En sol som aldrig går ner – Reflect Orbitals stora planer för att omvälva solenergi

Soluppgång

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).

En viktig anledning till denna utveckling har varit förbättringarna inom fotovoltaisk teknik, med den snabbt ökande verkningsgraden hos solpaneler. Och det finns mer att komma, med bifaciala paneler, perovskit, tunnfilm av kadmiumtellurid eller kvantprickar som alla är kandidater för att ytterligare förbättra solpaneler.

Källa: Clean Energy Review

Detta är något vi diskuterade mer i detalj i “The Solar Age – A Bright Future To Mankind.” Parallellt med den förbättrade verkningsgraden har produktionskostnaderna också sjunkit kraftigt, vilket skapar den perfekta miljön för att göra solenergi konkurrenskraftig mot fossila bränslen.

Källa: News Channel 3

Ändå lider solkraft av en viktig svaghet. Den kan inte producera el på natten. Eller, för den delen, den producerar mycket lite under molniga dagar.

Detta innebär att solkraft bara kan fungera som mänsklighetens huvudsakliga energikälla i kombination med lösningar som lindrar detta problem.

För närvarande är de två huvudsakliga alternativen stora batteripaket för att lagra energi för kvällar och dagar utan sol samt långdistanskraftledningar för att transportera energi från soliga områden över tidszoner.

Problemet är att båda alternativen är ganska dyra och resurskrävande.

Det är därför en annan möjlighet diskuteras: att fånga solenergi där den skiner dygnet runt och aldrig påverkas av vädret, direkt från jordens omloppsbana.

Orbital Sol

Det som gör dagens och den nära framtidens rymdsolkoncept potentiellt genomförbara är den kraftiga prisnedgången för att skjuta material i omloppsbana. Detta har främst drivits av uppfinningen av återanvändbara raketer av Elon Musks SpaceX (SPCX ), som redan har minskat kostnaden med en faktor tio och kan göra det igen inom en snar framtid.

Källa: Ark Invest

Kraftsatelliter

Under en lång tid var den huvudsakliga strategin att installera fotovoltaiska paneler i stora satellitarrayer och sända tillbaka energi till jordytan med mikrovågor (som inte absorberas av moln).

Källa: ESA – European Space Agency

Problemet med den strategin är att den är snarare komplex jämfört med markbaserad sol:

• Markbaserad: samla solljus → omvandla DC till AC → skicka energi till nätet.
• Rymdbaserad: samla solljus → omvandla till mikrovågor → omvandla mikrovågor tillbaka till elektricitet → omvandla DC till AC → skicka energi till nätet.

Dessa många extra steg kräver mer utrustning och därmed mer vikt att skicka i omlopp. Det innebär också att energi går förlorad i varje omvandlingssteg mellan solljus, kraft och mikrovågor.

Så, även om solljuset är starkare och oavbrutet i omloppsbana, kan den extra förlusten och utrustningskostnaden göra orbital sol inte mycket billigare än markbaserad, även om den är mer pålitlig.

Sälja solljus?

En annan metod övervägs av startupen Reflect Orbital.

Idén är att hoppa över steget att föra solpaneler och mikrovågsändare till omloppsbana. Istället placeras en gigantisk spegel i omloppsbana som reflekterar solljuset ner till jorden.

Källa: Reflect Orbital

En sådan metod testades redan av det ryska rymdprogrammet 1990, så vi vet att den fungerar tekniskt. Brist på finansiering i det post-sovjetiska Ryssland, fortfarande dyra solfarmer och kostnaden för orbital lansering gjorde den då kommersiellt orealiserbar.

Detta koncept har några viktiga fördelar jämfört med ”traditionella” orbitala soldesigns:

• Kraftsatelliter kommer oundvikligen att försämras över tid. Och till skillnad från solpaneler på jorden finns det för närvarande ingen realistisk återvinningsväg, vilket innebär att dyr och komplex utrustning blir helt bortkastad i slutet av sin livslängd.
• Rymdspeglar kan tillverkas av enkel, tunn metallfolie, som är mycket lättare än fotovoltaiska solpaneler. Detta skulle kraftigt minska lanseringskostnaderna.

I praktiken skulle Reflect Orbital ”sälja solljus” till markbaserade solfarmer så att de kan fortsätta producera efter mörkrets inbrott när elpriserna är högst.

Företaget har redan gjort en demonstration av konceptet med en hetluftballong, delvis som ett marknadsföringssteg för att illustrera konceptet mer än en riktig prototyp, vilket skulle kräva en faktisk satellit i omloppsbana.

Hur allvarligt är det?

Team

Företagets medgrundare och VD är Ben Novak. Som förstaårsstudent på college ledde han SpaceX-projekt som validerade Crew Dragons drivkomponenter och arbetade senare återigen på SpaceX.

CTO:n är Tristan Semmelhack, som var den yngsta ingenjören på Zipline, världens ledande drönarleveransföretag.

Kanske ännu viktigare för den potentiella framgången för den framtida prototypen är Robert Salazar, heliostatdesigningenjör. Han arbetade med designen av Starshades optiska sköld vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory; Robert fortsatte med att designa ultralätta utskjutbara heliostater för projektet Transformers for Lunar Extreme Environments.

Källa: NASA

Således verkar teamet ha seriösa tekniska meriter när det gäller rymdprojekt och rymdspeglar. Detta är inte bara ett marknadsteam med en galen idé.

Och vi kan anta att Novaks erfarenhet från SpaceX kan hjälpa till att säkra tillgång till företagets lanseringsfordon i framtiden.

Teknisk genomförbarhet

Som vi nämnde tidigare testades denna teknik redan på 1990-talet, så vi vet att den kan fungera. Den kan återanvända mycket forskning som gjorts under årens lopp om solsegel, uppblåsbara antenner och origamifällning för att maximera effektiviteten vid lansering av solpaneler och reflekterande folie.

Generellt sett är det relativt enkelt att tillverka ultralätta reflekterande ytor för rymden, åtminstone så enkelt som rymdutrustning kan kallas. Från marken skulle reflektorerna se ut som ”mini-solar”.

Källa: University Of Glasgow

I en studie från 2022 med titeln “Enhancing solar energy generation and usage: Orbiting solar reflectors as an alternative to energy storage” antogs att reflektorerna bestod av en konstellation av trettio reflektorer med en diameter på 1 km vardera, där varje reflektor har en livslängd på 20 år och väger cirka 7860 kg.

Inköpskostnaden skulle vara $375/kg, eller $3M per reflektor och $90M för hela konstellationen. Detta skulle räcka för att generera ytterligare belysning motsvarande 100 MWh i elproduktion.

Ekonomisk lönsamhet

I samma studie använde forskarna en lanseringskostnad på $1400 per kg, motsvarande kostnaden för Falcon Heavy-satellitlanseringen 2018. Det är värt att notera att fram till 2023 har denna lanseringskostnad redan sjunkit under $1 000-gränsen, och det innan SpaceX Starship anländer, som är mycket större och i teorin också mycket billigare.

I denna analys beräknar forskarna att under nuvarande förhållanden skulle projektet inte kunna generera pengar. De beräknade även de lanseringskostnader som krävs för att orbitala speglar ska nå break-even under olika marknadsförhållanden:

Marknadsförhållande 1 har relativt stabila elpriser under hela dagen, med Indien som exempel. I detta fall måste lanseringskostnaden för break-even vara $257/kg.

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

Marknadsförhållande 2 har extrem prisvariation mellan olika tidpunkter på dagen, med Kalifornien som exempel. I detta fall måste lanseringskostnaden för break-even vara ”endast” $558/kg.

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

Potentiella tillämpningar

Första marknadsföringsdemonstrationen

Företaget diskuterar på sin webbplats möjligheten att ”reservera en ljuspunkt” i 4 minuter över 5 km, med begränsad tillgänglighet från och med Q4 2025.

Detta skulle uppnås med satelliter som väger endast 35 pund (16 kilogram) vardera och utrustas med Mylar-speglar på 33 fot gånger 33 fot (9,9 x 9,9 meter) som fälls ut i omloppsbana.

I de flesta fall skulle det ändå vara mer en demonstrations- och marknadsföringsverktyg än ett som riktar sig mot elproduktion, med starka argument för att en sådan tillämpning faktiskt kan gå viral, med möjligheten att begära solljus på natten med ett klick i en smartphone‑app.

Solkraftproduktion

Den första och mest uppenbara tillämpningen skulle vara att skicka ljus till storskaliga solfarmer, särskilt på elmarknaden med mycket höga toppriser på kvällen. Alla rymdsolföretag måste noggrant välja sin marknad samtidigt som de beaktar den växande konkurrensen från ständigt billigare batteripaket.

En annan praktisk övervägning är att välja rätt omloppsbana, med så många kunder som möjligt i satelliternas bana och deras möjliga mål för reflektion.

En annan möjlig användning skulle vara att öka solintensiteten som träffar solfarmer i nordiska latituder. Till exempel kan solfarmer i Kanada eller Skandinavien dra nytta av extra ljus för att nå sin maximala kapacitet, särskilt på vintern när efterfrågan på el är hög och solens intensitet är som lägst.

Konstgjord stadsljus

En annan övervägning kan vara att tillhandahålla stadsljus till stora urbana centra.

Detta kan dock vara svårt att konkurrera med enklare ljusstolpar med integrerade solceller och batterier.

Jordbruk

En annan aktivitet som kräver ljus är jordbruk genom växtens fotosyntes. Orbital belysning kan möjligen ge extra ljus till storskaliga jordbruksverksamheter som för närvarande använder LED-lampor i sina växthus.

Detta skulle bara fungera för de största gårdarna men kan vara meningsfullt för vissa regioner med massiva växthusinstallationer, som till exempel Nederländerna eller södra Spanien.

Ett annat alternativ kan vara att belysa nordiska regioner på vintern, där växtsäsongen är mycket kort. Detta kan också generellt vara ett alternativ för satelliten att sälja det reflekterade ljuset i områden utan tillräcklig efterfrågan från solfarmer.

Begränsningar för orbitala speglar

Utöver tekniska och ekonomiska överväganden har orbitala speglar också sina kritiker.

Ett problem de kan orsaka är ännu mer ljusförorening än vad vi upplever idag. Speciellt om det blir en massadopterad lösning för att hantera toppförbrukning av el världen över. På lång sikt kan detta göra markbaserad astronomi helt omöjlig.

En annan potentiell fråga är störning av naturliga ekosystem. Vi vet redan att ljusförorening från stadsljus kan störa nattaktiva djur, migrationsmönster och insektsbestånd. Så kan Reflect Orbitals rymdspeglar potentiellt förvärra detta.

Investering i solenergi

Produktionen av solenergi växer stadigt med tvåsiffrig tillväxt och kommer att bli en nyckelfaktor för att avkolsyra ekonomin. Den har fortfarande en lång väg kvar, med den överväldigande majoriteten av vår globala elproduktion och ännu mer total energi som kommer från fossila bränslen.

Genom åren har sektorn utvecklats för att belöna de största företagen, där stordriftsfördelar är en nyckelfaktor för att kunna generera vinst i en mycket konkurrensutsatt miljö. Med nya teknologier som naturligtvis kan bli en potentiell störningsfaktor för etablerade tillverkare av polysilikonpaneler.

Solmirrar kan också göra solenergi ännu mer attraktiv genom att inte bara lösa problemet med toppriser på kvällarna utan också förbättra produktionen i befintliga solparker, vilket gör dem mer lönsamma genom att öka antalet timmar de producerar.

Du kan investera i solenergiföretag via många mäklare, och här på securities.io kan du hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika solenergiföretag kan du även titta på ETF:er som Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) eller Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) som ger en mer diversifierad exponering för att kapitalisera på sol- och ren energibranschen.

Du kan också läsa vår artikel om “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Sol- och rymdföretag

1. Rocket Lab

Rocket Lab (RKLB ) är en av de mest seriösa konkurrenterna på marknaden för återanvändbara raketer. Företaget har initialt fokuserat på små raketer, med Electron‑lanseringssystemet (320 kg nyttolast), som gradvis blir en delvis återanvändbar raket. Hittills har Electron satt upp 177 satelliter i 44 lanseringar.

Senare tittar Rocket Lab på att skapa en mellanstor återanvändbar raket, Neutron, jämförbar med Falcon 9 (8 000 kg till LEO i fullt återanvändbart läge, 1 500 kg till Mars eller Venus). Neutron kommer att drivas av en metanbrännande raketmotor (likt Starship), vilket verkar bli trenden för nästa generation av raketer.

Företaget är anmärkningsvärt för sin helt vertikalt integrerade satellittillverkningsprocess, vilket möjliggör optimering av kostnader och designhastighet. Detta har resulterat i flera kontrakt med NASA och den amerikanska regeringen, inklusive ett militärt satellitkontrakt på $515 M. Och ett civilt kontrakt på $143 M för Globalstar.

Rocket Lab är också en stor tillverkare av solpaneler för satelliter efter sina förvärv av SolAero Technologies 2022, med över 1000 satelliter som drivs av dessa paneler och totalt 4 MW solceller tillverkade.

Källa: Rocket Lab

För närvarande är deras lanseringssystem beroende av externa leverantörer, men en serie strategiska förvärv bör förändra detta, genom att replikera den vertikala integrationen i lanseringssystemet som redan uppnåtts i satellitdesign och -tillverkning.

Företaget undersöker också möjligheten att skapa en telekom‑LEO‑konstellation för att generera återkommande intäkter. Det bidrar även till forskning om tillverkning i rymden med Varda Space Industries och inspektion av orbitalt skräp.

Medan SpaceX hade Elon Musks affärstalang för att utveckla sin teknik från grunden, använde Rocket Lab en blandning av FoU och förvärv för att vertikalt integrera den nödvändiga tekniken. Detta har visat sig mycket framgångsrikt inom satellittillverkning, och de ser nu på att replikera denna strategi för återanvändbara raketer.

Med tanke på det befintliga kassaflödet från satellittillverkning och Electron‑framgångarna är Rocket Lab en bra kandidat att komma ikapp SpaceX, åtminstone tills massdrivrutiner och annan infrastruktur byggs under några decennier.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko är en av de största tillverkarna av solpaneler i världen och är främst baserat i Kina. För att undvika tullar diversifierar företaget sin tillverkningsbas, med tillverkning av kiselplattor i Vietnam samt solcellstillverkning i Malaysia och USA.

Källa: Jinko Solar

I vilket fall som helst är företaget inte alltför exponerat mot västliga marknader, där Kina, Asien‑Stilla havet (APAC) och tillväxtmarknader utgör huvuddelen av företagets verksamhet.

Källa: Jinko Solar

Jinko har levererat 230 GW solceller i företagets historia och 20 GW under Q1 2024, upp från 14,5 GW bara ett år sedan.

Det gör Jinko till nummer 1 i den fotovoltaiska industrin.

Jinkos mest avancerade solcell, N‑type, uppnår en anmärkningsvärd hög energiverkningsgrad på 25,8 %. Den erbjuder även bifaciala paneler.

År 2023 tog N‑type över majoriteten av Jinkos försäljning, vilket utgjorde 80 % av hela leveranserna, med mer kapacitet från den 56 GW produktionsanläggningen som förväntas nå full hastighet i slutet av 2024 för att stå för 90 % av leveranserna vid årets slut.

Den totala produktionskapaciteten förväntas nå 120–130 GW, nästan hälften av företagets kumulativa produktion i hela dess historia.

För att göra sin produktprofil grönare har Jinko Solar också lanserat NeoGreen, den första N‑type solpanelen som produceras helt med förnybar energi (istället för kol, som vanligtvis används i Kina).

Jinkos ultraaggressiva tillväxt i produktionskapacitet speglar företagets förtroende för sin N‑type‑teknik och ambition att erövra exportmarknaderna i Asien, Afrika och Sydamerika.

Och den övergripande utsikten att solenergi tar över världens energisystem, inklusive eventuellt solmirrar, vilket ytterligare ökar lönsamheten.