沈まない太陽 – Reflect Orbitalの太陽エネルギー革命への大計画

太陽エネルギーの台頭

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).

この進展の大きな理由は、光起電力技術の向上と、太陽光パネルの効率が急速に上昇していることです。さらに、両面パネル、ペロブスカイト、薄膜カドミウムテルル、量子ドットなど、太陽光パネルをさらに改良する候補が多数あります。

出典: Clean Energy Review

このことは「The Solar Age – A Bright Future To Mankind」でも詳しく論じました。効率の向上と並行して、製造コストも急激に低下し、太陽光が化石燃料と競争できる完璧な環境が整いました。

出典: News Channel 3

それでも、太陽光発電には大きな弱点があります。夜間には電力を生み出せません。また、曇天時にも非常に少量しか発電できません。

つまり、太陽光発電が人類の主要な電源となるには、この問題を緩和するソリューションと組み合わせる必要があります。

現在、主に検討されている二つの選択肢は、夜間や曇天時のために大容量バッテリーパックで電力を蓄えることと、晴れた地域から遠距離に電力を送る送電線を敷設することです。

しかし、これらの選択肢はどちらも高コストで資源集約的です。

そのため、別の可能性として「地球の軌道上で24時間太陽光を直接捕捉し、天候の影響を受けない」方法が議論されています。

軌道上太陽光

今日および近い将来に宇宙太陽光概念が実現可能になる要因は、軌道へ物質を打ち上げるコストが急落したことです。これは主に、イーロン・マスクのSpaceX (SPCX ) が再利用ロケットを開発したことに起因し、コストはすでに10倍削減され、近い将来さらに削減される見込みです。

出典: Ark Invest

パワーサテライト

長らく想定されてきた主戦略は、衛星に大規模な光起電力パネルを設置し、マイクロ波で地上に電力を送ることでした（マイクロ波は雲に吸収されません）。

出典: ESA – European Space Agency

この戦略の問題点は、地上型太陽光に比べてはるかに複雑であることです：

• 地上型：太陽光を集め → 直流を交流に変換 → 電網に送電。
• 宇宙型：太陽光を集め → マイクロ波に変換 → マイクロ波を再び電力に変換 → 直流を交流に変換 → 電網に送電。

この多くのステップは装置を増やし、したがって軌道へ投入する重量も増加します。また、太陽光・電力・マイクロ波間の各変換段階でエネルギー損失が発生します。

したがって、軌道上では太陽光がより強く途切れないものの、追加の損失と装置コストにより、地上型と比べて大幅に安くなるとは限りません。

太陽光を売る？

別のアプローチとして、スタートアップ Reflect Orbital が検討しています。

このアイデアは、太陽光パネルやマイクロ波送信機を軌道に持ち込む工程を省き、代わりに巨大な鏡を軌道に配置して太陽光を地球に反射させるというものです。

出典: Reflect Orbital

この手法は1990年にロシア宇宙計画で既に実証されており、技術的には機能することが分かっています。しかし、ソビエト崩壊後の資金不足、当時の高価な太陽光発電所、そして軌道打ち上げコストが商業的に成立しなかったのです。

この概念には「従来型」軌道太陽光設計に対するいくつかの重要な利点があります：

• パワーサテライトは時間とともに劣化しますが、地上の太陽光パネルと異なり、現在のところリサイクルの現実的な道筋がなく、使用寿命終了時に高価で複雑な機材が無駄になります。
• 宇宙鏡はシンプルな薄い金属箔で作れるため、光起電力パネルに比べてはるかに軽量です。これにより打ち上げコストが大幅に削減されます。

実際の運用では、Reflect Orbital が「太陽光を販売」し、地上の太陽光発電所が夜間の高電価時間帯に電力を供給し続けられるようにします。

同社は概念実証として熱気球を使用したデモを行いましたが、これは実際の衛星を軌道に投入するプロトタイプというよりは、マーケティング目的の演出でした。

どれほど本気なのか？

チーム

同社の共同創業者兼CEOはベン・ノヴァックです。大学1年生のときにSpaceXのCrew Dragon推進部品の検証プロジェクトを率い、後に再びSpaceXで勤務しました。

CTOはトリスタン・セムメルハックで、世界最大のドローン配送会社Ziplineの最年少エンジニアでした。

将来のプロトタイプ成功にとってさらに重要なのは、ヘリオスタット設計エンジニアのロバート・サラザールです。彼はNASAジェット推進研究所でStarshadeの光学シールドの設計に携わり、続いて月面極端環境用トランスフォーマー計画の超軽量展開型ヘリオスタットを設計しました。

出典: NASA

総合的に見て、チームは宇宙プロジェクトや宇宙鏡に関してかなりの技術的実績を持っており、単なるマーケティングチームではありません。

また、ノヴァックのSpaceXでの経験は、将来的に同社の打ち上げ機へのアクセス確保に役立つと考えられます。

技術的実現可能性

前述の通り、この技術は1990年代にすでに実証されており、機能することが確認されています。太陽帆、膨張アンテナ、折り紙式折りたたみ技術など、過去の研究成果を再利用できる点も大きな強みです。

一般に、宇宙用の超軽量反射面を製造するのは比較的容易です（宇宙機器が「容易」と呼ばれる範囲で）。地上から見ると、これらの反射体は「ミニ太陽」のように見えるでしょう。

出典: University Of Glasgow

2022年の研究「Enhancing solar energy generation and usage: Orbiting solar reflectors as an alternative to energy storage」では、30個の直径1kmの反射体からなるコンステレーションが想定され、各反射体の寿命は20年、重量は約7,860kgとされています。

調達コストは1kgあたり375ドル、つまり1つの反射体で300万ドル、全体で9,000万ドルとなります。これにより、追加で100MWh相当の発電が可能になると見込まれます。

経済的実現可能性

同研究では、打ち上げコストを1kgあたり1,400ドル（2018年のFalcon Heavy打ち上げコスト）として計算しました。2023年までにこのコストはすでに1,000ドル以下に低下しており、SpaceXのStarshipがさらに大幅にコスト削減できると予想されています。

この分析によれば、現状ではプロジェクトは収益を上げられないと結論付けられました。研究者は、さまざまな市場条件下で軌道鏡が損益分岐点に達するために必要な打ち上げコストを算出しています：

市場条件1は、インドを例にとった、1日を通して比較的安定した電力価格が続くシナリオです。この場合、損益分岐点に達するための打ち上げコストは257ドル/kgです。

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

市場条件2は、カリフォルニアを例にとった、1日の中で電力価格が大きく変動するシナリオです。この場合、損益分岐点に必要な打ち上げコストは「たった」558ドル/kgです。

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

潜在的な応用

最初のマーケティング実証

同社はウェブページで、2025年第4四半期から「光のスポットを予約」できると発表しています。5km上空で4分間の光を提供し、利用可能枠は限定的です。

これは、各35ポンド（約16kg）の衛星に、33フィート×33フィート（約9.9m×9.9m）のマイラーミラーを搭載し、軌道上で展開させることで実現します。

ほとんどの場合、これは発電を目的としたものではなく、デモンストレーションやプロモーションツールとしての性格が強いですが、スマートフォンアプリのワンクリックで夜間に太陽光を要求できるという点でバイラルになる可能性があります。

太陽光発電の増強

最も明白な応用は、大規模太陽光発電所に光を送ることです。特に夕方の電力ピーク価格が非常に高い市場で有効です。どの市場を狙うかは、バッテリーパックの価格低下競争を踏まえて慎重に選定する必要があります。

もう一つの実務的考慮点は、できるだけ多くの顧客が衛星の軌道上に位置するように、最適な軌道を選ぶことです。

さらに、北欧緯度の太陽光発電所への光強度増加も有望です。例えば、カナダやスカンジナビアの太陽光発電所は、冬季の低光量時に追加光を受けて最大出力に近づくことができます。

人工的な都市照明

大都市圏への街灯としての利用も考えられますが、統合型太陽電池とバッテリーを備えた従来の街灯と比べて競争力が低い可能性があります。

農業

植物の光合成に光は不可欠です。軌道照明は、現在温室でLED照明を使用している大規模農業に追加光を提供できるかもしれません。

これは最大規模の農場でのみ実用的ですが、オランダやスペイン南部のように大規模温室が集中する地域では有益です。

また、冬季に成長季が極端に短い北欧地域への照明提供も選択肢となります。これは、太陽光発電所の需要が乏しい地域で反射光を販売するという一般的な用途にもなり得ます。

軌道鏡の制限

技術的・経済的側面を超えて、軌道鏡には批判者もいます。

一つの問題は、現在でも懸念されている光害がさらに増大する可能性です。特に、世界中のピーク電力需要を処理するために大量採用されれば、長期的には地上天文学が完全に不可能になる恐れがあります。

もう一つの潜在的問題は、自然生態系への影響です。都市の光害が夜行性動物や渡り鳥の行動、昆虫の個体数に影響を与えることは既に知られています。軌道鏡はこの影響をさらに悪化させる可能性があります。

太陽光への投資

太陽エネルギーの生産は二桁成長率で継続的に拡大しており、経済の脱炭素化を牽引する重要な要因となります。しかし、世界の電力生産の大部分、さらには総エネルギー消費のほとんどは依然として化石燃料に依存しています。

長年にわたり、規模の経済が利益を生む鍵となり、最大手企業が恩恵を受けてきました。もちろん、新技術は既存のポリシリコンパネルメーカーにとって潜在的な破壊要因でもあります。

太陽鏡は、夕方のピーク価格問題を解決するだけでなく、既存の太陽光パークの稼働時間を増やすことで収益性を向上させ、太陽光をさらに魅力的にします。

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特定の太陽光企業に投資したくない場合は、ETFとしてGlobal X Solar ETF (RAYS)、Invesco Solar ETF (TAN)、またはGlobal X China Clean Energy ETF (2809.HK)などが、太陽光・クリーンエネルギー産業への分散投資手段となります。

また、当サイトの「Top 10 Solar Power Stocks to Invest In」記事もご参照ください。

太陽光と宇宙企業

1. Rocket Lab

Rocket Lab (RKLB ) は再利用ロケット市場で最も有力な競争者の一つです。当初は小型ロケットに注力し、ペイロード320kgのElectron打ち上げシステムを開発しました。現在は部分的に再利用可能なロケットへと転換中です。これまでにElectronは44回の打ち上げで177機の衛星を配置しました。

将来的には、Falcon 9（全再利用モードでLEOへ8,000kg、火星や金星へ1,500kg）に匹敵する中型再利用ロケット「Neutron」の開発を目指しています。Neutronはメタン燃焼エンジン（Starshipと同様）を搭載し、次世代ロケットのトレンドになると見られています。

同社は衛星製造を完全に垂直統合しており、コストと設計スピードの最適化を実現しています。その結果、NASAや米国政府との複数の契約を獲得し、5億1500万ドル規模の軍事衛星契約や1億4300万ドル規模の民間Globalstar契約を受注しています。

2022年のSolAero Technologies買収により、衛星用太陽電池パネルの主要メーカーでもあり、1000機以上の衛星が同社製パネルで駆動され、総計4MWの太陽電池が製造されています。

出典: Rocket Lab

現在、打ち上げシステムは外部サプライヤーに依存していますが、戦略的買収の連続により、衛星設計・製造で実現した垂直統合を打ち上げシステムにも拡大する見込みです。

同社はLEO通信コンステレーションによる継続的収益の可能性も検討しており、Varda Space Industriesとの宇宙内製造や軌道デブリ検査にも取り組んでいます。

SpaceXがエロン・マスクのビジネス才能で技術をゼロから開発したのに対し、Rocket LabはR&Dと買収の組み合わせで必要技術を垂直統合し、衛星製造で成功を収め、再利用ロケットでも同様の戦略を展開しようとしています。

衛星製造とElectronの成功によるキャッシュフローを考慮すれば、Rocket Lab は数十年後に大量輸送装置や他のインフラが整うまで、SpaceXに追随できる有力候補です。

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko は世界最大級の太陽光パネルメーカーで、主に中国に拠点を置いています。関税回避のため、ベトナムでシリコンウェハー、マレーシアと米国で太陽電池の製造拠点を多様化しています。

出典: Jinko Solar

いずれにせよ、同社は西側市場への過度な依存はなく、中国、アジア太平洋（APAC）および新興市場が事業の大部分を占めています。

出典: Jinko Solar

Jinko はこれまでに累計230GWの太陽電池を出荷し、2024年第1四半期だけで20GWを出荷しました（前年同期は14.5GW）。

これにより、Jinko は光起電力業界でナンバーワンの地位を確立しています。

Jinko の最先端太陽電池である N-typeは、驚異的な25.8%のエネルギー変換効率を達成しています。また、両面パネルも提供しています。

2023年には、N-type が Jinko の売上の80%を占め、56GWの生産施設が2024年末までにフル稼働し、年末までに出荷の90%を占める見込みです。

総生産能力は120〜130GWに達すると予測され、これは同社の累計生産量のほぼ半分に相当します。

製品プロファイルを環境に優しいものにするため、Jinko Solar は完全に再生可能エネルギーで製造された初の N-type 太陽パネル「NeoGreen」も発売しました（中国では石炭が主流です）。

Jinko の超積極的な生産能力拡大は、同社が N-type 技術に自信を持ち、アジア、アフリカ、南米の輸出市場を狙う野望を示しています。

そして、太陽光が世界のエネルギーシステムを支配し、場合によっては太陽鏡も含めて収益性をさらに高めるという全体的な見通しが、さらなる利益拡大につながると期待されています。