reflectors would look like “mini-suns.”

Lähde: University Of Glasgow

In a study from 2022 titled “Enhancing solar energy generation and usage: Orbiting solar reflectors as an alternative to energy storage,” the reflectors were assumed to be made of a constellation of thirty 1-km diameter sized reflectors, with each reflector having a 20-year lifetime and weighing approximately 7860 kg.

The procurement cost would be $375/kg, or $3M per reflector and $90M for the whole constellation. This would be enough to generate additional illumination worth 100 MWh in power generation.

Taloudellinen kannattavuus

In the same study, the scientists then used a launch cost of $1400 per kg or the cost for the Falcon Heavy satellite launch in 2018. It is worth noting that by 2023, this launch cost has already fallen below the $1,000 threshold, and that is before the arrival of SpaceX Starship, which is much larger and, in theory, much cheaper as well.

In this analysis, the researchers calculate that in the current conditions, the project would not manage to generate money. They even calculated the launch costs required for orbital mirrors to reach breakeven in different market conditions:

Market condition 1 has relatively stable prices of electricity throughout the day, with India used as an example. In this case, launch costs for breakeven have to be $257/kg.

Lähde: Applied Energy (LC = Launch Cost, PC =  Procurement Cost)

Market condition 2 has extreme price variation between moments of the day, with California used as an example. In this case, launch costs for breakeven need to be “only” $558/kg.

Lähde: Applied Energy (LC = Launch Cost, PC =  Procurement Cost)

Mahdolliset sovellukset

Ensimmäinen markkinointademonstratio

The company is discussing on its webpage the potential to “reserve a spot of light” for 4 min over 5 km, with limited availability starting in Q4 2025.

This would be achieved with satellites that will weigh only 35 pounds (16 kilograms) each and will be fitted with Mylar mirrors 33 feet by 33 feet (9.9 by 9.9 meters) in size that deploy in orbit.

In most cases, it would anyway be more of a demonstration and promotional tool than one targeting power generation, with a strong case that such an application could indeed go viral, with the possibility to ask for sunlight at night at the click of a smartphone app.

Aurinkovoiman tuotanto

The first and most obvious application would be sending light to large-scale solar farms, especially in the electricity market with very high power peak prices in the evening. Any space solar company will need to carefully select its market while keeping in mind the growing competition for constantly cheaper battery packs.

Another practical consideration will be choosing the right orbit, with as many customers as possible on the way of the satellites and their possible target for reflection.

Another possible use case would be to increase the solar intensity hitting solar farms in Nordic latitudes. For example, solar farms in Canada or Scandinavia could benefit from extra light to reach their maximum capacity, especially in winter when power demand is high and the sun’s intensity is at its lowest.

Tekoälyinen kaupunkivalo

Another consideration could be providing city light to large urban centers.

However, this might just not really be competitive with simpler-to-operate light poles with integrated solar cells and batteries.

Maatalous

Another activity that requires light is farming through plant photosynthesis. Orbital lighting could maybe provide extra light for large-scale farming operations that currently use LED lights in their greenhouses.

This would only work for the largest farms but could make sense for some regions with massive greenhouse installations, like, for example, the Netherlands or the South of Spain.

Another option could be to illuminate Nordic regions in winter, where the growth season is very short. This might also be, in general, an option for the satellite to sell the reflected light in areas without sufficient demand from solar farms.

Orbitaalisten peilien rajoitukset

Beyond just technical and economic considerations, orbital mirrors also have their critics.

One problem they could cause is even more light pollution that we experience today. Especially if it becomes a mass-adopted solution to handle peak electricity consumption all over the world. In the long run, this could make ground-based astronomy entirely impossible.

Another potential issue is the disturbance of natural ecosystems. We already know that light pollution from city lights can disturb nocturnal animals, migratory patterns, and insect populations. So, Reflect Orbital space mirrors could potentially make it worse.

Sijoittaminen aurinkoenergiaan

Solar energy production is constantly growing at a double-digit rate and will be a key driver to decarbonize the economy. It has still also a very long way to go, with the immense majority of our global electricity production and even more total energy coming from fossil fuels.

Over the years, it is a sector that has evolved to reward the largest companies, with economies of scale a key factor in managing to generate profit in a very competitive environment. With of course new technologies a potential disrupter of established polysilicon panel manufacturers.

Solar mirrors could also make solar even more attractive by not only solving the issue of peak prices in the evenings but also improving the production of existing solar parks, making them more profitable by increasing the number of hours where they produce.

You can invest in solar companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

If you are not interested in picking specific solar companies, you can also look into ETFs like Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), or Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) which will provide a more diversified exposure to capitalize on the solar and clean energy industry.

You can also read our article about the “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Aurinko- ja avaruusyritykset

1. Rocket Lab

Rocket Lab (RKLB ) on yksi vakavimmista kilpailijoista uudelleenkäytettävien rakettien markkinoilla. Yritys on alun perin keskittynyt pienraketteihin, Electron-laukaisujärjestelmään (320 kg kuormaa), jota kehitetään vähitellen osittain uudelleenkäytettäväksi raketiksi. Tähän mennessä Electron on asettanut 177 satelliittia 44 laukaisussa.

Myöhemmin Rocket Lab suunnittelee keskikokoisen uudelleenkäytettävän raketin, Neutronin, joka on verrattavissa Falcon 9:een (8 000 kg LEO:hon täysin uudelleenkäytettävässä tilassa, 1 500 kg Marsiin tai Venukseen). Neutronia ohjaa metaanilla toimiva rakettimoottori (kuten Starship), mikä näyttää nousevan seuraavan sukupolven rakettien trendiksi.

Yritys on merkittävä täysin pystysuunnassa integroidun satelliittivalmistusprosessinsa ansiosta, mikä mahdollistaa kustannusten ja suunnittelunopeuden optimoinnin. Tämä on johtanut useisiin sopimuksiin NASA:n ja Yhdysvaltain hallituksen kanssa, mukaan lukien $515M sotilas-satelliittisopimus. Ja siviilisopimus $143M Globalstarille.

Rocket Lab on myös merkittävä satelliittien aurinkopaneelien valmistaja vuoden 2022 SolAero Technologies -yrityskauppansa jälkeen, yli 1000 satelliittia käyttää näitä paneeleja, ja yhteensä on valmistettu 4 MW aurinkokennoja.

Lähde: Rocket Lab

Tällä hetkellä sen laukaisujärjestelmä riippuu ulkopuolisista toimittajista, mutta sarja strategisia yritysostoja pitäisi muuttaa tilannetta, toistamalla laukaisujärjestelmässä se pystysuora integraatio, joka on jo saavutettu satelliittisuunnittelussa ja -valmistuksessa.

Yritys tutkii myös mahdollisuutta telekommunikaatio-LEO-konstellaatioon, joka tuottaisi toistuvia tuloja. Se osallistuu myös tutkimukseen avaruusvalmistuksesta Varda Space Industriesin kanssa sekä avaruusromun tarkastukseen.

Kun SpaceX:llä oli Elon Muskin liiketoimintataito kehittää teknologiaa alusta alkaen, Rocket Lab käytti yhdistelmää T&K:ta ja yritysostoja vaaditun teknologian pystysuoraan integrointiin. Tämä on osoittautunut erittäin menestyksekkääksi satelliittivalmistuksessa, ja he aikovat nyt toistaa tämän strategian uudelleenkäytettävissä raketeissa.

Ottaen huomioon nykyisen kassavirran satelliittituotannosta ja Electronin menestyksestä, Rocket Lab on hyvä ehdokas kiihdyttämään SpaceX:n tasolle, ainakin kunnes massiiviset ohjauslaitteet ja muut infrastruktuurit rakennetaan muutaman vuosikymmenen sisällä.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko on yksi maailman suurimmista aurinkopaneelivalmistajista, ja se sijaitsee pääasiassa Kiinassa. Välttääkseen tulleja yritys monipuolistaa valmistusperustaa, valmistamalla piikiekkoja Vietnamissa ja aurinkokennoja Malesiassa ja Yhdysvalloissa.

Lähde: Jinko Solar

Joka tapauksessa yritys ei ole liikaa altistunut länsimaisille markkinoille, sillä Kiina, Aasian Tyynenmeren alue (APAC) ja kehittyvät markkinat muodostavat suurimman osan yrityksen liiketoiminnasta.

Lähde: Jinko Solar

Jinko on toimittanut 230 GW aurinkokennoja yrityksen historiassa ja 20 GW ensimmäisellä neljänneksellä 2024, mikä on nousu 14,5 GW:sta vain vuosi sitten.

Tämä tekee Jinkosta #1 valosähköteollisuudessa.

Jinkon edistyksellisin aurinkosolu, N-tyyppi, achieves a remarkably high 25.8% energy efficiency. It also offers bifacial panels.

Vuonna 2023 N-tyyppi otti haltuun suurimman osan Jinkon myynnistä, edustaen 80 % kaikista lähetyksistä, ja lisää kapasiteettia tulee 56 GW:n tuotantolaitokselta, jonka odotetaan saavuttavan täyden nopeuden vuoden 2024 loppuun mennessä, jolloin se kattaa 90 % toimituksista vuoden lopussa.

Kokonaisvalmistuskapasiteetin odotetaan saavuttavan 120–130 GW, mikä on lähes puolet yrityksen kumulatiivisesta tuotannosta koko historiansa aikana.

Pyrkiessään vihertämään tuotteensa profiilia, Jinko Solar julkaisi myös NeoGreenin, ensimmäisen N-tyypin aurinkopaneelin, joka on valmistettu kokonaan uusiutuvalla energialla (sen sijaan, että käytettäisiin hiiltä, jota Kiinassa yleisesti käytetään).

Jinkon erittäin aggressiivinen kasvu tuotantokapasiteetissa heijastaa yrityksen luottamusta N-tyypin teknologiaan ja pyrkimystä valloittaa Aasian, Afrikan ja Etelä-Amerikan vientimarkkinat.

Ja aurinkoenergian kokonaisnäkymä, joka ottaa haltuun maailman energiajärjestelmät, mukaan lukien mahdollisesti aurinkopeilit, lisää voitollisuutta entisestään.