De la science-fiction à Sky-High : les panneaux solaires en orbite sont-ils une bonne idée ?

Imaginez exploiter l'énergie solaire non seulement de la Terre, mais aussi de l'espace. C'est l'essence même de l'énergie solaire spatiale (SSP). 

Il s'agit d'un concept avancé qui consiste à capter l'énergie solaire dans l'immensité de l'espace avant de la retransmettre sur Terre. Cette méthode contourne les contraintes terrestres telles que la tombée de la nuit et les conditions météorologiques, garantissant un flux constant et sans entrave d'énergie solaire. 

Même si cela peut sembler une idée futuriste, les principes fondamentaux qui sous-tendent le SSP sont aussi intemporels que le soleil lui-même.

Pour définir l'énergie solaire spatiale : il s'agit d'une source d'énergie propre où l'énergie recueillie grâce à la lumière du soleil dans l'espace est transmise sans fil à la Terre. 

Le Soleil, avec une durée de vie estimée à 4-5 milliards d'années, présente une véritable solution énergétique à long terme. De plus, Space Solar Power n’émet pas de gaz à effet de serre et ne dépend pas de ressources en eau douce de plus en plus rares, de terres agricoles de valeur ou d’engrais dérivés du gaz naturel. 

Il ne produit pas non plus de déchets dangereux et, contrairement aux solutions d’énergie solaire traditionnelles, il n’est pas affecté par la couverture nuageuse, les variations de lumière du jour ou la vitesse du vent.

Les opportunités que nous offre Space Solar Power ont inspiré de nombreuses organisations à construire des solutions autour de cette énergie. Parmi les principaux acteurs du marché de l'énergie solaire spatiale figurent Airbus, Azur Space Solar Power GmbH, Fralock LLC, l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale, Northrop Grumman, Borrego Energy, LLC., Solaren Corporation, Space Tech GmbH, Space Canada, DHV Technology, et plus. 

Mais avant d’approfondir la compréhension du fonctionnement de ces entreprises et de leurs solutions, voyons ce que sont les systèmes d’énergie solaire spatiaux et pourquoi ils sont jugés viables pour la production d’énergie propre et renouvelable. 

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La science derrière les systèmes d’énergie solaire spatiaux

Des études indiquent que la Terre reçoit chaque heure plus d'énergie solaire que l'humanité n'en consomme en une année entière. Il est intéressant de noter que l'atmosphère terrestre reflète environ 30% de cette énergie solaire retour dans l'espace. 

Les systèmes de production d'énergie solaire spatiale exploitent l'énergie solaire abondante, autrement perdue dans l'espace. Après tout, l'absence d'interférences atmosphériques telles que les nuages ​​et l'exposition constante au soleil, sans interruption la nuit, rendent ces systèmes satellitaires exceptionnellement efficaces. Ils peuvent capter et retransmettre vers la Terre bien plus d'énergie que les panneaux solaires traditionnels.

Dans ces systèmes spatiaux de captage et de transmission d’énergie solaire, les satellites équipés de panneaux possèdent également des capacités de transmission d’énergie. Ils utilisent des miroirs de grande taille pour concentrer des quantités massives de rayons solaires sur des capteurs solaires plus petits. Ce rayonnement solaire ininterrompu de haute intensité est ensuite transmis sans fil à la Terre, en toute sécurité et de manière contrôlée.

La viabilité de l’énergie solaire spatiale : innovations techniques

Le transport de l’énergie solaire spatiale est devenu viable grâce aux innovations techniques réalisées ces derniers temps. Il existe deux types de systèmes de transmission. 

Le premier concerne les satellites solaires à transmission micro-ondes, tandis que l'autre concerne les satellites solaires à transmission laser. Dans les satellites émetteurs de micro-ondes, la lumière du soleil se reflète sur les grands miroirs vers le centre du satellite, où elle est transformée en énergie micro-onde ininterrompue transmise à la Terre. 

Passant au deuxième type, les satellites à transmission laser, comme leur nom l'indique, utilisent des lasers au lieu de faisceaux micro-ondes. Ces satellites fonctionnent généralement en groupe avec d’autres satellites plus petits, en raison de leur plus petite taille.

En ce qui concerne la viabilité économique de ces deux installations, les satellites solaires laser ont des coûts de démarrage relativement faibles, compris entre 500 millions et 1 milliard de dollars. Le plus petit diamètre du faisceau laser rend sa mise en œuvre au sol facile et peu coûteuse. 

Cependant, les satellites solaires micro-ondes sont utiles lorsqu'il s'agit de capter et de transmettre une énergie constante et ininterrompue à travers la pluie, les nuages ​​et d'autres conditions atmosphériques. Il peut fournir plus de 1 gigawatt d’énergie à son récepteur terrestre, soit suffisamment d’énergie pour alimenter une grande ville. 

En discutant de toutes ces avancées, nous ne devons jamais oublier que ces merveilles technologiques n’ont pas été réalisées en un jour. Il s'agit d'une longue tradition de recherche scientifique et technologique. Pour comprendre le potentiel futur de l’énergie solaire spatiale, nous devons le contextualiser. 

Évolution du concept solaire spatial : de la création à l'état actuel

1970s:

• Les concepts d’énergie solaire spatiale ont commencé à être étudiés aux États-Unis.

1980s:

• L’Asie a commencé à étudier les concepts d’énergie solaire spatiale.

Fin des années 1990 – début des années 2000 :

• 1998: L'étude de définition du concept d'énergie solaire spatiale identifie les concepts d'énergie solaire spatiale crédibles et commercialement viables ainsi que les risques techniques et programmatiques associés.

• 1998: L'agence spatiale japonaise développe un système d'énergie solaire spatiale, qui reste actif.

• 1999: Le programme de recherche et de technologie exploratoire sur l'énergie solaire spatiale de la NASA est lancé.

Début 2010 à 2020

• 2010: L’Organisation indienne de recherche spatiale lance les travaux préparatoires sur l’énergie solaire spatiale.

• 2012: La Chine propose un développement conjoint de l’énergie solaire spatiale avec l’Inde.

• 2015: Caltech et Northrop Grumman Corporation ont créé la Space Solar Power Initiative, allouant environ 17.5 millions de dollars américains sur trois ans au développement d'un système d'énergie solaire spatial.

2020s

• 2022 : Le Royaume-Uni annonce sa Space Energy Initiative, visant à lancer sa première centrale électrique spatiale d’ici le milieu des années 2040 et à cibler 30 % de sa demande d’électricité provenant de cette source.

• 2022 : L'Agence spatiale européenne annonce le programme Solaris, prévoyant d'exploiter des satellites à énergie solaire à partir de 2030.

• 2023 : Le démonstrateur d'énergie solaire spatiale (SSPD-1) de CalTech transmet avec succès une énergie détectable à la Terre.

Tout au long de ces années, divers gouvernements nationaux, départements de recherche universitaires et organisations financées par l’État ont exploré l’infrastructure et les possibilités de l’énergie solaire spatiale.

Des contributions importantes sont également venues d'entreprises et de sociétés comme Northrop Grumman, Airbus et Solaren Corporation dans le développement de cette source d'énergie transformatrice.

Alors que bon nombre de ces programmes solaires spatiaux proviennent de gouvernements nationaux, de départements de recherche universitaires et d’organisations autonomes financées par l’État, des entreprises et des sociétés comme Northrop Grumman, Airbus et Solaren Corporation ont joué un rôle crucial dans l’exploitation de cette source d’énergie transformatrice. 

Entreprises ayant des initiatives transformatrices en matière d’énergie solaire spatiale

1. Northrop Grumman

L'équipe du projet SSPIDR (Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research) de la société Northrop Grumman, basée à Baltimore, dans le Maryland, s'efforce de faire de la transmission de l'énergie solaire de l'espace vers n'importe où sur Terre une réalité. 

Le projet vise à exploiter des cellules photovoltaïques hautement efficaces en orbite pour collecter l’énergie solaire afin de la convertir en énergie radiofréquence (RF) qui sera transmise à une station de réception sur Terre. 

L'entreprise est leader dans le développement de systèmes de panneaux solaires clé en main adaptés à l'espace. Ses sous-ensembles photovoltaïques disposent des dernières technologies pour souder ou braser avec une automatisation robotisée, connectant des cellules solaires dans des circuits allant jusqu'à six pieds de longueur. 

Ses cellules interconnectées couvertes offrent l'intégration de cellules solaires et de verres de protection pour les assemblages CIC. 

Elle fabrique également des chaînes de cellules solaires, des ensembles de panneaux d'isolation d'ailes résistifs pour les environnements spatiaux les plus extrêmes, une plage de température complète (-185 à >300 degrés C), des ensembles de thermomètres à résistance en platine, et bien plus encore. 

Ces innovations ont aidé les initiatives d’énergie solaire spatiale à progresser rapidement et à réaliser leur potentiel. 

En 2022, Northrop Grumman a enregistré des ventes de 36.6 milliards de dollars américains et un bénéfice par action ajusté des transactions de 25.54 dollars américains. Le bénéfice net de l'entreprise s'élevait à près de 5 milliards de dollars américains pour l'exercice 2022. 

2. Airbus

Une autre entreprise qui a surperformé dans ce domaine est Airbus. Ses solutions de transmission de puissance visent à aider l'Europe à accéder de manière indépendante à davantage d'énergies renouvelables, avec de nouveaux réseaux énergétiques dans le ciel offrant des possibilités indépendantes et alimentation électrique durable autour de l'horloge. Les premiers prototypes Power Beaming opérationnels d’Airbus pourraient être utilisés d’ici le début des années 2030.

En outre, Airbus est également l'un des principaux fabricants européens de panneaux solaires, d'assemblages photovoltaïques et d'assemblages de cellules solaires destinés à des applications institutionnelles et commerciales. Elle a fabriqué des unités de conditionnement et de distribution d'énergie pour les satellites. Elle fournit également des systèmes de propulsion électrique et une gamme d'électronique pour la propulsion électrique, notamment des unités de contrôle et de traitement de puissance nécessaires aux systèmes solaires spatiaux.

Airbus travaille également à la construction de panneaux solaires photovoltaïques avancés, plus légers, plus flexibles et capables de capter plus d'énergie à leur surface. Son programme phare, Zephyr, est un pseudo-satellite à haute altitude alimenté exclusivement par l’énergie solaire. 

Tous ces éléments contribuent grandement à faire progresser la cause de l’énergie solaire spatiale à un rythme plus rapide et avec une efficacité accrue. 

Au cours de l'exercice 2022, Airbus a enregistré un chiffre d'affaires de 58.8 milliards d'euros, avec un EBIT ajusté de 5.6 milliards d'euros. Son cash-flow libre avant fusions-acquisitions et financements clients s'élève à 4.7 milliards d'euros. L'entreprise a proposé un dividende de 1.80 euros par action.

3. Société Solaren

Innovateur émergent dans ce domaine, Société Solaren, a développé des moyens de transmettre de l’électricité à coût compétitif et sans émission depuis l’espace. 

Au cours des dix prochaines années, Solaren développera, lancera et exploitera la première centrale SSP et vendra de l'électricité. Solaren a également acquis des brevets de système SSP de pointe dans des pays comme les États-Unis, l'Union européenne, la Chine, le Japon, l'Inde, le Canada et la Fédération de Russie.

Les solutions Space Solar Power de Solaren présentent de nombreux avantages. Il comprend un approvisionnement en électricité de base propre 24 heures sur 7 et XNUMX jours sur XNUMX, à un coût compétitif, sans émissions et sans rayonnement nucléaire. Il ne nécessite pas non plus d’eau pour le refroidissement thermique, ce qui élimine le risque de réchauffement des océans, des rivières et des lacs. 

La solution Space Solar Power de Solaren comprend deux composants : le satellite d'énergie solaire et la station de réception au sol. Le satellite utilise des panneaux solaires et un réseau/antenne RF pour capturer et transmettre. La station de réception au sol reçoit la puissance transmise via ses antennes de réception. 

En juillet 2023, Solaren a annoncé la réussite de son dernier cycle de financement, dirigé par Skyseed Ventures. Solaren soulevé 2.46 millions de dollars dans ce tour. 

Impact mondial et viabilité de l’énergie solaire spatiale

L’avènement de technologies très avancées autour des systèmes d’énergie solaire spatiaux a contribué à alimenter des véhicules spatiaux, des satellites, des rovers et d’autres infrastructures spatiales. L’énergie solaire provenant de l’espace peut aider ces systèmes à fonctionner pendant des durées prolongées sans qu’il soit nécessaire de faire un ravitaillement fréquent à partir des sources d’énergie embarquées.

Les innovations ont réduit le coût de développement de fusées réutilisables, réduisant ainsi les dépenses liées au lancement d’équipements dans l’espace. Le coût de maintenance de l’architecture spatiale de captage et de transmission de l’énergie solaire a également diminué. L’utilisation accrue de la robotique et de l’automatisation jouerait un rôle essentiel dans la réduction des coûts et l’augmentation de l’efficacité. 

Selon les estimations, l’Amérique du Nord domine l’espace avec près des deux cinquièmes des revenus mondiaux générés par la région. Cependant, en ce qui concerne les futurs moteurs de croissance, la Chine et l’Inde recèlent un potentiel élevé. 

Défis à surmonter

À l’avenir, les solutions d’énergie solaire spatiale devront surmonter certains goulets d’étranglement cruciaux. L’un d’eux consiste à atteindre l’équilibre parfait entre coût de production et performances. Les solutions de transmission laser les moins coûteuses souffrent de la faible puissance de chaque satellite, nécessitant plusieurs satellites pour avoir un impact notable. En revanche, les solutions de transmission par micro-ondes les plus coûteuses peuvent représenter des dizaines de milliards de dollars en dépenses de lancement. 

Les solutions de transmission laser, bien qu'innovantes, peuvent poser des problèmes de sécurité, tels que l'aveuglement et une potentielle militarisation. En revanche, les solutions de transmission hyperfréquence, bien qu'évitant ces problèmes de sécurité spécifiques, nécessitent beaucoup d'espace, obligeant les récepteurs terrestres à avoir plusieurs kilomètres de diamètre.

Les satellites à transmission laser subissent également de plein fouet les irrégularités atmosphériques telles que les nuages ​​épais ou les pluies. Les solutions émettant des micro-ondes, en raison de leur distance requise par rapport à la Terre, sont pratiquement impossibles à réparer. 

Tous ces problèmes doivent être dûment abordés et résolus. La taille des satellites et des récepteurs terrestres devra diminuer drastiquement sans pour autant diminuer leurs capacités de captage et de transmission d'énergie. 

Le coût doit être modéré pour que les pays en développement puissent tester et essayer ces technologies en toute confiance. Les dispositions de réparation doivent être mises en place avec plus de vigueur et les solutions doivent devenir indépendantes des conditions météorologiques dominantes dans leur exécution. 

Un chemin prometteur à venir

Alors que de grandes entreprises publiques investissent massivement dans la fabrication de produits et de solutions d’énergie solaire spatiale, le chemin à parcourir semble prometteur. L’innovation prospérera et le système deviendra plus efficace et optimal. 

Après tout, la force qui anime les missions spatiales d’énergie solaire à l’échelle mondiale est la principale cause de la durabilité de la planète grâce aux énergies renouvelables. 

Une fois qu'elle aura atteint son plein potentiel, Space Solar Power pourrait fournir de l'électricité à n'importe quel pays au même coût sans nécessiter de nouvelles dépenses pour la construction de lignes de transport longue distance. 

Les analystes estiment que l’énergie solaire spatiale pourrait créer plus de 250,000 XNUMX emplois permanents dans le secteur de la haute technologie au cours des deux prochaines décennies. En réalité, ce chiffre pourrait être encore plus élevé. 

Par conséquent, les solutions d’énergie solaire spatiale continueront d’occuper une part croissante du marché mondial actuel de l’électricité, estimé à 2 XNUMX milliards de dollars. Avec une portée croissante, de plus en plus de fournisseurs de solutions prendront le train du SSP. Cela deviendra un moyen économiquement viable de résoudre les défis énergétiques auxquels la planète est aujourd’hui confrontée. 

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