Güneş Teknolojisindeki Gelişmeler, Uzay Tabanlı Çözümleri Gerçekçi Kılıyor

Bir süredir, uzay tabanlı güneş enerjisini yakalama ve kullanma yolları üzerine kapsamlı araştırmalar yürütülüyor. Bilim insanları ve teknoloji uzmanları, uzay tabanlı güneş enerjisinin mevcut sürdürülebilir enerji kaynakları setine verimli bir ek olabileceğine inanıyor. 

Fonksiyonel olarak, sistem, yörüngedeki enerji toplama ve hasat panellerine sahip olacak ve bu paneller, güneş enerjisini Dünya üzerindeki alıcı karşılıklarına geri ışınlayacak. Ve bu süreç uzayı, Dünya’yı ve bu iki nokta arasındaki iletim yolunu içerdiği için, gelişmiş teknoloji çözümlerinden oluşmalıdır. 

Ümit verici bir şekilde, dünya çapında güneş teknolojisinde kaydedilen ilerlemeler, uzay tabanlı güneş enerjisinin üretimini mümkün kılıyor. Ancak daha derine inmeden önce, uzay tabanlı güneş enerjisi çözümlerinin ne anlama geldiğine ve avantajlarına hızlı bir göz atalım. 

Uzay Tabanlı Güneş Enerjisi ve Avantajları

ABD Enerji Bakanlığı tarafından sunulan verilere göre, Dünya’da her saat, bir yılda kullanabileceğimizden daha fazla güneş enerjisi alıyoruz. Bu enerjinin yaklaşık %30’u atmosfer tarafından uzaya geri gönderiliyor ve kullanılmadan kalıyor. Güçlü uzay tabanlı güneş enerjisi mekanizmaları kurulduğunda bu enerji verimli bir şekilde yakalanıp kullanılabilir. 

Bu sistemde, uydu tabanlı güneş panelleri, yeryüzüne yerleştirilen güneş panellerinden daha fazla enerji yakalayıp iletebilir. Uzayda bulunmanın sağladığı avantajlar sayesinde daha iyi performans gösterirler. DEA’nın tanımına göre, bunlar: 

“Güneş paneli donanımlı, enerji ileten uydular yüksek yoğunluklu, kesintisiz güneş ışınımını toplar.” 

Enerji kesintisizdir çünkü uzayda bulut yoktur ve gece de yoktur. 

Teknoloji, devasa aynalar kullanarak büyük miktarda güneş ışınını daha küçük güneş toplayıcılarına yansıtmayı ve bu enerjiyi güvenli ve kontrollü bir şekilde mikrodalga ya da lazer ışını olarak Dünya’ya kablosuz iletmeyi içerir. 

Bu süreç, gelişmiş teknoloji gerektirdiği için, dünya çapında yenilikçi çözümler çekmektedir. NASA, Uzay Tabanlı Güneş Enerjisi üzerine bir rapor yayınladı kendini, bu araştırma alanının gelişimini nasıl destekleyebileceğini belirlemek için gerekli bilgiyle donatmak amacıyla.

Rapor, uzay tabanlı güneş enerjisini rekabetçi bir seçenek haline getirecek ve nihai hedefin net sıfır sera gazı emisyonu elde etmek olduğu parametreleri değerlendirmeye çalışıyor. 

NASA’nın bu alanda çalışan araştırmacılar ve teknologlar için belirlediği bazı teknolojik darboğazlar şunlardır: 

• Büyük sistemlerin yörüngede birleştirilmesi ve bakımının sağlanması için yollar bulmaları gerekir.
• Bu sistemlerin otonom çalışması ve hasat edilen enerjinin Dünya’ya verimli bir şekilde iletilmesi için araştırma yapılması gerekir.
• NASA raporu ayrıca, uzay tabanlı güneş enerjisi sistemlerini kullanıma almadan önce, fırlatma ve inşa maliyetlerinin ele alınmasının önemli olduğunu vurguluyor. Çünkü tüm bu malzemeyi uzaya göndermek, altyapıyı yörüngeye taşımak için birçok sürekli göreve ihtiyaç duyacaktır.

NASA raporu, uzay tabanlı güneş enerjisi sistemlerinin 2050 yılına kadar tam verimli ve operasyonel hale gelebileceğine inanıyor. Raporda, bu alanda kaydedilen bazı dönüm noktası ilerlemeler de ortaya kondu. Örneğin, JAXA bilim insanlarının, enerjiyi mikrodalga olarak doğru bir şekilde uzun bir mesafeye kablosuz iletip kullanılabilir elektriğe dönüştürmenin mümkün olduğunu kanıtladığını hatırlattı. 

Bu başarının özünü taşıyarak, Caltech bilim insanları Mart 2023’te, uzayda hasat edilen güneş enerjisini Dünya’ya kablosuz ileten ilk uzay aracı olarak Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) projesini geliştirdi.

NASA, uzay tabanlı güneş enerjisinin ekonomik uygulanabilirliği konusunda bazı tahminler de sundu. Uzun süredir bu alanda çalışan bazı uzmanlar da bu tahminlere itiraz etti. Ancak, bu enerji üretim sisteminin vaat ettiği faydaların reddedildiği pek görülmedi. Felaket yardımında, uzak sensörlerin güçlendirilmesinde ve geleneksel enerji üretim sistemimiz ile tedarik zincirimizdeki mevcut darboğazların ortadan kaldırılmasında yardımcı olabilir. 

Faydalarına bakıldığında, tüm gelişmiş ülkelerin ulusal hükümetleri buna yatırım yapmaya başladı. Airbus ve Northrop Grumman (NOC ) gibi yatırım yapabilecek büyük işletmeler de durmaksızın üzerinde çalışıyor. 

Şimdi, bu segmentlerdeki bazı başarılarına bakacağız. Ancak, bunun gelişen bir alan olduğunu ve birçok girişimin hâlâ prototip aşamasında olduğunu unutmamak gerekir. 

#1. Airbus Power Beaming

Uzay tabanlı çözümleri mümkün kılmak için güneş teknolojisini ilerleten başlıca şirketlerden biri Airbus’tır. Şirketin Merkezi Araştırma & Teknoloji ve Blue Sky Departmanları tarafından geliştirilen Power Beaming teknolojisi, bunun uzay tabanlı güneş teknolojisi sahnesinde oyunu değiştirebileceğine dair güvenilir gösterimler yaptı. 

Power Beaming’i Yoann Thueux ve meslektaşlarıyla birlikte geliştirmekten sorumlu Jean-Dominique Coste’ye göre: 

“Teknolojinin potansiyeli, güneş ışığını yakalamak ve ardından kablosuz olarak ışınlamaktır.” 

Bu bilim insanları, bu enerji çözümünün şehirler, fabrikalar, evler ve uçaklara yeterli elektrik sağlama kapasitesine sahip olabileceğine inanıyor. 

Airbus teknoloji geliştiricileri, Power Beaming’i 27 Eylül 2022’de şirketin X-Works Innovation Factory’sinde ilk kez gösterdi. Daha küçük bir ölçekte gerçekleştirilmiş olsa da, gösterim güç ışınlamasını çalıştırmak için neler gerektiğini yeterince açıkladı. 

Coste, Thueux ve meslektaşları, ‘Uzay’ ve ‘Dünya’yı temsil eden iki nokta arasında yeşil enerjiyi mikrodalga ışınıyla iletmek için kullandılar. Bu iki nokta arasındaki mesafe 36 metredir. Gösterim ayrıca bir model şehri güçlendirmek için yeşil hidrojen üretti. 

Gösterim sona erdikten sonra Yoann Thueux şunları söyledi: 

“Şimdi, gelecekteki bir uzay tabanlı güneş enerjisi sisteminin temel yapı taşlarını küçük ölçekte ilk kez başarıyla test ettiğimize göre, Power Beaming’i bir sonraki seviyeye taşımaya hazırız.” 

Airbus, bu teknolojinin kısa sürede gerçeğe dönüşmesini bekliyor. İlk çalışan Power Beaming prototiplerinin 2030’ların başında kullanılabilir olacağına inanıyor. 

Uygulamanın nihai formunda, teknoloji, Dünya’nın yaklaşık 36.000 km üzerindeki jeostatik yörüngesine bir güneş paneli yerleştirecek. Bu güneş paneli, Dünya üzerindeki aynı boyutta bir güneş paneliyle eşleştirilecek. 

Uzayda toplanan güç, birçok antenin yayıldığı bir alana aşağı doğru ışınlanacak. Bu antenler, enerjiyi yakalayıp yeniden birleştirerek elektrik üretmek için kullanacak. 

Bu sistem belirli bir ölçeğe ulaştığında, enerji üretim maliyeti, nükleer enerji, petrol veya diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanan büyük ölçekli Dünya projeleriyle aynı olacak. Tahminlere göre, bir jeostatik güneş çiftliği iki gigawatt kadar elektrik üretebilir. 31 Şubat 2024’te, Airbus yayınladı 2023 tam yıl sonuçlarını, yıllık 65,4 milyar gelir ve düzeltilmiş 5,8 milyar Euro EBIT rapor etti. 

#2. Northrop Grumman

Şirket, ışını yönlendirerek radyo frekansı enerjisini çeşitli antenlere yönlendirme yeteneğini başarıyla gösterdi. 2025 yılına kadar prototipini ortaya koyacağına güveniyor. 

Bu prototip, şirketin RF enerjisini gezegene aşağı doğru ışınlama yeteneğini sergileyecek. Teknoloji, Northrop Grumman’ın Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) tarafından geliştirildi. 

SSPIDR program direktörü Tara Theret’e göre: 

“Şimdi, sadece zorlu bir zaman çizelgesinde donanımın geri kalanını inşa ediyor, test ediyor ve entegre ediyor.” 

Bu süreçte yapılacak daha fazla iş, elektronik bileşenlerin küçültülmesi ve ‘sandviç döşemelerinin’ sayısının artırılmasıdır. Sandviç döşemeleri, güneş enerjisini toplayan ve gücü bir sonraki katmana ileten fotovoltaik hücre panelleridir; bu paneller, güneşten RF dönüşümünü sağlayan bileşenlere sahiptir ve ışınların oluşmasına yardımcı olur. 

Şirket, sistemi bir araya getirip şirketin ESPAStar platformunda fırlatmak için gerekli uçuş donanımını da üretiyor. ESPAStar platformu, yükleri gerekli itki, güç, tutum kontrolü ve iletişimle donatan bir uydu veri yoludur. 

Yaptığı çalışmayı doğrulamak amacıyla, ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı, 2018’de Northrop Grumman’ın çabalarını 100 milyon ABD doları değerinde bir sözleşmeyle destekledi; bu sözleşme, prototip uzay güneş enerjisi sisteminin temel bileşenlerini gösterecek bir yük geliştirmeyi kapsıyordu. 

Hava Kuvvetleri yetkilileri, ABD askeri üslerini güneş enerjisiyle besleyebilecek bir prototip uzay tabanlı sistem inşa etmek için gerekli geliştirme çabalarını hızlandırmayı amaçladı. 

Genel olarak, güneş teknolojisinde uzay tabanlı çözümlerin gelecekteki potansiyelini vurgularken, Tara Theret şunları söyledi: 

“Uzay güneş enerjisi ışınlaması, Dünya üzerindeki her yerde her zaman enerji sağlama potansiyeline sahiptir. Bu teknoloji, tıbbi ve iletişim ekipmanına ihtiyaç duyan uzak bölgelere enerji sağlamayı mümkün kılabilir.” 

Northrop Grumman, 31 Aralık 2022’de sona eren yılda 36,6 milyar ABD doları toplam satış kaydetti. Uzay Sistemleri bölümünden elde edilen gelir yaklaşık 12,3 milyar ABD dolarıydı ve bir önceki yılın 10,6 milyar ABD doları üzerinden belirgin bir artış gösterdi. 2022’de elde edilen 12,3 milyar ABD doları gelirin %94’ü ABD hükümetinden, geri kalan %3’ü uluslararası satışlardan, %2’si diğer müşterilere ve %1’i segmentler arası satışlardan geldi. 

#3. CESI

İtalya, Milano merkezli CESI, uzay uygulamaları için son derece verimli güneş hücreleri araştırma, geliştirme ve üretme konusunda üç on yıl deneyime sahiptir. Daha da önemlisi, Gallium Arsenide ve Indium Gallium Phosphide kullanan çok katmanlı hücrelerin en çok aranan küresel tedarikçilerinden biridir. 

CESI, üç katmanlı uzay hücreleri yelpazesine sahiptir. Bu hücreler, Gallium Arsenide ve Indium Gallium Phosphide’in yanı sıra Germanium da içerir. Bu hücreler Düşük Dünya Yörüngesi ve Jeostatik Yörünge uyduları için etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bu ürünler ayrıca gerekli ECSS E ST20-08C standartlarına uygundur. CESI, üç katmanlı hücrelerden daha yüksek verimlilik seviyelerine sahip dört katmanlı hücreleri piyasaya sürmek için yola çıkmıştır. 

Gelecekte, CESI, herhangi bir uzay programı gereksinimini karşılayacak geniş bir uzay güneş hücresi ürün yelpazesi sunmayı hedefliyor. Şu ana kadar CESI’nin çabaları, 25 ülkedeki müşteriler için 70’ten fazla sivil uyduyu güçlendiren 200.000’den fazla güneş hücresi üretimine yol açtı. 

CESI, Milano’da güneş hücreleri üretmek için kendi özel teknolojisine sahiptir. Yıllar içinde, birçok uluslararası uzay ajansı ve aktörle sıkı ve derin bir ağ kurdu. 

Northrop Grumman gibi, CESI de İtalyan Ulusal Hükümeti ile çalışıyor ve İtalyan Ulusal Uzay Ajansı (ASI) ve Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından finansman aldı. Avrupa Uzay Programı ve birçok interplanetary misyonun ihtiyaçlarını karşılamak için gelişmiş güneş hücreleri üretti. 

En son mevcut finansal açıklamaya göre, şirket 31 Aralık 2022’de sona eren mali yılda 87 milyon Çek kronundan fazla gelir elde etti. 

Uzay Güneş Teknolojisindeki Gelişmeler: İleriye Dönük Yol

Uzay güneş teknolojisi, küresel topluluğa değerini kanıtlayarak yerini buldu ve bu da dünya genelindeki ulusal hükümetlerin büyük bir coşkuyla yatırım yapmasını sağladı. Amerika Birleşik Devletleri’nde bu, 2020’de Naval Research Laboratory’un güneş ışığını yakalayıp doğru akım elektrik enerjisine dönüştürmek için bir deney yapmasıyla eyleme geçti. Bu amaçla Hava Kuvvetleri’nin X-37B uzay uçağı kullanıldı. 

Bu arada, uluslararası çabalar da ivme kazanıyor. Çin yetkilileri, China Academy of Space Technology tarafından yürütülen 2028 planı ile uzay tabanlı bir gösterim için iddialı hedefler belirledi. Avrupa’da, Solaris, Avrupa Uzay Ajansı’nın onayını almış iyi finanse edilen üç yıllık bir araştırma programı olarak öne çıkıyor. Birleşik Krallık da yarışta; uzayda güneş enerjisini kullanma üzerine çalışmalar için hibe sağlıyor. 

Açıkça görülüyor ki, yenilikçi şirketler, büyük ve kaynakça zengin küresel organizasyonlar ve dünya genelindeki hükümetler, uzayın sunduğu enerjiyi yakalamak ve kullanmak için birlikte çalışıyor. Bu kesintisiz, kullanılmamış güneş enerjisinin gezegenin faydası için yakalanıp kullanılmayı beklediği bir gelecekte, gelecek gerçekten umut vaat ediyor. 

En iyi on güneş enerjisi hisse senedinin listesi için buraya tıklayın.