Солнечные панели в космосе покроют до 80% потребностей Европы в «зеленой» энергии
Солнечные электростанции на орбите способны собирать энергию практически непрерывно, в отличие от своих земных аналогов, что может на 80% сократить потребность Европы в наземных ветряных и солнечных установках. К такому выводу пришли специалисты из Королевского колледжа Лондона. По их подсчетам, к 2050 году орбитальные солнечные батареи могут уменьшить общие затраты на общеевропейскую энергосистему на 7-15%.
«В космосе потенциально есть возможность расположить солнечные панели так, чтобы они всегда были обращены к солнцу, а это значит, что выработка электроэнергии может быть практически непрерывной», — подчеркивает ведущий автор работы Вэй Хэ. Постоянный солнечный свет в космосе в сочетании с более высоким излучением, делает эту технологию более эффективной, чем наземные системы, которые подвержены ежедневным и сезонным изменениям.
Сама идея создания орбитальных солнечных электростанций была впервые предложена еще в 1968 году, но на протяжении десятилетий оставалась научной фантастикой, поскольку не существовало ни технологических, ни экономических возможностей для ее реализации. Ситуация кардинально изменилась в последнее время: сегодня активные разработки в этой области ведут Китай, Индия, Япония, Россия, США и Великобритания.
Принцип работы космических солнечных батарей будет напоминать работу спутников связи. Панели, выведенные на орбиту, будут постоянно поворачиваться для оптимального захвата солнечных лучей. Собранная энергия затем будет передаваться на наземные станции в виде безопасных микроволн, которые будут преобразовываться в электричество и поступать в существующие энергосети. «В настоящее время мы находимся на этапе широкомасштабного тестирования этой прорывной идеи и начинаем обсуждать вопросы регулирования и правил использования», — сказал Вэй Хэ.
Чтобы оценить работоспособность технологии орбитальных солнечных батарей, команда смоделировала работу европейской энергосети в 2050 году. Они оценили ежегодные затраты и потенциал получения энергии с помощью двух космических солнечных электростанций NASA — гелиостата Swarm и массива солнечных антенн Planar Array. Первый находится на ранних стадиях разработки, но обладает гораздо более высоким потенциалом для практически непрерывного сбора энергии. Второй технологически ближе к реализации, но может захватывать солнечную энергию только около 60% времени. Несмотря на это, ее показатели все равно кардинально выше, чем у стандартных наземных солнечных панелей, эффективность которых составляет 15-30%.
Затем исследователи сравнили сценарии с использованием солнечной энергии космического базирования и без нее, чтобы проверить, может ли эта технология дополнить другие источники возобновляемой энергии в Европе или превзойти их. Результаты показали, что хотя Planar Array оказался менее экономичным, чем наземные возобновляемые источники во всех смоделированных сценариях, гелиостат к 2050 году сможет превзойти по эффективности и ветряную, и солнечную энергетику.
Моделирование показало, что внедрение гелиостата Swarm позволит сократить общие системные затраты электросетей на 7-15%, компенсировать до 80% генерации от ветра и солнца на Земле и сократить использование аккумуляторных батарей более чем на 70%. При этом производства энергии, основанное на использовании водорода, останется жизненно важным для некоторых регионов в зимние месяцы.
Для того чтобы технология была рентабельной, по оценкам команды, ежегодные затраты на систему гелиостат должны снизиться до уровня, примерно в 14 раз превышающего предполагаемую стоимость наземных солнечных панелей в 2050 году, а для космических антенных решеток — в девять раз. По словам авторов, сейчас затраты на космическую солнечную энергетику превышают показатели безубыточности примерно в 1-2 раза.
Несмотря на относительно низкую эффективность решетки Planar Array, исследователи утверждают, что ее развитие необходимо вести параллельно с гелиостатом Swarm, поскольку она уже более готова технологически и может использоваться для демонстрации и отработки концепции в ближайшее время. Одновременно с этим, авторы работы отмечают, что перед внедрением космической солнечной энергетики предстоит совершить множество технологических прорывов. В частности, крайне важны масштабные испытания технологии беспроводной передачи энергии на большие расстояния, а также разработка роботизированных систем для сборки огромных конструкций прямо на орбите.
Ранее российские ученые обнаружили в космосе ключ к получению «вечной» энергии. В основу механизма легли наблюдения за переплетением магнитных полей в окрестностях массивной протозвезды, которые способны вызывать мощные вспышки микроволнового излучения.
Визуализация Caltech
