Framsteg inom solenergi gör rymdbaserade lösningar möjliga

Under en längre tid pågår omfattande forskning om sätt att fånga och utnyttja space-based solar power. Vetenskapsmän och teknikexperter tror att rymdbaserad solkraft kan bli ett effektivt tillskott till det tillgängliga utbudet av hållbara energikällor. 

Funktionellt skulle anläggningen ha energisamlings- och skördningspaneler på omloppsbanan, som sänder tillbaka solenergi till sina mottagande motsvarigheter placerade på planeten Jorden. Och eftersom det involverar rymden, planeten Jorden och överföringsvägen mellan dessa två punkter, måste det bestå av sofistikerade teknologilösningar. 

Uppmuntrande har framsteg inom solteknik världen över gjort produktionen av rymdbaserad solkraft möjlig. Men innan vi går djupare in på dem, låt oss ta en snabb titt på vad rymdbaserade solkraftslösningar innebär och vilka fördelar de har. 

Rymdbaserad solkraft och dess fördelar

Enligt data som presenterats av USA:s energidepartement får vi varje timme på jorden mer solenergi än vi kan använda på ett år. Nästan 30 % av denna energi återförs oanvänd till rymden av atmosfären. Denna energi kan fångas och användas effektivt om vi får robusta rymdbaserade solkraftsmekanismer på plats. 

I detta system kan satellitbaserade solpaneler fånga och överföra mer energi än vad som fångas av solpaneler placerade på jordens yta. De presterar bättre på grund av fördelarna med att vara i rymden. Enligt DEA:s beskrivning är dessa: 

“Solpanelutrustade, energitransmittande satelliter samlar in högintensiv, oavbruten solstrålning.” 

Tillförseln är oavbruten eftersom det i rymden inte finns några moln och ingen natt. 

Tekniken innebär att man placerar ut gigantiska speglar som reflekterar enorma mängder solstrålar på mindre solfångare så att de kan trådlöst sändas till jorden på ett säkert och kontrollerat sätt som antingen en mikrovågs- eller laserstråle. 

Eftersom denna process involverar sofistikerad teknik lockar den innovativa lösningar från hela världen. NASA har nu published a report on Space-Based Solar Power för att utrusta sig med den ‘information som behövs för att avgöra hur de kan stödja utvecklingen av detta forskningsområde.’ 

Rapporten försöker bedöma de parametrar som skulle spela en avgörande roll för att göra rymdbaserad solkraft till ett konkurrenskraftigt alternativ, där det slutgiltiga målet är att uppnå nettonoll utsläpp av växthusgaser. 

Vissa teknologiska flaskhalsar som NASA har identifierat för forskare och tekniker som är aktiva inom detta område att arbeta med är följande: 

• De måste hitta sätt att stora system kan monteras och underhållas i omloppsbana.
• Forskning krävs för att få dessa system att fungera autonomt och ha effektiv energisändning för att föra den insamlade energin till jorden. 
• NASA-rapporten påpekar också att innan rymdbaserade solkraftssystem tas i bruk är det viktigt att ta itu med kostnaderna för att skjuta upp och bygga dem. Detta beror på att sända allt material till rymden skulle kräva många kontinuerliga uppdrag för att transportera infrastrukturen till omloppsbana.

NASA-rapporten tror att rymdbaserade solkraftssystem kan bli fullt produktiva och operativa till år 2050. Genom rapporten har några av de milstolpsframsteg som gjorts inom detta område kommit fram. Till exempel har den påmint oss om JAXA-forskare som bevisade att det var möjligt att trådlöst överföra energi exakt som mikrovågor över ett betydande avstånd för att slutligen omvandla den till användbar elektricitet. 

Med detta resultat i åtanke kom Caltech-forskare i mars 2023 på Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) som det första rymdfarkosten att trådlöst överföra solenergi som samlats in i rymden till jorden.

NASA har också lämnat vissa uppskattningar om den ekonomiska genomförbarheten för rymdbaserad solkraft. Några av experterna som länge har varit djupt involverade i detta område har också ifrågasatt dessa uppskattningar. Det har dock knappt funnits någon förnekelse av de fördelar som detta kraftgenereringssystem lovar att leverera. Det kan hjälpa vid katastrofhjälp, driva avlägsna sensorer och avlägsna befintliga flaskhalsar i vårt traditionella energiproduktionssystem och dess leveranskedja. 

När man ser på fördelarna har nationella regeringar i alla utvecklade länder börjat investera i det. Stora företag som har resurserna att investera, som Airbus och Northrop Grumman (NOC ), har också arbetat med det outtröttligt. 

Vi kommer nu att titta på några av deras framsteg i de kommande avsnitten. Man måste dock ha i åtanke att det är ett utvecklande område och många av insatserna fortfarande befinner sig i prototypsstadiet.

#1. Airbus Power Beaming

Ett av de största företagen som arbetar med att utveckla solteknik för att göra rymdbaserade lösningar möjliga är Airbus. Dess Power Beaming-teknik, utvecklad av företagets Central Research & Technology och Blue Sky-avdelningar, har gjort trovärdiga demonstrationer av hur detta kan bli en spelväxlare inom rymdbaserad solteknik. 

Enligt Jean-Dominique Coste, som är ansvarig för att utveckla Power Beaming tillsammans med Yoann Thueux och deras kollegor: 

“Potentialen med tekniken är att fånga solljus och sedan sända det trådlöst.” 

Dessa forskare tror att denna energilösning kan förse städer, fabriker, hushåll och flygplan med tillräcklig elektricitet.

Airbus teknikutvecklare demonstrerade först Power Beaming på företagets X-Works Innovation Factory den 27 september 2022. Även om det genomfördes i mindre skala kunde demonstrationen tillräckligt förklara vad som krävdes för att få power beaming att fungera. 

Coste, Thueux och deras kollegor använde mikrovågs-sändning för att överföra grön energi mellan två punkter som representerade ‘Rymden’ och ‘Jorden’. Avståndet mellan dessa två punkter var 36 meter. Demonstrationen producerade också grön vätgas för att driva en modellstad. 

Efter demonstrationen sa Yoann Thueux: 

“Nu när vi framgångsrikt har testat de viktigaste byggstenarna i ett framtida rymdbaserat solkraftsystem i liten skala för första gången, är vi nu redo att ta Power Beaming till nästa nivå.”

Airbus förväntar sig att denna teknik snart blir verklighet. De tror att de första fungerande Power Beaming-prototyperna kommer att vara tillgängliga för användning i början av 2030-talet. 

I sin ultimata tillämpade form skulle tekniken ha en solpanel placerad i geostationär bana, cirka 36 000 km över jorden. Denna solpanel skulle paras ihop med en solpanel av samma storlek på jorden. 

Den energi som samlas in i rymden skulle sändas ner över ett område som har många antenner utspridda. Dessa antenner skulle ta emot strålarna för att återsamla energin och producera elektricitet. 

När detta system når en viss skala skulle det kosta lika mycket att producera energi med det som i storskaliga energiprojekt på jorden som är beroende av kärnkraft, olja eller andra förnybara energikällor. Enligt uppskattningar skulle en geostationär solfarm kunna generera upp till två gigawatt elektricitet. Den 15 februari 2024 publicerade Airbus sina fullårsresultat för 2023, med en årsomsättning på 65,4 miljarder och ett justerat EBIT på 5,8 miljarder euro. 

#2. Northrop Grumman

En annan stor global aktör som har slutfört nödvändiga tester som bekräftar dess solrymdteknikförmåga är Northrop Grumman. Företaget demonstrerade framgångsrikt sin förmåga att sända radiofrekvensenergi mot olika antenner genom att styra strålen. De är säkra på att kunna ta fram sin prototyp till år 2025. 

Denna prototyp skulle visa företagets förmåga att sända RF-energi ner till planeten. Tekniken utvecklas av Northrop Grummans Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). 

Enligt Tara Theret, programdirektör för SSPIDR: 

“Nu handlar det bara om att bygga, testa och integrera resten av hårdvaran inom en utmanande tidsram.”

Ytterligare arbete som måste göras i denna process inkluderar att minska elektroniska komponenter och öka antalet ‘sandwich-tiles’. Sandwich-tiles är i princip fotovoltaiska cellpaneler som samlar solenergi och överför kraft till nästa lager, med komponenter som möjliggör sol‑till‑RF‑omvandling och hjälper till att forma strålarna. 

Företaget tillverkar också den nödvändiga flyg hårdvaran för att sätta ihop systemet och lansera det på företagets ESPAStar-plattform. ESPAStar-plattformen är en satellitbuss som ger nyttolaster nödvändig framdrift, kraft, attitudeskontroll och kommunikation. 

I en validering av det arbete de har gjort uppmuntrade US Air Force Research Laboratory Northrop Grummans insatser med ett kontrakt på 100 miljoner USD år 2018, där de skulle utveckla en nyttolast för att demonstrera nyckelkomponenter i prototypen av rymdbaserat solkraftsystem. 

Luftstyrkans myndigheter syftade till att katalysera de utvecklingsinsatser som krävs för att bygga ett prototyp-rymdbaserat system som kan förse amerikanska militärbaser med solkraft. 

Sammanfattningsvis, när man pekar på den potential som rymdbaserade lösningar inom solteknik har för framtiden, sade Tara Theret: 

“Rymdbaserad solkraftsändning har potentialen att leverera energi var som helst på jorden när som helst. Denna teknik kan göra kraft tillgänglig för avlägsna platser som behöver medicinsk och kommunikationsutrustning.”

Northrop Grumman registrerade totala försäljningar på 36,6 miljarder USD för året som avslutades den 31 december 2022. Intäkterna från Space Systems-området var nära 12,3 miljarder USD, en märkbar ökning från föregående års 10,6 miljarder USD. Av de 12,3 miljarder USD i intäkter som tjänades in 2022 kom 94 % från den amerikanska regeringen, medan resten, 3 %, 2 % och 1 % kom från internationell försäljning, försäljning till andra kunder och intersegmentförsäljning respektive. 

#3. CESI

CESI, baserat i Milano, Italien, har tre decennier av erfarenhet av att bedriva forskning, utveckla och producera solceller som är mycket effektiva för rymdapplikationer. Dessutom är det en av de mest eftertraktade globala leverantörerna av multijunctionceller som använder galliumarsenid och indiumgalliumfosfid. 

CESI har ett sortiment av trippeljunction rymdceller. Dessa celler, förutom galliumarsenid och indiumgalliumfosfid, inkluderar också germanium. Dessa celler visar sig effektiva för satelliter i låg jordbana och geostationär bana. Produkterna uppfyller även de erforderliga ECSS E ST20-08C-standarderna. CESI är nu på väg att lansera fyrjunctionceller som kommer att ha högre verkningsgrad än trijunctionceller. 

I framtiden siktar CESI på att erbjuda ett brett sortiment av rymdsolcellprodukter som kan uppfylla alla krav från rymdprogram. Hittills har CESI:s insatser resulterat i mer än 200 000 solceller som driver över 70 civila satelliter för kunder i 25 länder. 

CESI har sin egen teknik för att tillverka solceller i Milano. Under åren har de byggt ett tätt och djupt nätverk med många internationella rymdorganisationer och aktörer. 

Precis som Northrop Grumman samarbetar CESI också med den italienska nationella regeringen och har fått finansiering från den italienska nationella rymdbyrån (ASI) och Europeiska rymdorganisationen (ESA). De har tillverkat avancerade solceller för att möta behoven i det europeiska rymdprogrammet och för många interplanetära uppdrag. 

Enligt den senaste tillgängliga finansiella rapporten tjänade företaget mer än 87 miljoner tjeckiska kronor under räkenskapsåret som avslutades den 31 december 2022. 

Framsteg inom rymdsolteknik: Vägen framåt

Rymdsolteknik har hittat sin plats genom att bevisa sitt värde för det globala samfundet, vilket har lett till att nationella regeringar världen över börjat investera i den med stor entusiasm. I USA omsattes detta i handling när Naval Research Laboratory genomförde ett experiment 2020 för att fånga solljus och omvandla det till likström. De använde Air Forces X-37B rymdflygplan för detta ändamål. 

Samtidigt får internationella insatser också fart. De kinesiska myndigheterna har satt ambitiösa mål med sin plan för 2028 för en rymdbaserad demonstration ledd av China Academy of Space Technology. I Europa sticker Solaris ut som ett välfinansierat treårigt forskningsprogram som har fått klartecken från European Space Agency. Storbritannien är också med i tävlingen och har erbjudit bidrag för studier om att utnyttja solkraft i rymden. 

Uppenbarligen har innovativa företag, stora och resursstarka globala organisationer samt regeringar världen över arbetat tillsammans för att fånga och utnyttja den energi som rymden erbjuder oss. Med sådan oavbruten, outnyttjad solenergi som väntar på att utnyttjas för planetens bästa ser framtiden verkligen lovande ut. 

Klicka här för en lista över de tio bästa solkraftaktierna.