Фотоволтаични централи, разположени в околоземна орбита, биха могли да произвеждат двойно повече соларна енергия (илюстрация: California Institute of Technology)
Достатъчно мощни и надеждни ли са съвременните технологии за възобновяема енергия, за да захранват всички консуматори на света? Може би отговорът на този въпрос е малко над горните слоеве на атмосферата – в околоземна орбита.
Космическата слънчева енергия се сочи като технология на бъдещето, въпреки че концепцията е замислена преди доста години. Руският учен Константин Циолковски предлага идеята за използване на космическа слънчева енергия още през 1923 г. По-късно, през 40-те, американският писател Айзък Азимов пише научно-фантастична история за тази концепция, в която слънчев енергиен сателит излъчва енергия надолу до родната ни планета и дори до други селища в Слънчевата система.
Концепцията съществува от дълго време, но не е била обмисляна сериозно до 70-те години на миналия век, по време на златната ера на космическите полети. Сега темата е на дневен ред отново, по-съсредоточено от всякога.
Идеята прави плахи стъпки от научна фантастика към реалност и привлича много внимание в разгара на климатичната криза. Различни организации, от държавни агенции през големи технологични компании до малки и ентусиазирани предприемачи търсят начин как слънчевата енергия може да бъде събирана в космоса и пращана към Земята.
Какво представлява космическата слънчева енергия?
Всички предложения реално касаят процес на събиране на слънчева енергия в космоса и предаването ѝ до Земята за използване. За да се постигне тази цел, в околоземна орбита трябва да бъдат пратени съзвездие космически слънчеви панели. Те следва да образуват космическа електроцентрала. Основните компоненти включват самосглобяващи се сателити със слънчеви панели, рефлектори и микровълнови или лазерни предаватели на енергия.
Рефлекторите – огледала, разпръснати из пространството над Земята – концентрират слънчевата светлина и я насочват към слънчевите панели. След това слънчевата светлина се преобразува чрез фотоволтаици и се предава чрез специални, насочени антени към Земята. Долу лъчът се приема от станции за приемане на енергия и накрая електричеството се доставя до потребителите чрез системите на съществуващата електрическа мрежа.
Но защо?
Целият този процес на излъчване на слънчева енергия към Земята е изключително скъп, но предлага едно от най-значимите предимства, т.е. директен достъп до неограничената енергия на Слънцето. За разлика от Земята, пространството в космоса не поглъща и не разсейва слънчевата радиация. Това позволява на фотоволтаичните клетки да събират повече енергия в космоса, без да бъдат възпрепятствани от атмосферата и в частност облаците.
Смята се, че само 48% от слънчевата енергия, която идва от Слънцето към Земята, реално докосва земната повърхност. Остатъкът е погубен поради абсорбция от газове и прах, намиращи се в земната атмосфера. Освен това нейните слоеве отразяват 23% от слънчевите лъчи обратно в космоса. Следователно много енергия се губи, преди да стигне до Земята, а ние се опитваме да улавяме чрез фотоволтаици малкото, което е успяло да пробие път до повърхността на планетата.
Друго предимство е, че енергията може да се използва 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата. Това може да се постигне чрез поставяне на сателитите за слънчева енергия в правилната орбита, за да се избегне засенчването им, т.е. нощта.
Предизвикателствата
Най-голямата трудност в изграждането на космически електроцентрали е високата цена на подобно решение. Но технологичният свят е наясно, че така е с всяка нова технология.
Има и редица инженерни предизвикателства, които трябва да бъдат решени за разполагането на широкомащабна инфраструктура от слънчеви панели в космоса, което си остава херкулесова задача. Заедно с това идва предизвикателството да се поддържа работата на подобна система, за да се използва правилно слънчевата енергия за по-дълъг период от време.
Предимства
Очаква се иновативното решение да промени енергийната система, тъй като светът се опитва да забави глобалното затопляне чрез намаляване на емисиите. Все още голяма част от електрическата и топлинната енергия за ежедневния ни живот се произвежда от изкопаеми горива. А прогнозите показват, че ще има ежегодно увеличение на търсенето на енергия до 2050 г.
Слънчевата енергия от космоса е отличен източник на чиста енергия. Той е с около 50% по-интензивен в космоса и може да генерира значително повече електричество от наземните електроцентрали със същия размер.
Иновациите в космическата слънчева енергия имат многобройни предимства, включително използване на по-малко земя в сравнение с традиционните възобновяеми източници и осигуряване на енергия в райони, които в момента нямат надеждно захранване. Освен това тази технология има потенциала да реши проблема с бъдещия недостиг на енергия чрез захранване на градове, фабрики, домове и евентуално самолети.
Опити
Наскоро Airbus демонстрира как слънчевата енергия може да бъде излъчвана от космоса. Това беше експеримент в малък мащаб, но достатъчно успешен, за да предположим, че тази технология може да е бъдещето на чистата енергия. Опитът се проведе в Германия в X-Works Innovation Factory на Airbus. Излъчената енергия беше използвана за захранване на водороден генератор и хладилник, както и за осветяване на модел на град.
Няколко други експеримента също са в процес на разработка. Например учените от Caltech работят върху демонстратор на слънчева енергия от космоса (SSPD), за да тестват ключови приложения на подхода.
Някои правителства, включително на Обединеното кралство, Съединените щати и Китай, работят върху тази технология. Европейската космическа агенция пък одобри Solaris, проучване за оценка на осъществимостта на големи соларни ферми в космоса.