Несмотря на то, что солнечная энергия используется с 1970-х годов, ее широкое распространение остается ограниченным из-за технических и логистических проблем. К ним относятся, например, отсутствие подходящих мест для установки фотоэлектрических панелей, деградация установок с течением времени и зависимость от погодных условий и цикла «день-ночь». Чтобы восполнить недостаток производства, пользователи по-прежнему вынуждены обращаться к ископаемому топливу.
Космическая солнечная энергетика, впервые предложенная Питером Глейзером, бывшим инженером миссии «Аполлон», может помочь преодолеть эти ограничения. В отличие от большинства наземных технологий «зеленой» энергетики, космические солнечные электростанции могли бы производить энергию круглосуточно, поскольку они не зависели бы от погодных условий и были бы менее зависимы от цикла день/ночь (в зависимости от типа орбитального размещения).
Однако производство солнечной энергии из космоса обычно считается непрактичным и слишком дорогим. Для этого необходимо создать огромную инфраструктуру на орбите, а для ее транспортировки — десятки ракет. Однако исследователи из Japan Space Systems считают, что последние достижения в области космической техники и солнечных технологий могут все изменить, не говоря уже о насущной необходимости декарбонизации мировой энергетики.
Спорное соотношение затрат и выгод
Разработанное в рамках проекта Ohisama, устройство компании Japan Space Systems представляет собой небольшой спутник весом 180 килограммов, который будет вращаться на высоте 400 километров. Он будет оснащен фотоэлектрической панелью площадью 2 квадратных метра, которая будет заряжать встроенную батарею. Накопленная энергия будет преобразовываться в микроволны и отправляться на приемную антенну на Земле. Поскольку спутник будет двигаться на высокой скорости (28 000 км/ч), элементы приемной антенны будут разнесены на расстояние 40 километров и удалены друг от друга на 5 километров.
Однако важно отметить, что речь идет лишь о демонстрационном прототипе, который сможет передавать только один киловатт энергии, что достаточно 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, представляя дорожную карту проекта на Международной конференции по космической энергетике в Лондоне.
Исследователи уже провели первоначальную демонстрацию беспроводной передачи солнечной энергии от стационарного источника на земле. А в декабре этого года они планируют осуществить передачу с самолета, установив солнечную панель, идентичную той, которой будет оснащен спутник. Самолет будет передавать энергию на расстояние от 5 до 7 километров по отношению к приемной антенне на земле.
Кроме того, по мнению разработчиков, достижения в области фотоэлектрических элементов (например, гибких солнечных батарей) позволят расширить эту технологию до коммерчески выгодных масштабов. В соответствии с этой концепцией в рамках правительственного проекта планируется запуск спутников, оснащенных гигантскими солнечными панелями площадью 2 квадратных километра, которые смогут генерировать в 10 раз больше энергии, чем панели на земле. Таким образом, каждый спутник сможет ежемесячно производить энергию, эквивалентную суточной выработке атомной электростанции.
Однако истинный потенциал космической солнечной энергетики остается открытым для споров. Согласно недавнему отчету NASA, инвестиции, необходимые для строительства и запуска космических электростанций, слишком высоки по отношению к количеству производимой энергии, что ставит под сомнение их рентабельность. С учетом капиталовложений стоимость вырабатываемой энергии может составить около 0,61 доллара за киловатт-час по сравнению с 0,5 доллара для наземной солнечной энергии. С другой стороны, выбросы углекислого газа, производимые ракетами, необходимыми для их запуска, делают их гораздо менее экологичными, чем вы могли бы подумать. На самом деле, чтобы вывести на орбиту электростанцию, способную производить один гигаватт-час электроэнергии, потребуется 68 космических аппаратов.
Тем не менее, другие исследовательские центры и космические агентства, такие как Европейское космическое агентство (ESA) и ВВС США, в настоящее время работают над различными стратегиями в отношении целесообразности создания космических солнечных электростанций.