Prąd z kosmosu? NASA, ESA i Chinom marzy się orbitalna elektrownia słoneczna. Prace nabierają tempa

W tym artykule:

1. Orbitalna elektrownia słoneczna – początki
2. Orbitalna elektrownia słoneczna – NASA wraca do pomysłu
3. Orbitalna elektrownia słoneczna może powstać w Europie
4. Orbitalna elektrownia słoneczna – plany Chin
5. Jak będzie przesyłać energię orbitalna elektrownia słoneczna?

Pomysł na umieszczenie farm słonecznych na orbicie Ziemi sięga roku 1941. Wtedy Isaac Asimov opublikował opowiadanie, w którym opisał stację orbitalną zbierającą energię słoneczną i przesyłającą ją na Ziemię przy użyciu mikrofal. Na naukowe opracowanie tematu należało poczekać do 1968 roku, gdy w magazynie „Science” ukazał się artykuł Petera E. Glasera „Moc ze Słońca: przyszłość”.

Orbitalna elektrownia słoneczna – początki

Pięć lat później Glaser opatentował swoje rozwiązanie. Zakładało ono umieszczenie na orbicie satelity z ruchomymi panelami słonecznymi oraz ogromnej, mającej powierzchnię około kilometra kwadratowego, anteny. Antena przesyłałaby energię przekształcając ją w mikrofale, które odbierane byłyby na Ziemi dzięki rektenie. Tak nazywamy antenę odbierającą energię elektromagnetyczną i zamieniającą ją w prąd stały. Rektena musiałaby mieć powierzchnię kilku kilometrów kwadratowych.

Największa na świecie elektrownia słoneczna

Ivanpah Solar Electricity Generating System to słoneczny gigant, który znajduje się na środku pustyni Mojave i zajmuje ponad 1400ha

Pomysł był ciekawy i NASA uznała, że należy kontynuować badania. Jednak nie była skłonna bardziej zaangażować się w program ze względu na ogromne trudności i koszty. Przede wszystkim wyniesienie tak ogromnej elektrowni byłoby bardzo drogie, droższe niż program stacji orbitalnych. Poza tym problemem była antena o powierzchni kilometra kwadratowego. Oceniano też, że jeśli nawet te problemy uda się rozwiązać, to straty energii w czasie przesyłu sprawią, że całość przedsięwzięcia będzie nieopłacalna. Nie oznacza to jednak, że ideę porzucono.

Orbitalna elektrownia słoneczna – NASA wraca do pomysłu

Projekt orbitalnej elektrowni słonecznej, z ang. SBSP – Space Based Solar Power, powracał w różnych formach regularnie od lat 70. Jego wielkim orędownikiem jest Peter Garretson. To były oficer Sił Powietrznych USA, który prowadził badanie nad SBSP w 2007 roku, w ramach Biura Bezpieczeństwa Narodowego Ds. Przestrzeni Kosmicznej.

Garretson mówił o wznowieniu pracy nad koncepcją SBSP w trakcie Międzynarodowej Konferencji Rozwoju Przestrzeni Kosmicznej Narodowego Towarzystwa Kosmicznego, która odbyła się 27 maja 2022 roku. Stwierdził wówczas, że NASA, która jako pierwsza opracowywała koncepcje tego typu elektrowni, musi wrócić do czołówki. Temat podjęły wcześniej zarówno europejska, jak i chińska agencja kosmiczna, a postępy prac są znaczne.

Orbitalna elektrownia słoneczna może powstać w Europie

W grudniu 2021 roku Europejska Agencja Kosmiczna zorganizowała konferencję, której celem było zmobilizowanie środowiska naukowego do szukania nowych rozwiązań energetycznych. W związku z tym, że współcześnie dostęp do przestrzeni kosmicznej stał się łatwiejszy, tańszy i bardziej zrównoważony, jedna z największych przeszkód koncepcji budowy orbitalnej elektrowni została usunięta. Spośród 85 otrzymanych pomysłów opracowania SBSP do dofinansowania wybrano 13.

Jak działają baterie grawitacyjne, dzięki którym magazynujemy energię ze źródeł odnawialnych?

Sposób na gromadzenie i przechowywanie energii to jedno z największych wyzwań, przed jakimi stoi nasza cywilizacja. Energii, choćby tej dostarczanej przez słońce, mamy dużo. Problemem jest o...

Wszystkie działania zostały niedawno uruchomione w celu zbadania różnorodnej gamy technologii SBSP. Inżynierowie zastanawiają się, jak skuteczniej zbierać światło słoneczne i jak bezpiecznie przesyłać tę moc na Ziemię. A także jak produkować i montować ogromne satelity elektrowni słonecznej, kontrolować ich orientację i orbitę.

Orbitalna elektrownia słoneczna – plany Chin

Prace nad elektrownią orbitalną prowadzą również Chińczycy. Prototyp ma być testowany jeszcze w tej dekadzie. Jeśli testy pójdą pomyślnie, to docelowa konstrukcja zostanie wyniesiona za około 10 lat. Taka orbitalna elektrownia słoneczna miałaby mieć moc jednego megawata. Ze względu na jej masę i rozmiary, chińscy inżynierowie liczą się z koniecznością wynoszenia elektrowni w kosmos w częściach. Dopiero tam zostałaby ona złożona. Istotne znaczenie przy jej budowie mogłaby również odegrać technologia druku 3D.

Jak będzie przesyłać energię orbitalna elektrownia słoneczna?

Jednak największym problemem nie jest umieszczenie elektrowni na orbicie. Prawdziwe wyzwanie to przesyłanie na Ziemię ogromnej ilości energii z kosmosu.

– Takie urządzenie generowałoby też energię cieplną, którą musiałoby w jakiś sposób wypromieniowywać w przestrzeń, aby się chłodzić. W kosmosie nie ma atmosfery. Nie ma więc powietrza, które, owiewając urządzenie, odebrałoby od niego ciepło. Chłodzenie elektrowni byłoby zatem bardzo utrudnione. A w przypadku konieczności przesłania jednego megawata energii, nawet 100 tys. watów zmieni się w ciepło – wylicza dr inż. Tomasz Barciński, szef Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej Centrum Badań Kosmicznych PAN.

Nowe panele fotowoltaiczne produkują także wodę. „Wysysają” ją z powietrza, nawet na pustyni

Czy można za jednym zamachem produkować elektryczność i czystą wodę? To właśnie robi nowy wynalazek saudyjskich uczonych.

Dr Barciński dodaje, że współczesna technologia jest w stanie znaleźć rozwiązania wielu problemów związanych z tego typu elektrownią. Jednak wciąż lepszym pomysłem jest tworzenie wielkich farm słonecznych na Ziemi, na pustyniach lub na oceanach. A elektrownie orbitalne mogą przydać się, gdy będziemy zdolni do budowania stoczni orbitalnych i przeniesienia tam ciężaru konstruowania statków kosmicznych.

Więcej informacji na temat nowych opracować SBSP otrzymamy we wrześniu 2022 roku, w trakcie zbliżającego się Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego. Właśnie wtedy NASA zamierza przedstawić najnowsze opracowanie tematu budowy elektrowni słonecznych na orbicie.

Źródła: Energy.gov, ESA.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.