Energi
Fremgang i solteknologi gjør rombaserte løsninger troverdige
I en god stund nå, har omfattende forskning på måter å fange og utnytte rombasert solkraft vært i gang. Vitenskapsmenn og teknologi-eksperter tror at rombasert solkraft kan være en effektiv tillegg til det nåværende settet av bærekraftige energikilder.
Funksjonelt, ville oppsettet ha energi-samling og -høstingspaneler på orbitalt nivå, som vil sende tilbake solenergi til deres mottakende motparter plassert på jorden. Og siden det involverer rommet, jorden og overføringsruten mellom disse to punktene, må det bestå av sofistikerte teknologiløsninger.
Løftende, har fremgangene som er oppnådd i solteknologi verden over, gjort produksjonen av rombasert solkraft troverdig. Men før vi dykker dyptere inn i dem, la oss ta en rask titt på hva rombasert solkraft løsninger betyr og hva deres fordeler er.
Rom-basert solkraft og dens fordeler
Ifølge data presentert av USAs energidepartement, mottar vi hver time på jorden mer solenergi enn vi kan bruke på ett år. Nesten 30% av denne energien går tilbake ubrukt til rommet ved atmosfæren. Denne energien kan fanges og brukes effektivt hvis vi får robuste rom-baserte solkraft-mekanismer på plass.
I dette systemet, kan satellitt-baserte solpaneler fange og overføre mer energi enn hva som fanges av solpaneler plassert på jordens overflate. De fungerer bedre på grunn av fordelen de har med å være i rommet. Ifølge DEA’s beskrivelse, disse:
“Solpanel-utstyrt, energioverførende satellitter samler høyintensiv, uavbrutt solstråling.”
Forsyningen er uavbrutt fordi det i rommet ikke finnes skyer og natt.
Teknologien innebærer utplassering av store speil som reflekterer store mengder solstråler på mindre sol-samler, slik at de kan overføres trådløst til jorden på en trygg og kontrollert måte som enten mikrobølge eller laserstråle.
Siden dette prosessen innebærer sofistikert teknologi, tiltrekker det innovative løsninger fra hele verden. NASA har nå publisert en rapport om rom-basert solkraft for å utstyre seg med ‘informasjonen den trenger for å bestemme hvordan den kan støtte utviklingen av dette forskningsfeltet.’
Rapporten prøver å vurdere parameterne som ville ha en avgjørende rolle i å gjøre rom-basert solkraft til et konkurranse-dyktig alternativ, der det endelige målet ville være å oppnå null utslipp av drivhusgasser.
Noen tekniske flaskenakker som NASA har identifisert for forskere og teknologer som er aktive i dette feltet å jobbe med, er følgende:
- De må finne måter å montere og vedlikeholde store systemer i bane.
- Forskning ville være nødvendig for å gjøre disse systemene å fungere autonomt og ha effektiv energioverføring for å bringe den innhøstede energien til jorden.
- NASA-rapporten påpeker også at før man bringer rom-basert solkraft-systemer i bruk, er det viktig å takle kostnadene med å lansere og bygge dem. Dette er fordi å sende all denne materialet ut i rommet ville kreve mange kontinuerlige oppdrag for å transportere infrastrukturen inn i bane.
NASA-rapporten mener at rom-basert solkraft-systemer kan bli fullt produktive og operative innen 2050. Gjennom rapporten, har noen av de milepælene som er nådd i dette feltet, kommet til syne. For eksempel, har det påminnet oss om JAXA-forskerne som beviste at det var mulig å overføre energi trådløst som mikrobølger over en betydelig avstand for å til slutt omdanne det til brukbar elektrisitet.
Caltech-forskere, i mars 2023, kom opp med Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) som den første romfartøyet som overførte solenergi innhøstet i rommet til jorden.
NASA har også tilbudt noen estimater på den økonomiske følsomheten av rom-basert solkraft. Noen av ekspertene som er intimt knyttet til dette området, har utfordret disse estimatene også. Likevel, har det vært lite nei til fordelene som dette kraftproduksjonssystemet lover å levere. Det kan hjelpe i katastrofe-hjelp, strømforsyning av fjernsensorene, og fjernet de eksisterende flaskenakkene i vårt tradisjonelle energiproduksjonssystem og dets forsyningskjede.
Nasjonale myndigheter i alle utviklede land har startet å investere i det. Store forretningsenheter som har ressurser til å investere, som Airbus og Northrop Grumman, har også arbeidet på det uten avbrudd.
Vi vil nå se på noen av deres prestasjoner i de kommende segmentene. Likevel, må man huske på at det er et utviklingsområde og mange av forsøkene er fortsatt på prototyping-stadiet.
#1. Airbus Power Beaming
En av de største selskapene som arbeider med å fremme solteknologi for å gjøre rom-baserte løsninger mulige, er Airbus. Deres Power Beaming-teknologi, utviklet av selskapets Central Research & Technology og Blue Sky-avdelinger, har gjort troverdige demonstrasjoner av hvordan dette kunne være en game-changer i rom-basert solteknologi-scenen.
Ifølge Jean-Dominique Coste, som er ansvarlig for å utvikle Power Beaming sammen med Yoann Thueux og deres kolleger:
“Potensialet for teknologien er å fange sollys og deretter overføre det trådløst.”
Disse forskerne tror at denne energiløsningen kunne være i stand til å forsyne byer, fabrikker, husholdninger og fly med elektrisitet.
Airbus-teknologiens utviklere demonstrerte først Power Beaming på selskapets X-Works Innovation Factory den 27. september 2022. Selv om det ble gjennomført på en mindre skala, kunne demonstrasjonen tilstrekkelig forklare hva det tok å gjøre Power Beaming å fungere.
Coste, Thueux og deres kolleger brukte mikrobølge-overføring for å overføre grønn energi mellom to punkter som representerte ‘Rom’ og ‘Jorden.’ Avstanden mellom disse to punktene var 36 meter. Demonstrasjonen produserte også grønn hydrogen for å strømforsyne en modellby.
Etter at demonstrasjonen var over, sa Yoann Thueux:
“Nå at vi har demonstrert de viktigste byggesteinene for et fremtidig rom-basert solkraft-system på en liten skala for første gang, er vi nå klare til å ta Power Beaming til neste nivå.”
Airbus forventer at denne teknologien vil bli en realitet snart. Det tror at de første operative Power Beaming-prototyper vil bli tilgjengelige for bruk i begynnelsen av 2030-årene.
I sin ultimate anvendte form, ville teknologien ha et solpanel plassert i geostasjonær bane, omtrent 36 000 km over jorden. Dette solpanelet vil bli parret med et solpanel av samme størrelse på jorden.
Energien som samles i rommet, ville bli overført nedover over et område som ville ha mange antenner spredt gjennom det. Disse antennene ville plukke opp strålene for energi å bli gjenmontert for å produsere elektrisitet.
Når dette systemet når et bestemt nivå, ville det koste like mye å produsere energi med det som det koster i store energiprojekter på jorden som avhenger av kjernekraft, olje eller andre fornybare energikilder. Ifølge estimater, ville ett geostasjonært solkraftverk generere så mye som to gigawatt elektrisitet.
Den 15. februar 2024, Airbus publiserte deres årsresultater for 2023, med årlige inntekter på 65,4 milliarder, og en justert EBIT på 5,8 milliarder euro.
#2. Northrop Grumman
Et annet større globalt selskap som har fullført nødvendige tester som validerer deres sol-rom-tekniske evner, er Northrop Grumman. Selskapet demonstrerte med hell sin evne til å overføre radiofrekvens-energi mot forskjellige antenner ved å styre strålen. Det er sikker på å komme opp med sin prototype i 2025.
Denne prototypen ville vise selskapets evne til å overføre RF-energi ned til planeten. Teknologien er utviklet av Northrop Grummans Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR).
Ifølge Tara Theret, programdirektør for SSPIDR:
“Nå, er det bare å bygge, teste og integrere resten av hårdtwaren på en utfordrende tidsplan.”
Ytterligere arbeid som må gjøres i denne prosessen, inkluderer å minske elektroniske komponenter og å skalerer opp antallet ‘sandwich-tiles.’ Sandwich-tiles er ingenting annet enn fotovoltaiske celle-paneler som samler solenergi og overfører kraft til neste lag, som har komponenter som muliggjør sol-til-RF-omforming og hjelper med å danne stråler.
Selskapet produserer også nødvendig fly-hårdtware for å sette sammen systemet og lansere det på selskapets ESPAStar-plattform. ESPAStar-plattformen er en satellitt-buss som muliggjør laster med nødvendig propulsjon, kraft, holdningskontroll og kommunikasjon.
I en validering av arbeidet de har gjort, oppmuntret USAs luftforskningslaboratorium Northrop Grummans innsats med en kontrakt på 100 millioner dollar i 2018, hvor de skulle utvikle en last til å demonstrere nøkkelkomponenter av prototypen rom-basert solkraft-system.
Luftforsvarets myndigheter hadde som mål å katalysere utviklingsinnsatsen som var nødvendig for å bygge en prototype rom-basert system som kunne strømforsyne USAs militærbaser med solkraft.
Samlet sett, i å peke på potensialet som rom-baserte løsninger i solteknologi holder for fremtiden, sa Tara Theret:
“Rom-solkraft-overføring har potensialet til å gi energi hvor som helst på jorden når som helst. Denne teknologien kunne gjøre kraft tilgjengelig for fjerne steder som trenger medisinsk og kommunikasjonsutstyr.”
(NOC )
Northrop Grumman registrerte totalt salg på 36,6 milliarder dollar i året som sluttede 31. desember 2022. Inntektene fra Space Systems-strømmen var på nærmere 12,3 milliarder dollar, en betydelig økning fra det foregående årets 10,6 milliarder dollar. Av de 12,3 milliarder dollar som ble innhøstet i 2022, kom 94% fra den amerikanske regjeringen, mens resten av 3%, 2% og 1% kom fra internasjonale salg, salg til andre kunder og intersegment-salg, henholdsvis.
#3. CESI
CESI, basert i Milano, Italia, har tre tiår med erfaring i å utføre forskning, utvikle og produsere solceller som er svært effektive for rom-applikasjoner. Mer viktig, er det ett av de mest etterspurte globale leverandører av multi-junksjons-celler som bruker Gallium Arsenide og Indium Gallium Phosphide.
CESI har en rekke triple-junksjons-rom-celler. Disse cellene, foruten Gallium Arsenide og Indium Gallium Phosphide, inkluderer også Germanium. Disse cellene er effektive for Lav Jordbane og Geostasjonær Bane-satellitter. Disse produktene er også i samsvar med de nødvendige ECSS E ST20-08C-standarene. CESI er nå på vei til å lansere fire-junksjons-celler som vil ha høyere nivåer av effektivitet enn tre-junksjons-celler.
I fremtiden, planlegger CESI å tilby et stort utvalg av rom-solkraft-celler som vil møte alle rom-program-krav. Til dags dato, har CESIs innsats resultert i over 200 000 solceller, som strømforsyner over 70 sivile satellitter for kunder i 25 land.
CESI har sin egen teknologi for å produsere solceller i Milano. Over årene, har det bygget en tett og dyp nettverk med mange internasjonale rom-organisasjoner og -aktører.
Liksom Northrop Grumman, samarbeider CESI også med den italienske nasjonalregjeringen og har mottatt finansiering fra den italienske nasjonale romfartsbyrået (ASI) og Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA). Det har produsert avanserte solceller for å møte det europeiske rom-programmets behov og mange interplanetariske oppdrag.
Ifølge den siste tilgjengelige finansielle åpenbaring, tjente selskapet en inntekt på over 87 millioner tsjekkiske kroner i det finansielle året som sluttede 31. desember 2022.
Fremgang i rom-solteknologi: Veien fremover
Rom-solteknologi har funnet sin plass ved å bevise sin verdi til den globale samfunnet, og nasjonalregjeringer over hele verden har startet å investere i det med stor entusiasme. I USA, oversettes dette til handling når Naval Research Laboratory utførte et eksperiment i 2020 for å fange sollys og omdanne det til direkte strøm-elektrisitet. Det brukte Air Forces X-37B-romfartøy til dette formålet.
I mellomtiden, er også internasjonale innsats økende. De kinesiske myndighetene har satt ambisiøse mål med deres 2028-plan for en rom-basert demonstrasjon ledet av China Academy of Space Technology. I Europa, står Solaris ut som et godt finansiert tre-års forskningsprogram, som har fått grønt lys fra Den europeiske romfartsorganisasjonen. Storbritannia er også med i løpet, da det har tilbudt bevilgninger for studier om å utnytte solkraft i rommet.
Det er tydelig at innovative selskaper, store og ressurssterke globale organisasjoner og regjeringer over hele verden, har arbeidet sammen for å fange og utnytte energien som rommet har å tilby oss. Med slik uavbrutt, ubrukt solenergi som venter på å bli utnyttet og utnyttet for planetens beste, ser fremtiden svært lovende ut.
