エネルギー
ソーラー技術の進歩により宇宙ベースのソリューションが現実的になる
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かなり前から、捕獲と活用の方法について広範な研究が行われてきました。 宇宙ベースの太陽光発電 進行中です。科学者や技術専門家は、宇宙ベースの太陽光発電は、利用可能な一連の持続可能なエネルギー源に効果的に追加できる可能性があると考えています。
機能的には、このセットアップには軌道レベルでエネルギー収集および収穫パネルがあり、太陽エネルギーを地球上に配置された受信側にビームバックします。また、宇宙、地球、そしてこれら 2 点間の伝送ルートが関係するため、高度なテクノロジー ソリューションで構成されている必要があります。
世界中の太陽光発電技術の進歩により、宇宙での太陽光発電の生産が現実味を帯びてきていることは間違いありません。しかし、それらをさらに深く掘り下げる前に、宇宙ベースの太陽光発電ソリューションが何を意味し、その利点が何であるかを簡単に見てみましょう。
宇宙太陽光発電とそのメリット
米国エネルギー省が発表したデータによると、地球上では30時間ごとに、私たちがXNUMX年で使用できる量を超える太陽エネルギーが受け取られています。このエネルギーのほぼ XNUMX% は、大気によって利用されずに宇宙に戻ります。堅牢な宇宙ベースの太陽光発電メカニズムを整備すれば、このエネルギーを効率的に捕捉して使用することができます。
このシステムでは、衛星搭載型の太陽電池パネルは、地上に設置された太陽電池パネルよりも多くのエネルギーを捕捉・伝送できます。宇宙空間にあるという利点により、より優れた性能を発揮します。DEAの説明によると、これらのパネルは以下のとおりです。
「ソーラーパネルを備えたエネルギー伝送衛星は、高強度で途切れることのない太陽放射を収集します。」
宇宙には雲がなく、夜間もないため、供給が途切れることはありません。
この技術には、大量の太陽光線を小さな太陽光集光器に反射する巨大な鏡を配置することが含まれており、マイクロ波またはレーザー光線として安全かつ制御された方法で無線で地球に光線を送信できます。
このプロセスには高度なテクノロジーが含まれるため、世界中から革新的なソリューションが集まります。 NASAは現在、 宇宙太陽光発電に関するレポートを発行しました 「この研究分野の発展をどのように支援できるかを判断するために必要な情報」を備えること。
この報告書は、宇宙太陽光発電を競争力のある選択肢にする上で重要な役割を果たすパラメータを評価しようとしているが、最終的な目的は温室効果ガス排出量実質ゼロを達成することである。
NASA がこの分野で活動する研究者や技術者が取り組むべきと特定した技術的なボトルネックは次のとおりです。
- 彼らは、軌道上で大規模なシステムを組み立て、維持する方法を見つけなければならないだろう。
- これらのシステムを自律的に動作させ、収集したエネルギーを地球にもたらす効率的な電力ビームを実現するには研究が必要となるだろう。
- NASAの報告書はまた、宇宙太陽光発電システムの実用化に先立ち、打ち上げと建設にかかるコストに対処することが重要であると指摘しています。これは、膨大な資材を宇宙に送り込むには、インフラを軌道上に輸送するために、多くの継続的なミッションが必要となるためです。
NASA の報告書は、宇宙ベースの太陽光発電システムが 2050 年までに完全に生産的で運用可能になる可能性があると考えています。この報告書を通じて、この分野で達成された画期的な進歩のいくつかが明らかになりました。たとえば、これは、エネルギーをマイクロ波としてかなりの距離にわたってワイヤレスで正確に送信し、最終的に使用可能な電力に変えることが可能であることを証明した JAXA の科学者を思い出させます。
この成果の要点を引き継ぎ、カリフォルニア工科大学の科学者たちは、2023 年 1 月に、宇宙で収集した太陽エネルギーを地球にワイヤレスで送信する最初の宇宙船として、宇宙太陽光発電デモンストレーター (SSPD-XNUMX) を考案しました。
NASAはまた、宇宙ベースの太陽光発電の経済的実現可能性についていくつかの推定値を提示しました。長年この分野に深く関わってきた専門家の中には、これらの推定値に異議を唱えている人もいます。しかし、この発電システムがもたらすと約束されている利点を否定する人はほとんどいません。これは、災害救助、遠隔センサーへの電力供給、従来のエネルギー生産システムとそのサプライチェーンの既存のボトルネックの解消に役立つ可能性があります。
その利点に注目して、すべての先進国の各国政府が投資を開始しています。エアバスやノースロップ・グラマンなど、投資するリソースがある大企業も、この取り組みに熱心に取り組んでいる。
ここでは、今後のセグメントにおける彼らの業績の一部を見ていきます。ただし、これは発展途上の分野であり、多くの取り組みはまだプロトタイピングの段階にあることに留意する必要があります。
#1。 エアバス・パワー・ビーミング
宇宙ベースのソリューションを可能にするために太陽光発電技術の進歩に取り組んでいる大手企業の 1 つが次のとおりです。 エアバス同社の中央研究技術部門とブルースカイ部門が開発したパワービーミング技術は、宇宙ベースの太陽光発電技術の分野に革命をもたらす可能性を確かな形で実証しました。
Yoann Thueux とその同僚とともに Power Beaming の開発責任者である Jean-Dominique Coste 氏は次のように述べています。
「この技術の可能性は、太陽光を捉えて無線で照射することです。」
これらの科学者たちは、このエネルギーソリューションが都市、工場、家庭、飛行機に電力を適切に供給できる可能性があると信じています。
エアバスの技術開発者は、27年2022月XNUMX日に同社のX-Worksイノベーションファクトリーで初めてパワービーミングの実演を行いました。小規模ではありましたが、この実演ではパワービーミングを機能させるために何が必要だったかを十分に説明することができました。
コステ氏、テュー氏、そしてその同僚たちは、マイクロ波ビーミングを用いて、「宇宙」と「地球」を象徴する36点間でグリーンエネルギーを伝送した。このXNUMX点間の距離はXNUMXメートルだった。この実証実験では、グリーン水素も生成され、模型都市に電力を供給した。
デモ終了後、ヨアン・テュー氏はこう語った。
「将来の宇宙ベースの太陽光発電システムの重要な要素の小規模なテストに初めて成功し、パワービームを次のレベルに引き上げる準備が整いました。」
エアバスは、この技術が間もなく実現すると予想しています。同社は、最初に稼働するパワー・ビーミングのプロトタイプが 2030 年代初頭までに使用可能になると考えています。
この技術の最終的な応用形態では、地球上空約 36,000 km の静止軌道上に太陽電池パネルが設置されます。このソーラーパネルは、地球上の同じサイズのソーラーパネルとペアになります。
空間で集められた電力は、多くのアンテナが広がるエリアにビームで送信されます。これらのアンテナは、電気を生成するために再組み立てされるエネルギーのビームを受信します。
このシステムが特定の規模に達すると、そのシステムでエネルギーを生産するコストは、原子力発電、石油、その他の再生可能エネルギー源に依存する地球上の大規模エネルギープロジェクトのコストと同じになります。 推定によれば、静止太陽光発電所 1 つで 2 ギガワットもの電力が生成されるとのことです。
2月15、2024には、 エアバスが公開 2023年通期の業績では、年間売上高が65.4億ドル、調整後EBITが5.8億ユーロと報告されています。
#2。 ノースロップ·グラマン
太陽宇宙技術の能力を検証するために必要なテストを完了したもう一つの主要な世界的企業は、 ノースロップ·グラマン。同社は、ビームを操作してさまざまなアンテナに向けて無線周波数エネルギーをビームする能力を実証することに成功しました。同社は2025年までにプロトタイプを完成させることに自信を持っている。
このプロトタイプは、地球にRFエネルギーを送信する同社の能力を示すものとなる。この技術は、 ノースロップ・グラマンの 宇宙太陽光発電の増分デモンストレーションと研究 (SSPIDR)。
SSPIDR プログラムディレクターのタラ・テレット氏は次のように述べています。
「今は、厳しいスケジュールの中で、残りのハードウェアを構築、テスト、統合するだけです。」
このプロセスでさらに取り組むべき作業には、電子部品の小型化と「サンドイッチ タイル」の数の増加が含まれます。サンドイッチ タイルは、太陽エネルギーを集めて次の層に電力を送る太陽光発電パネルにほかなりません。次の層には、太陽光から RF への変換を可能にし、ビームの形成を助けるコンポーネントが搭載されています。
同社はまた、システムを組み立て、自社のESPAStarプラットフォームに搭載して打ち上げるために必要な飛行ハードウェアも製造している。ESPAStarプラットフォームは、ペイロードに必要な推進力、電力、姿勢制御、通信を供給する衛星バスである。
米空軍研究所は、これまでの研究の成果を検証するため、100年にノースロップ・グラマン社に対し2018億ドルの契約を締結し、同社の取り組みを奨励した。契約内容は、プロトタイプの宇宙太陽光発電システムの主要部品を実証するためのペイロードを開発することだった。
空軍当局は、太陽光発電で米軍基地に電力を供給できる宇宙ベースのシステムのプロトタイプを構築するために必要な開発努力を促進することを目指していた。
全体として、ソーラー技術における宇宙ベースのソリューションが将来に向けて持つ可能性を指摘して、タラ・テレット氏は次のように述べた。
「宇宙太陽光発電は、いつでも地球上のどこにでもエネルギーを供給できる可能性を秘めています。この技術により、医療機器や通信機器を必要とする遠隔地でも電力を利用できるようになります。」
(NOC )
ノースロップ·グラマン 登録総売上高 36.6年31月2022日を期末とする通期の売上高は12.3億米ドルに達しました。宇宙システム部門の売上高は10.6億米ドル近くとなり、前年の12.3億米ドルから大幅に増加しました。2022年の売上高94億米ドルのうち、3%は米国政府からのものであり、残りの2%、1%、XNUMX%はそれぞれ海外売上、その他の顧客への売上、セグメント間売上によるものです。
#3。 CESI
CESI はイタリアのミラノに拠点を置き、宇宙用途に高効率な太陽電池の研究、開発、生産を行ってきた 30 年の経験があります。さらに重要なことは、ガリウムヒ素とインジウムガリウムリンを使用する多接合セルの世界的に最も人気のあるサプライヤーの 1 つであることです。
CESI にはさまざまな三重接合スペースセルがあります。これらのセルには、ガリウムヒ素とインジウムガリウムリンの他に、ゲルマニウムも含まれています。これらのセルは、地球低軌道衛星および静止軌道衛星に有効であることが証明されています。これらの製品は、必要な ECSS E ST20-08C 標準にも準拠しています。 CESI は現在、XNUMX つのジャンクション セルよりも高いレベルの効率を持つ XNUMX つのジャンクション セルを展開中です。
CESIは将来、あらゆる宇宙プログラムの要件を満たす幅広い宇宙用太陽電池製品の提供を目指しています。これまでにCESIの取り組みにより、200,000万個以上の太陽電池が製造され、70カ国に広がる顧客の25機以上の民間衛星に電力を供給しています。
CESI はミラノに太陽電池を製造する独自の技術を持っています。長年にわたり、多くの国際的な宇宙機関や関係者と緊密で深いネットワークを構築してきました。
ノースロップ・グラマンと同様に、CESIもイタリア政府と協力し、イタリア宇宙機関（ASI）と欧州宇宙機関（ESA）から資金提供を受けています。CESIは、欧州宇宙計画（ESP）や多くの惑星間ミッションのニーズを満たす、先進的な太陽電池を製造しています。
利用可能な最新のものによると 財務開示, 同社は87年31月2022日までの会計年度にXNUMX万チェコクラウン以上の収益を上げました。
宇宙ソーラー技術の進歩: 今後の道のり
宇宙太陽光発電技術は、国際社会においてその価値を証明し、その地位を確立しました。世界中の政府がこの技術に熱心に投資し始めたのもそのためです。米国では、この動きが現実のものとなり、2020年に海軍研究所が太陽光を捉えて直流電力に変換する実験を行いました。この実験には、空軍のX-37B宇宙機が使用されました。
一方、国際的な取り組みも勢いを増している。中国当局は、中国宇宙技術院が主導する宇宙実証の2028年計画で野心的な目標を設定した。ヨーロッパでは、Solaris は、欧州宇宙機関からゴーサインを受けており、資金豊富な XNUMX 年間の研究プログラムとして際立っています。英国も宇宙での太陽光発電利用に関する研究に助成金を提供しており、この競争に参加している。
明らかに、世界中の革新的な企業、大規模でリソース豊富なグローバル組織、政府が協力して、宇宙が私たちに提供するエネルギーを捕捉し、活用してきました。このように途切れることなく未利用の太陽エネルギーが地球の利益のために利用され、活用されるのを待っているため、未来は確かに有望に見えます。
