Fra sci-fi til himmelhøyt: Er omløpende solpaneler en lys idé?

Forestill deg å utnytte solens kraft ikke bare fra jorden, men fra selve verdensrommet. Det er essensen av rombasert solenergi (SSP). 

Det er et avansert konsept hvor solenergi samles i det enorme rommet og deretter stråles ned til jorden. Denne metoden omgår jordens begrensninger som natt og værforhold, og sikrer en konstant, uavbrutt strøm av solenergi. 

Selv om det kan høres ut som en futuristisk idé, er de grunnleggende prinsippene bak SSP like tidløse som solen selv.

For å definere rombasert solenergi: det er en kilde til ren energi hvor energi samlet fra sollys i verdensrommet overføres trådløst til jorden. 

Solen, med en estimert levetid på 4-5 billion years, representerer en virkelig langsiktig energiløsning. Videre slipper rombasert solenergi ikke ut klimagasser og er ikke avhengig av stadig knappere ferskvannsressurser, verdifullt jordbruksland eller gjødsel avledet fra naturgass. 

Den produserer heller ikke farlig avfall og, i kontrast til tradisjonelle solenergiløsninger, er den upåvirket av skydekke, dagslysendringer eller vindhastighet.

Mulighetene som rombasert solenergi gir oss har inspirert mange organisasjoner til å utvikle løsninger rundt den. Noen fremtredende aktører i markedet for rombasert solenergi inkluderer Airbus, Azur Space Solar Power GmbH, Fralock LLC, Japanese Aerospace Exploration Agency, Northrop Grumman, Borrego Energy, LLC., Solaren Corporation, Space Tech GmbH, Space Canada, DHV Technology, og flere. 

Men før vi går dypere inn i forståelsen av hvordan disse selskapene og deres løsninger fungerer, la oss gå gjennom hva rombaserte solenergisystemer er og hvorfor de anses som levedyktige for produksjon av ren, fornybar energi. 

Klikk her for listen over de ti beste solaksjene.

Vitenskapen bak rombaserte solenergisystemer

Studier indikerer at jorden hver time mottar mer solenergi enn menneskeheten forbruker i et helt år. Interessant nok reflekterer jordens atmosfære omtrent 30% av denne solenergien tilbake til verdensrommet. 

Rombaserte solenergiproduksjonssystemer utnytter den rikelige solenergien som ellers går tapt i verdensrommet, urørt. Tross alt gjør fraværet av atmosfæriske forstyrrelser som skyer og den konstante eksponeringen for sollys uten nattens avbrudd disse satellittbaserte systemene eksepsjonelt effektive. De kan fange og overføre betydelig mer energi tilbake til jorden enn tradisjonelle solpaneler.

I disse rombaserte solenergi-fangst- og overføringssystemene har satellitter utstyrt med paneler også evnen til å overføre energi. De bruker store speil for å konsentrere enorme mengder solstråler på mindre solfangere. Denne høyintensive, uavbrutte solstrålingen blir deretter trådløst strålt til jorden på en sikker og kontrollert måte.

Levedyktigheten til rombasert solenergi: tekniske innovasjoner

Overføring av rombasert solenergi har blitt levedyktig på grunn av de nylige tekniske innovasjonene. Det finnes to typer overføringssystemer. 

Den første er mikrobølgesendende solsatellitter, mens den andre er lasersendende solsatellitter. I mikrobølgesendende satellitter reflekteres sollyset fra de store speilene inn i satellittens sentrum, hvor det omdannes til uavbrutt mikrobølgelenergi som stråles til jorden.

Når vi går over til den andre typen, lasersendende satellitter, som navnet antyder, bruker de lasere i stedet for mikrobølgestråler. Disse satellittene opererer vanligvis i grupper med andre mindre satellitter, på grunn av deres mindre størrelse.

Når det gjelder den økonomiske levedyktigheten til disse to oppsettene, har lasersolarsatellitter relativt lave oppstartskostnader i området 500 millioner til 1 milliard USD. Den mindre diameteren på laserstrålen gjør den enkel og billig å implementere på bakken.

Imidlertid tjener mikrobølgesolarsatellitter formålet når det gjelder å fange og overføre jevn, uavbrutt kraft gjennom regn, skyer og andre atmosfæriske forhold. De kan levere over 1 gigawatt energi til sin jordbaserte mottaker, noe som er nok energi til å drive en stor by.

Mens vi diskuterer alle disse fremskrittene, må vi aldri glemme at disse teknologiske underverkene ikke ble oppnådd på en dag. Det innebærer en lang tradisjon med vitenskapelig og teknologisk forskning. For å forstå rombasert solenergis fremtidige potensial, må vi sette den i kontekst.

Utviklingen av romsolkonseptet: fra begynnelse til nåværende tilstand

1970-tallet:

• Konsepter for rombasert solenergi begynte å bli studert i USA.

1980-tallet:

• Asia begynte å studere konsepter for rombasert solenergi.

Sent 1990-tallet – tidlig 2000-tall:

• 1998: Space Solar Power Concept Definition Study identifiserer troverdige, kommersielt levedyktige konsepter for rombasert solenergi og deres tilhørende tekniske og programmessige risikoer.

• 1998: Japans romfartsbyrå utvikler et rombasert solenergisystem, som fortsatt er aktivt.

• 1999: NASA’s Space Solar Power Exploratory Research and Technology Program blir initiert.

Tidlig 2010 til 2020

• 2010: Indian Space Research Organization begynner arbeidet med rombasert solenergi.

• 2012: Kina foreslår et felles utviklingsprosjekt for rombasert solenergi med India.

• 2015: Caltech og Northrop Grumman Corporation etablerte Space Solar Power Initiative, og tildelte omtrent 17,5 millioner USD over tre år til utvikling av et rombasert solenergisystem.

2020-tallet

• 2022: Storbritannia kunngjør sitt Space Energy Initiative, med mål om å lansere sin første romkraftstasjon innen midten av 2040-årene og sikter mot at 30 % av landets elektrisitetsbehov skal komme fra denne kilden.

• 2022: European Space Agency kunngjør Solaris-programmet, med plan om å operere solkraftsatellitter fra 2030.

• 2023: CalTechs Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) sender vellykket målbar kraft til jorden.

Gjennom disse årene har ulike nasjonale myndigheter, universitetsforskningsavdelinger og statlig finansierte organisasjoner utforsket infrastrukturen og mulighetene for rombasert solenergi.

Betydelige bidrag har også kommet fra bedrifter og selskaper som Northrop Grumman, Airbus og Solaren Corporation i utviklingen av denne transformative energikilden.

Selv om mange av disse romsolprogrammene har kommet fra nasjonale myndigheter, universitetsforskningsavdelinger og statlig finansierte autonome organisasjoner, har bedrifter og selskaper som Northrop Grumman, Airbus og Solaren Corporation spilt avgjørende roller i å utnytte denne transformative energikilden. 

Selskaper med transformative rombaserte solenergi-initiativ

1. Northrop Grumman

Det baltimore-baserte firmaet Northrop Grumman sitt Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) prosjektteam arbeider for å gjøre overføring av solenergi fra rommet til hvor som helst på jorden til virkelighet. 

Prosjektet har som mål å utnytte høyytelses fotovoltaiske celler i bane for å samle solenergi og omdanne den til radiofrekvens (RF)-energi som skal stråles til en mottaksstasjon på jorden.

Firmaet har vært en leder i utviklingen av komplette solcellepanelsystemer egnet for rommet. Dets fotovoltaiske delsystemer har den nyeste teknologien for sveising eller lodding med robotautomatisering, som kobler solceller i kretser opptil seks fot i lengde.

Dets Covered Interconnected Cells tilbyr integrasjon av solceller og dekselglass for CIC-assemblies.

Det produserer også solcelle-strenger, resistive wing isolation board-assemblies for de mest ekstreme rommiljøene, full temperaturspennvidde (-185 til >300 grader C), platinaresistans termometer-assemblies, og mer.

Disse innovasjonene har hjulpet rombaserte solenergi-initiativ med å gå fremover i tempo og oppnå sitt potensial.

I 2022, Northrop Grumman registrerte et salg på 36,6 milliarder USD og registrerte en transaksjonsjustert inntjening per aksje på 25,54 USD. Nettoresultatet for selskapet var nesten 5 milliarder USD i regnskapsåret 2022.

2. Airbus

Et annet selskap som har utmerket seg på dette området var Airbus. Dets kraftstråle-løsninger har som mål å hjelpe Europa med å få tilgang til mer fornybar energi uavhengig, med nye energinettverk i himmelen som tilbyr uavhengig og bærekraftig strømforsyning døgnet rundt. De første opererende Power Beaming-prototypene fra Airbus kan være i bruk tidlig på 2030-tallet.

I tillegg er Airbus også en ledende europeisk produsent av solcellepaneler, fotovoltaiske samlinger og solcelle-assemblies for institusjonelle og kommersielle anvendelser. De har produsert kraftkondisjonerings- og distribusjonsenheter for satellitter. De leverer også elektriske fremdriftssystemer og en rekke elektronikk for elektrisk fremdrift, inkludert kraftkontroll- og kraftbehandlingsenheter som kreves i rombaserte solsystemer.

Airbus arbeider også med å bygge avanserte fotovoltaiske solpaneler som er lettere, mer fleksible og i stand til å fange mer energi på overflaten. Dets flaggskipprogram, Zephyr, er en høyde-pseudo-satellitt som drives utelukkende av solenergi. 

Alt dette bidrar betydelig til å fremme rombasert solenergi i et raskere tempo med forbedret effektivitet.

I regnskapsåret 2022, Airbus registrerte inntekter på 58,8 milliarder euro, med justert EBIT på 5,6 milliarder euro. Dets frie kontantstrøm før fusjoner og oppkjøp og kundefinansiering var 4,7 milliarder euro. Selskapet foreslo et utbytte på 1,80 euro per aksje.

3. Solaren Corporation

En fremvoksende innovatør på dette området, Solaren Corporation, har utviklet metoder for å overføre kostnadskonkurrerende, nullutslipps elektrisitet fra verdensrommet. 

I løpet av de neste ti årene vil Solaren utvikle, lansere og drive det første SSP-anlegget og selge elektrisitet. Solaren har også ervervet banebrytende SSP-systempatenter i land som USA, EU, Kina, Japan, India, Canada og Den russiske føderasjon.

Solaren sine rombaserte solenergiløsninger har mange fordeler. De inkluderer en ren baseload elektrisitetsforsyning 24/7, som er kostnadskonkurrerende, utslippsfri og uten risiko for nukleær stråling. De krever heller ikke vann for termisk kjøling, noe som eliminerer sjansen for at hav, elver og innsjøer blir oppvarmet.

Solaren sin rombaserte solenergiløsning har to komponenter: Solar Power Satellite og Ground Receive Station. Satellitten bruker solcellepaneler og RF-array/antenne for å fange og overføre. Ground Receive Station mottar den overførte kraften gjennom sine mottaksantenner.

I juli 2023 kunngjorde Solaren vellykket fullføring av sin siste finansieringsrunde, ledet av Skyseed Ventures. Solaren hentet inn $2.46 million i den runden.

Global innvirkning og levedyktighet for rombasert solenergi

Fremveksten av svært avanserte teknologier rundt rombaserte solenergisystemer har bidratt til å drive romfartøy, satellitter, rovere og annen rominfrastruktur. Solenergi fra verdensrommet kan hjelpe disse systemene med å operere over lengre perioder uten behov for hyppig påfylling fra ombordliggende energikilder.

Innovasjonene har senket kostnadene for utvikling av gjenbrukbare raketter, og redusert utgiftene ved å sende utstyr ut i verdensrommet. Vedlikeholdskostnadene for rombaserte solenergi-fangst- og overføringsarkitektur har også gått ned. Økt bruk av robotikk og automatisering vil spille en viktig rolle i å redusere kostnadene ytterligere og øke effektiviteten.

Ifølge estimater dominerer Nord-Amerika markedet med nesten to femtedeler av den globale inntekten generert fra regionen. Når det gjelder fremtidige vekstdrivere, har Kina og India stort potensial.

Utfordringer som må overvinnes

I fremtiden må rombaserte solenergiløsninger overvinne noen kritiske flaskehalser. En av disse er å oppnå den perfekte balansen mellom produksjonskostnad og ytelse. De mindre kostbare laserbaserte løsningene lider av lav kraft per satellitt, og krever flere satellitter for å ha en merkbar effekt. De dyrere mikrobølgebaserte løsningene, derimot, kan koste titalls milliarder dollar i oppskytningskostnader.

Laserbaserte løsninger, selv om de er innovative, kan medføre sikkerhetsrelaterte utfordringer som blendingsfare og potensiell våpenisering. På den andre siden, mikrobølgeløsninger, selv om de unngår disse spesifikke sikkerhetsbekymringene, krever mye plass, og krever at jordbaserte mottakere er flere kilometer i diameter.

Laserbaserte satellitter bærer også byrden av atmosfæriske uregelmessigheter som tunge skyer eller regn. Mikrobølgeløsningene, på grunn av den nødvendige avstanden fra jorden, er praktisk talt umulige å reparere.

Alle disse problemene må adresseres og løses. Størrelsen på satellittene og jordbaserte mottakere må reduseres drastisk uten at deres evne til å fange og overføre energi reduseres.

Kostnadene må være moderate for utviklingsland slik at de kan ha større tillit til å teste og prøve ut disse teknologiene. Reparasjonsordninger må settes opp mer robust, og løsningene bør bli uavhengige av gjeldende værforhold i sin ytelse.

En lovende vei fremover

Med store offentlige selskaper som investerer tungt i produksjon av rombaserte solenergi-produkter og -løsninger, ser veien fremover lovende ut. Innovasjon vil blomstre, og systemet vil bli mer effektivt og optimalt.

Tross alt er kraften som driver rombaserte solenergi-misjoner globalt, den større saken med å oppnå bærekraft for planeten gjennom fornybar energi.

Når den har nådd sitt fulle potensial, kan rombasert solenergi levere elektrisitet til ethvert land til samme kostnad uten å kreve nye utgifter til bygging av langdistansetransmisjonslinjer.

Analytikere tror at rombasert solenergi kan skape mer enn 250 000 permanente høyteknologijobber i løpet av de neste to tiårene. I virkeligheten kan dette tallet være enda større.

Dermed vil rombaserte solenergiløsninger fortsette å ta en økende andel av det eksisterende globale elektrisitetsmarkedet på 2 billioner USD. Med økende omfang vil flere og flere leverandører hoppe på SSP-bølgen. Det vil bli en økonomisk levedyktig måte å løse energiproblemene planeten står overfor i dag.

Klikk her for listen over de beste fornybare energiaaksjene.