Япония намеревается вывести на низкую околоземную орбиту солнечную электростанцию к 2025 году с целью передачи энергии на Землю. В качестве первого шага будет запущен демонстрационный прототип массой приблизительно 180 кг, способный передавать около 1 киловатта энергии, что эквивалентно питанию бытовых приборов. Этот проект станет началом более масштабного производства, направленного на существенное сокращение потребности в ископаемом топливе.
Использование солнечной энергии началось еще в 1970-х годах, однако ее масштабное внедрение затруднено техническими и логистическими сложностями. Среди них – недостаточное количество подходящих площадок для размещения фотоэлектрических панелей, снижение эффективности установок в процессе эксплуатации, а также зависимость от погодных условий и суточного цикла. Для удовлетворения потребностей в энергии пользователи продолжают использовать ископаемое топливо.
Космическая солнечная энергетика, изначально предложенная бывшим инженером миссии «Аполлон» Питером Глейзером, способна помочь в решении этих проблем. В отличие от большинства наземных технологий, используемых для получения «зеленой» энергии, космические солнечные электростанции потенциально могли бы производить энергию непрерывно, поскольку их работа не зависит от погодных условий и в меньшей степени подвержена влиянию смены дня и ночи (в зависимости от выбранной орбиты).
Обычно космическая солнечная энергетика рассматривается как нереалистичная и затратная. Ее реализация требует создания масштабной орбитальной инфраструктуры, для доставки которой потребуется значительное количество ракет. Тем не менее, специалисты из Japan Space Systems полагают, что недавние успехи в космической и солнечной инженерии способны изменить эту ситуацию, особенно в свете острой необходимости в сокращении выбросов углерода в глобальной энергетике.
Спорное соотношение затрат и выгод
Устройство, созданное в рамках проекта Ohisama компанией Japan Space Systems, – это компактный спутник массой 180 килограммов, который будет находиться на орбите на высоте 400 километров и совершать вращение. Спутник оборудован фотоэлектрической панелью площадью 2 квадратных метра для зарядки встроенной батареи. Полученная энергия будет преобразована в микроволны и передана на приемную антенну на поверхности Земли. В связи с тем, что спутник будет двигаться с высокой скоростью (28 000 км/ч), элементы приемной антенны будут расположены на расстоянии 40 километров и разделены между собой на 5 километров.
Следует учитывать, что представленный образец является демонстрационным прототипом и способен передавать всего один киловатт энергии, которого хватит для питания небольшой посудомоечной машины или чайника в течение часа. Более того, » передача энергии займет всего несколько минут, но после того, как батарея разрядится, потребуется несколько дней, чтобы зарядить ее «, — пояснил Коичи Иджичи, консультант компании Japan Space Systems, выступая с презентацией дорожной карты проекта на Международной конференции по космической энергетике в Лондоне.
Ученые уже продемонстрировали возможность беспроводной передачи солнечной энергии от стационарного источника, расположенного на земле. В декабре текущего года они намерены провести передачу энергии с самолета, оснащенного солнечной панелью, аналогичной той, что будет установлена на спутнике. Самолет будет передавать энергию на расстояние от 5 до 7 километров до наземной приемной антенны.
Разработчики полагают, что прогресс в создании фотоэлектрических элементов, таких как гибкие солнечные батареи, обеспечит возможность масштабирования данной технологии до уровня коммерческой рентабельности. В рамках государственной программы предусматривается вывод на орбиту спутники с огромными солнечными панелями, площадь которых составит 2 квадратных километра. Эти панели смогут генерировать в десять раз больше энергии, чем наземные установки. Следовательно, один спутник сможет ежемесячно вырабатывать энергию, сопоставимую с суточной мощностью атомной электростанции.
Вопрос о реальной эффективности космической солнечной энергетики остается дискуссионным. Недавний отчет NASA указывает на то, что затраты на создание и вывод в космос электростанций слишком велики по сравнению с объемом генерируемой энергии, что вызывает сомнения в их экономической целесообразности. Если учитывать капитальные вложения, стоимость киловатт-часа вырабатываемой энергии может достигать 0,61 доллара, в то время как наземная солнечная энергия стоит около 0,5 доллара. Однако стоит учитывать, что выбросы углекислого газа от ракет, используемых для запуска, делают их менее экологичными, чем можно было бы предположить. Для вывода на орбиту электростанции, способной производить один гигаватт-час электроэнергии, потребуется 68 ракет-носителей.
Несмотря на это, другие исследовательские центры и космические агентства, включая Европейское космическое агентство (ESA) и ВВС США, в настоящее время разрабатывают различные подходы к оценке возможности создания космических солнечных электростанций.