Från sci-fi till himmelskt: Är omloppsbanesolpaneler en lysande idé?

Föreställ dig att utnyttja solens kraft inte bara från jorden utan från själva rymden. Det är kärnan i rymdbaserad solenergi (SSP).

Det är ett avancerat koncept där solenergi samlas in i rymdens oändlighet och sedan strålas ner till jorden. Denna metod kringgår jordiska begränsningar som natt och väderförhållanden och säkerställer ett konstant, oavbrutet flöde av solenergi.

Även om det kan låta som en futuristisk idé är de grundläggande principerna bakom SSP lika tidlösa som solen själv.

För att definiera rymdsolenergi: det är en källa till ren energi där energi som samlats in från solljus i rymden överförs trådlöst till jorden.

Solen, med en uppskattad livslängd på 4-5 miljarder år, erbjuder en verkligt långsiktig energilösning. Dessutom avger rymdsolenergi inga växthusgaser och är inte beroende av allt knappare färskvattenresurser, värdefull jordbruksmark eller gödningsmedel framtaget från naturgas.

Den producerar inte heller farligt avfall och, till skillnad från traditionella solenergilösningar, är den opåverkad av molntäcke, dagsljusvariationer eller vindhastighet.

De möjligheter som rymdsolenergi ger oss har inspirerat många organisationer att bygga lösningar kring den. Några framstående aktörer på marknaden för rymdbaserad solenergi inkluderar Airbus, Azur Space Solar Power GmbH, Fralock LLC, Japanese Aerospace Exploration Agency, Northrop Grumman (NOC ), Borrego Energy, LLC., Solaren Corporation, Space Tech GmbH, Space Canada, DHV Technology och fler.

Men innan vi fördjupar oss i hur dessa företag och deras lösningar fungerar, låt oss gå igenom vad rymdbaserade solenergisystem är och varför de anses vara livskraftiga för ren, förnybar energiproduktion.

Klicka här för listan över de tio bästa solaktierna.

Vetenskapen bakom rymdbaserade solenergisystem

Studier visar att jorden varje timme mottar mer solenergi än mänskligheten förbrukar under ett helt år. Intressant nog reflekterar jordens atmosfär cirka 30% av denna solenergi tillbaka ut i rymden.

Rymdbaserade solenergiproduktionssystem utnyttjar den rikliga solenergi som annars går förlorad i rymden, orörd. Trots allt gör avsaknaden av atmosfäriska störningar som moln och den ständiga exponeringen för solljus utan nattavbrott dessa satellitbaserade system exceptionellt effektiva. De kan fånga och överföra avsevärt mer energi tillbaka till jorden än traditionella solpaneler.

I dessa rymdbaserade solenergi‑fångst‑ och överföringssystem är satelliter utrustade med paneler som även har energitransmissionsförmåga. De använder stora speglar för att koncentrera enorma mängder solstrålar på mindre solfångare. Denna högintensiva, oavbrutna solstrålning strålas sedan trådlöst till jorden på ett säkert och kontrollerat sätt.

Livskraften hos rymdsolenergi: tekniska innovationer

Överföring av rymdsolenergi har blivit livskraftig tack vare de tekniska innovationer som uppnåtts på senare tid. Det finns två typer av överföringssystem.

Den första är mikrovågs‑sändande solsatelliter, medan den andra är laser‑sändande solsatelliter. I mikrovågs‑sändande satelliter reflekteras solljuset från de stora speglarna in i satellitens centrum, där det omvandlas till oavbruten mikrovågsenergi som strålas mot jorden.

Den andra typen, laser‑sändande satelliter, använder som namnet antyder laser istället för mikrovågsstrålar. Dessa satelliter opererar vanligtvis i grupper med andra mindre satelliter på grund av deras mindre storlek.

När det gäller den ekonomiska livskraften för dessa två lösningar har laser‑solsatelliter relativt låga startkostnader, i intervallet 500 miljoner till 1 miljard USD. Den mindre diametern på laserstrålen gör den enkel och billig att implementera på marken.

Mikrovågs‑solsatelliter däremot är lämpade för att fånga och överföra stabil, oavbruten kraft genom regn, moln och andra atmosfäriska förhållanden. De kan leverera över 1 gigawatt energi till sin markbaserade mottagare, vilket räcker för att driva en stor stad.

När vi diskuterar alla dessa framsteg får vi inte glömma att dessa teknologiska underverk inte uppnåddes på en dag. Det bygger på en lång tradition av vetenskaplig och teknisk forskning. För att förstå rymdsolenergis framtida potential måste vi sätta den i ett sammanhang.

Utvecklingen av rymdsolkonceptet: från början till nutid

1970‑talen:

• Koncept för rymdsolenergi började studeras i USA.

1980‑talen:

• Asien började studera koncept för rymdsolenergi.

Sent 1990‑talen – tidigt 2000‑talen:

• 1998: Studien ‘Space Solar Power Concept Definition’ identifierar trovärdiga, kommersiellt livskraftiga koncept för rymdsolenergi samt deras tekniska och programmässiga risker.

• 1998: Japans rymdmyndighet utvecklar ett rymdsolenergisystem, som förblir aktivt.

• 1999: NASA:s program för utforskande forskning och teknik inom rymdsolenergi inleds.

Tidigt 2010 till 2020

• 2010: Indian Space Research Organisation påbörjar grunderna för rymdsolenergi.

• 2012: Kina föreslår ett gemensamt utvecklingsprojekt för rymdsolenergi med Indien.

• 2015: Caltech och Northrop Grumman Corporation etablerade Space Solar Power Initiative, med en budget på cirka 17,5 miljoner USD över tre år för utveckling av ett rymdbaserat solenergisystem.

2020‑talen

• 2022: Storbritannien tillkännager sitt Space Energy Initiative, med mål att lansera sin första rymdkraftstation i mitten av 2040‑talet och sikta på att 30 % av landets elbehov ska komma från denna källa.

• 2022: Europeiska rymdorganisationen (ESA) tillkännager Solaris-programmet, med plan att driva solenergisatelliter från 2030.

• 2023: CalTechs Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) lyckas sända detekterbar kraft till jorden.

Under dessa år har olika nationella regeringar, universitetsforskningsavdelningar och statligt finansierade organisationer utforskat infrastrukturen och möjligheterna med rymdsolenergi.

Betydande bidrag har också kommit från företag som Northrop Grumman, Airbus och Solaren Corporation i utvecklingen av denna transformerande energikälla.

Medan många av dessa rymdsolprogram har kommit från nationella regeringar, universitetsforskningsavdelningar och statligt finansierade autonoma organisationer, har företag som Northrop Grumman, Airbus och Solaren Corporation spelat avgörande roller i att utnyttja denna transformerande energikälla.

Företag med transformerande rymdsolenergiinitiativ

1. Northrop Grumman

Det Baltimore, Maryland-baserade företaget Northrop Grummans projektteam för Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) arbetar för att göra överföringen av solenergi från rymden till någon plats på jorden till verklighet.

Projektet syftar till att utnyttja högpresterande fotoceller i omloppsbana för att samla solenergi och omvandla den till radiofrekvens (RF)-energi som kan strålas till en mottagningsstation på jorden.

Företaget har varit en ledare i att utveckla kompletta solcellsarraysystem som är lämpliga för rymden. Dess fotovoltiska delsystem har den senaste tekniken för svetsning eller lödning med robotautomation, vilket kopplar solceller i kretsar upp till cirka två meter långa.

Dess Covered Interconnected Cells erbjuder integration av solceller och skyddsglas för CIC‑sammanställningar.

Det tillverkar också solcellskedjor, resistiva vingisolationskort för de mest extrema rymdmiljöerna, komponenter som klarar hela temperaturspannet (-185 till >300 °C), platinatålnings termometer‑sammanställningar och mer.

Dessa innovationer har hjälpt rymdsolenergiprojekt att gå framåt snabbare och nå sin potential.

2022 registrerade Northrop Grumman en försäljning på 36,6 miljarder USD och en transaktionsjusterad vinst per aktie på 25,54 USD. Företagets nettoresultat var nästan 5 miljarder USD under räkenskapsåret 2022.

2. Airbus

Ett annat företag som utmärkte sig inom detta område var Airbus. Dess kraftstrålningslösningar syftar till att hjälpa Europa att självständigt få tillgång till mer förnybar energi, med nya energinät i himlen som erbjuder oberoende och hållbar strömförsörjning dygnet runt. De första fungerande prototyperna för Power Beaming från Airbus kan vara i bruk redan i början av 2030‑talet.

Dessutom är Airbus också en ledande europeisk tillverkare av solcellspaneler, fotovoltiska sammansättningar och solcellssammansättningar för institutionella och kommersiella tillämpningar. Företaget har tillverkat kraftkonditionerings- och distributionsenheter för satelliter. Det levererar även elektriska framdrivningssystem och ett sortiment av elektronik för elektrisk framdrift, inklusive kraftstyrnings- och kraftbehandlingsenheter som krävs i rymdsolsystem.

Airbus arbetar också med att bygga avancerade fotovoltiska solpaneler som är lättare, mer flexibla och kan fånga mer energi på sin yta. Dess flaggskeppsprogram, Zephyr, är en högaltitudspseudo‑satellit som drivs uteslutande av solenergi.

Alla dessa bidrar starkt till att driva utvecklingen av rymdsolenergi framåt i snabbare takt med förbättrad effektivitet.

Under räkenskapsåret 2022 rapporterade Airbus en omsättning på 58,8 miljarder euro, med ett justerat EBIT på 5,6 miljarder euro. Företagets fria kassaflöde före fusioner och kundfinansiering uppgick till 4,7 miljarder euro. Företaget föreslog en utdelning på 1,80 euro per aktie.

3. Solaren Corporation

En framväxande innovatör inom detta område, Solaren Corporation, har utvecklat metoder för att överföra kostnadseffektiv, utsläpps‑fri el från rymden.

Under de kommande tio åren kommer Solaren att utveckla, lansera och driva den första SSP‑anläggningen och sälja el. Solaren har också förvärvat banbrytande SSP‑systempatent i länder som USA, Europeiska unionen, Kina, Japan, Indien, Kanada och Ryska federationen.

Solaren’s Space Solar Power‑lösningar har många fördelar. De inkluderar en ren baslastelförsörjning dygnet runt, som är kostnadseffektiv, utsläpps‑fri och utan risk för kärnstrålning. De kräver inte heller vatten för termisk kylning, vilket eliminerar risken för att hav, floder och sjöar värms upp.

Solaren’s Space Solar Power‑lösning har två komponenter: Solar Power Satellite och Ground Receive Station. Satelliten använder solcellspaneler och RF‑array/antenner för att samla in och sända. Ground Receive Station tar emot den sända kraften via sina mottagningsantenner.

I juli 2023 meddelade Solaren den framgångsrika avslutningen av sin senaste finansieringsrunda, ledd av Skyseed Ventures. Solaren samlade in 2,46 miljoner dollar i den omgången.

Global påverkan och livskraft för rymdsolenergi

Framväxten av högavancerad teknik kring rymdbaserade solenergisystem har hjälpt till att driva rymdfarkoster, satelliter, rovers och annan rymdinfrastruktur. Solenergi från rymden kan hjälpa dessa system att fungera under längre perioder utan behov av frekvent påfyllning från ombordstående energikällor.

Innovationerna har sänkt kostnaden för att utveckla återanvändbara raketer, vilket minskar utgifterna för att skjuta upp utrustning i rymden. Underhållskostnaden för rymdbaserade solenergi‑fångst‑ och överföringsarkitektur har också minskat. Ökad användning av robotik och automation kommer att spela en avgörande roll för att ytterligare sänka kostnaderna och öka effektiviteten.

Enligt uppskattningar dominerar Nordamerika rymden med nästan två femtedelar av den globala intäkten som genereras från regionen. När det gäller framtida tillväxtdrivare har dock Kina och Indien stor potential.

Utmaningar att övervinna

I framtiden måste rymdsolenergilösningar övervinna vissa kritiska flaskhalsar. En av dessa är att uppnå den perfekta balansen mellan produktionskostnad och prestanda. De mindre kostsamma laser‑sändande lösningarna lider av låg effekt per satellit, vilket kräver flera satelliter för att göra en märkbar skillnad. De dyrare mikrovågs‑sändande lösningarna kan däremot medföra lanseringskostnader på tiotals miljarder dollar.

Laser‑sändande lösningar, även om de är innovativa, kan medföra säkerhetsrelaterade utmaningar såsom bländning och potentiell vapentillverkning. Mikrovågs‑sändande lösningar, å andra sidan, undviker dessa specifika säkerhetsproblem men kräver mycket utrymme, vilket innebär att markbaserade mottagare måste vara flera kilometer i diameter.

Laser‑sändande satelliter drabbas också av atmosfäriska oregelbundenheter som tjocka moln eller regn. Mikrovågs‑sändande lösningar, på grund av deras nödvändiga avstånd från jorden, är praktiskt taget omöjliga att reparera.

Alla dessa problem måste hanteras och lösas på ett korrekt sätt. Storleken på satelliterna och de markbaserade mottagarna måste minskas kraftigt utan att deras förmåga att fånga och överföra energi minskas.

Kostnaden måste vara måttlig så att utvecklingsländer kan känna större förtroende för att testa och prova dessa teknologier. Reparationsmöjligheter måste etableras mer kraftfullt, och lösningarna bör bli oberoende av rådande väderförhållanden i sin prestanda.

En lovande väg framåt

Med stora börsnoterade företag som investerar kraftigt i tillverkning av rymdsolenergiprodukter och -lösningar ser framtiden lovande ut. Innovationen kommer att blomstra och systemet blir mer effektivt och optimalt.

Till sist är den drivkraft som driver rymdsolenergiprojekt globalt den större orsaken till att uppnå hållbarhet för planeten genom förnybar energi.

När dess fulla potential uppnås kan rymdsolenergi leverera el till vilket land som helst till samma kostnad utan att kräva nya investeringar för att bygga långa överföringsledningar.

Analytiker tror att rymdsolenergi kan skapa mer än 250 000 permanenta högteknologiska jobb under de kommande två decennierna. I verkligheten kan detta antal vara ännu högre.

Därför kommer rymdsolenergislösningar fortsätta att ta en ökande andel av den befintliga globala elmarknaden på 2 biljoner USD. Med växande räckvidd kommer fler och fler leverantörer hoppa på SSP‑vagnen. Det kommer att bli ett ekonomiskt livskraftigt sätt att lösa de energiproblem planeten står inför idag.

Klicka här för listan över de bästa förnybara energiernas aktier.