Enerji
Güneş Enerjisi Teknolojilerindeki Gelişmeler Uzay Tabanlı Çözümleri Gerçekleştirilebilir Kılıyor
Uzun bir süredir, uzay tabanlı güneş enerjisi yakalama ve kullanma yolları üzerine kapsamlı araştırmalar devam etmektedir. Bilim insanları ve teknoloji uzmanları, uzay tabanlı güneş enerjisinin mevcut sürdürülebilir enerji kaynakları setine verimli bir katkı olabileceğine inanıyorlar.
İşlevsel olarak, kurulacak sistem, yörüngesel seviyelerde enerji toplama ve hasat panellerine sahip olacak ve bu paneller, güneş enerjisini Dünya’ya yerleştirilen alıcı karşıtlarına geri iletecek. Ve bu, uzayı, Dünya’yı ve bu iki nokta arasındaki iletim yolunu içerdiğinden, sofistike teknoloji çözümlerinden oluşması gerekiyor.
Umut verici bir şekilde, dünya çapında güneş enerjisi teknolojisindeki gelişmeler, uzay tabanlı güneş enerjisi üretimini mümkün kılıyor. Ancak, bunlara daha derinlemesine girmeden önce, uzay tabanlı güneş enerjisi çözümlerinin ne anlama geldiğini ve avantajlarının neler olduğunu hızlıca gözden geçirelim.
Uzay Tabanlı Güneş Enerjisi ve Avantajları
Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı’nın sunduğu verilere göre, Dünya’ya her saatte, bir yıl boyunca kullanabileceğimizden daha fazla güneş enerjisi alıyoruz. Bu enerjinin yaklaşık %30’u, atmosfer tarafından geri dönülerek uzaya gider. Bu enerji, güçlü uzay tabanlı güneş enerjisi mekanizmaları kurulduğunda verimli bir şekilde yakalanabilir ve kullanılabilir.
Bu sistemde, uydu tabanlı güneş panelleri, Dünya yüzeyindeki güneş panellerinden daha fazla enerji yakalayabilir ve iletebilir. Uzayda bulundukları avantajları nedeniyle daha iyi performans gösterirler. DEA’nın tanımlamasına göre, bunlar:
“Güneş paneli donanımlı, enerji ileten uydular yüksek yoğunluklu, kesintisiz güneş radyasyonu toplar.”
Tedarik kesintisizdir, çünkü uzayda bulutlar ve gece yoktur.
Teknoloji, güneş ışınlarını küçük güneş kolektörlerine yansıtan devasa aynaların konuşlandırılmasını içerir, böylece bunlar kablosuz olarak mikrodalga veya lazer ışını olarak Dünya’ya güvenli ve kontrollü bir şekilde iletilir.
Bu işlem, sofistike teknoloji içerdiğinden, dünyanın her yerinden yenilikçi çözümler çekiyor. NASA, şimdi Uzay Tabanlı Güneş Enerjisi Raporu nu yayınladı, bu alanın gelişimini desteklemek için gerekli bilgileri edinmek amacıyla.
Rapor, uzay tabanlı güneş enerjisini rekabetçi bir seçenek haline getirmek için kritik rol oynayacak parametreleri değerlendirmeye çalışıyor, nihai hedef ise net sıfır sera gazı emisyonuna ulaşmak.
NASA’nın bu alanda aktif olan araştırmacılar ve teknologlar için çalışması gereken bazı teknolojik tıkanıklıklar şunlardır:
- Büyük sistemlerin yörüngede monte edilip bakımı nasıl yapılacağını bulmaları gerekiyor.
- Araştırmalar, bu sistemlerin otomatik olarak çalışmasını ve enerji iletimini verimli bir şekilde gerçekleştirmek için gerekli.
- NASA raporunda ayrıca, uzay tabanlı güneş enerjisi sistemlerini kullanmadan önce, bunları inşa etme ve fırlatma maliyetlerini ele almanın önemli olduğu vurgulanıyor. Çünkü altyapıyı yörüngeye taşımak için çok sayıda sürekli misyona ihtiyaç duyulacak.
NASA raporu, uzay tabanlı güneş enerjisi sistemlerinin 2050 yılına kadar tamamen üretken ve operasyonel olabileceğini düşünüyor. Rapor, bu alanda yapılan bazı önemli ilerlemeleri de ortaya koyuyor. Örneğin, JAXA bilim insanlarının, enerjiyi mikrodalga olarak önemli bir mesafeye doğru iletip, sonra da kullanılabilir elektrik haline getirmelerinin mümkün olduğunu kanıtladıklarını hatırlatıyor.
Bu başarıyı takiben, Caltech bilim insanları, 2023 Mart ayında, uzayda hasat edilen güneş enerjisini kablosuz olarak Dünya’ya ileten ilk uzay aracı olan Uzay Güneş Enerjisi Demonstratörü (SSPD-1)’i geliştirdiler.
NASA, uzay tabanlı güneş enerjisinin ekonomik uygulanabilirliği hakkında bazı tahminlerde bulundu. Bu alandaki bazı uzmanlar, bu tahminleri sorguladılar. Ancak, bu enerji üretim sisteminin vaat ettiği faydilerin inkar edilmesi yok. Bu, afet yardımında, uzak sensörleri güçlendirmede ve geleneksel enerji üretim sistemimizin ve tedarik zincirinin mevcut tıkanıklıklarını gidermede yardımcı olabilir.
Avantajlarına bakıldığında, gelişmiş ülkelerin ulusal hükümetleri bunu yatırım yapmaya başladı. Kaynakları olan büyük işletmeler, Airbus ve Northrop Grumman gibi, bunu sıkı bir şekilde çalışıyorlar.
Şimdi, sonraki bölümlerde bazı başarılarını inceleyeceğiz. Ancak, bu, gelişen bir alan ve birçok girişimin hala prototip aşamasında olduğunu unutmamak gerekiyor.
#1. Airbus Power Beaming
Uzay tabanlı çözümleri mümkün kılmak için güneş enerjisi teknolojisini ilerleten önemli şirketlerden biri Airbus. Şirketin Merkezi Araştırma ve Teknoloji ve Blue Sky Departmanları tarafından geliştirilen Power Beaming teknolojisi, bu uzay tabanlı güneş teknolojisi sahnesinde nasıl oyun değiştirici olabileceğini inandırıcı bir şekilde gösterdi.
Power Beaming’i geliştirmekten sorumlu olan Jean-Dominique Coste ve Yoann Thueux ile birlikte:
“Bu teknolojinin potansiyeli, güneş ışığını yakalamak ve sonra kablosuz olarak iletmek.”
Bu bilim insanları, bu enerji çözümünün şehirleri, fabrikaları, haneleri ve uçakları elektrikle yeterli şekilde besleyebilecek kapasiteye sahip olabileceğine inanıyorlar.
Airbus teknoloji geliştiricileri, Power Beaming’i ilk olarak 27 Eylül 2022’de şirketin X-Works İnovasyon Fabrikası’nda gösterdiler. Küçük ölçekli olsa da, gösteri, power beaming’in nasıl çalıştığını yeterince açıkladı.
Coste, Thueux ve birlikte çalıştıkları ekip, ‘Uzay’ ve ‘Dünya’yı temsil eden iki nokta arasında mikrodalga ile enerji iletimini gerçekleştirdiler. Bu iki nokta arasındaki mesafe 36 metreydi. Gösteri ayrıca, bir model şehri güçlendirmek için yeşil hidrojen üretti.
Gösteri bittikten sonra, Yoann Thueux dedi ki:
“Artık power beaming’in ana bileşenlerini küçük ölçekte başarıyla test ettik, şimdi bunları bir sonraki seviyeye taşımaya hazırız.”
Airbus, bu teknolojinin kısa süre içinde gerçeğe dönüşmesini bekliyor. Şirket, ilk çalışan Power Beaming prototiplerinin 2030’ların başlarında kullanıma hazır olacağını düşünüyor.
Uygulamalı ultimate formunda, teknoloji, Dünya’nın 36.000 km üstündeki yörüngesel konumda bir güneş paneli ile birlikte çalışacak. Bu güneş paneli, Dünya’da aynı büyüklükte bir güneş paneli ile eşleştirilecek.
Uzayda toplanan enerji, birçok antenle dolu bir alana iletilerek, bu antenler tarafından enerji toplanacak ve elektrik üretmek için yeniden birleştirilecek.
Bu sistem belirli bir ölçeğe ulaştığında, enerji üretimi büyük ölçekli Dünya’daki enerji projelerine benzer maliyetlere sahip olacak, bunlar nükleer güç, petrol veya diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı olabilir. Tahminlere göre, bir yörüngesel güneş çiftliği, iki gigawatt elektrik üretebilecek.
15 Şubat 2024’te, Airbus, 2023 yılı tam yıl sonuçlarını yayınladı, 65.4 milyar Avro geliri ve 5.8 milyar Avro düzenlenmiş EBIT ile.
#2. Northrop Grumman
Uzay güneş teknolojisindeki yeteneklerini doğrulayan gerekli testleri tamamlayan başka bir büyük küresel varlık Northrop Grumman. Şirket, radyo frekansı enerjisini çeşitli antenlere doğru yönlendirerek iletmek için yeteneğini erfolgreich bir şekilde gösterdi. 2025 yılına kadar bir prototip çıkarmaya güveniyorlar.
Bu prototip, şirketin uzaya enerji iletim yeteneğini gösterecektir. Teknoloji, Northrop Grumman‘ın Uzay Güneş Enerjisi Artımlı Demonstrasyon ve Araştırma (SSPIDR) tarafından geliştirildi.
SSPIDR program direktörü Tara Theret’e göre:
“Şimdi, sadece geri kalan donanımı inşa etmek, test etmek ve entegre etmek kaldı, ancak bu zorlu bir zaman çizelgesi.”
Bu süreçte yapılacak daha fazla iş, elektronik bileşenleri küçültmek ve ‘sandviç tile’ sayısını artırmayı içerir. Sandviç tile’lar, güneş enerjisini toplayan ve enerjiyi bir sonraki katmana ileten, solar-to-RF dönüşümünü sağlayan ve ışınları oluşturan fotovoltaik hücre panelleridir.
Şirket, sistemi bir araya getirmek ve ESPAStar platformunda lanç etmek için gerekli uçuş donanımını üretiyor. ESPAStar platformu, yükleri gerekli itme, güç, tutum kontrolü ve iletişim ile güçlendiren bir uydu otobüsüdür.
Çalışmalarını teşvik eden, 2018 yılında Amerika Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı, uzay tabanlı güneş enerjisi sistemlerinin geliştirilmesini desteklemek için 100 milyon dolarlık bir sözleşme verdi.
Hava Kuvvetleri yetkilileri, ABD askeri üslerini güneş enerjisi ile güçlendirebilecek bir uzay tabanlı sistem prototype’nin geliştirilmesini hızlandırmak istedi.
Genel olarak, uzay tabanlı güneş enerjisi beaming’in gelecekte taşıdığı potansiyeli vurgulayan Tara Theret dedi ki:
“Uzay güneş enerjisi beaming, her zaman ve her yerde enerji sağlamaya sahip olabilecek bir teknoloji. Bu teknoloji, tıbbi ve iletişim ekipmanlarına ihtiyaç duyan uzak bölgelere güç sağlayabilir.”
(NOC )
Northrop Grumman, 31 Aralık 2022’de sona eren yılda toplam 36.6 milyar dolar satış yaptı. Uzay Sistemleri akımından elde edilen gelir, bir önceki yılın 10.6 milyar dolarından önemli bir artışla 12.3 milyar dolar olarak kaydedildi. 2022’de elde edilen 12.3 milyar dolarlık gelirin %94’ü ABD hükümetinden, geri kalanı ise uluslararası satışlardan, diğer müşterilerden ve segmentler arası satışlardan geldi.
#3. CESI
İtalya, Milano merkezli CESI, uzay uygulamaları için yüksek verimli güneş hücreleri geliştirme, araştırma ve üretimi alanında üç десятилетelik deneyime sahip. Daha da önemlisi, Gallium Arsenide ve Indiyum Galliyum Fosfat kullanarak çoklu bileşenli hücrelerin en çok aranan küresel tedarikçilerinden biridir.
CESI, Almaniyum ve Indiyum Galliyum Fosfat ile birlikte Cermeniyum içeren üç bileşenli uzay hücreleri sunuyor. Bu hücreler, alçak Dünya yörüngesi ve yörüngesel konumlandırma için etkili oluyor ve gerekli ECSS E ST20-08C standartlarına uygun. CESI, daha yüksek verimlilik seviyelerine sahip dört bileşenli hücreleri piyasaya sürmeye hazırlanıyor.
Gelecekte, CESI, her uzay programı gereksinimini karşılayabilecek geniş bir uzay güneş hücreleri ürünleri yelpazesi sunmayı amaçlıyor. Bugüne kadar, CESI’nin çalışmaları 200.000’den fazla güneş hücresini ve 25 ülkede bulunan müşteriler için 70’den fazla sivil uydunun güçlendirilmesini sağladı.
CESI, güneş hücreleri üretimi için kendi teknolojisine sahip ve yıllardır birçok uluslararası uzay ajansı ve aktörlerle yakın ilişkiler kurdu.
Northrop Grumman gibi, CESI de İtalyan Ulusal Hükümeti ile çalışıyor ve İtalyan Ulusal Uzay Ajansı (ASI) ve Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından fon aldı. Avrupa Uzay Programı’nın ve birçok gezegenler arası misyonun ihtiyaçlarını karşılayacak gelişmiş güneş hücreleri üretti.
Son dostuplu mali açıklama göre, şirket 2022 yılı sonunda 87 milyon Çek kronundan fazla gelir elde etti.
Uzay Güneş Teknolojisi Gelişmeleri: Yol Haritası
Uzay güneş teknolojisi, değerini kanıtladı ve küresel topluluğa faydasını gösterdi, bu da dünya genelindeki ulusal hükümetlerin yatırım yapmaya başlamasına yol açtı. Amerika Birleşik Devletleri’nde bu, 2020 yılında, Deniz Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı tarafından bir deney ile gerçekleşti, burada güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştürdüler ve bunu Hava Kuvvetleri’nin X-37B uzay uçağı ile yaptılar.
Bu arada, uluslararası çabalar da ivme kazanıyor. Çin yetkilileri, 2028 planı ile bir uzay tabanlı gösterimi gerçekleştirmeyi amaçlıyor, bu gösterim Çin Uzay Teknoloji Akademisi tarafından yönetilecek. Avrupa’da, Solaris, Avrupa Uzay Ajansı tarafından onaylanan iyi finanse edilen bir yıllık araştırma programı olarak öne çıkıyor. Birleşik Krallık da yarışta, güneş enerjisini uzayda kullanma üzerine çalışmalar için hibeler sunuyor.
Açıkça görülüyor ki, yenilikçi şirketler, büyük ve kaynakları olan küresel organizasyonlar ve dünya hükümetleri, uzayın sunduğu enerjiyi yakalamak ve kullanmak için birlikte çalışıyorlar. Boşuna harcanan, kesintisiz güneş enerjisi ile, geleceğin gerçekten umut verici görünüyor.
