Zonne-energie is altijd een belangrijk onderdeel geweest van de menselijke schone energie. We hebben veel zonlichtcollecterende panelen op het zonneveld gelegd, en veel mensen gebruiken rechthoekige dakversieringen om hun huizen van stroom te voorzien.
Maar deze prachtige voeding heeft een voorbehoud. Zonnepanelen kunnen 's nachts geen energie verzamelen. Om maximaal efficiënt te kunnen werken, hebben ze zoveel mogelijk zonlicht nodig. Om de prestaties van deze zonnevangers te maximaliseren, ontwikkelen onderzoekers daarom een plan om ze naar een plek te sturen waar de zon nooit ondergaat: de ruimte.
Theoretisch gezien kunnen een stapel zonnepanelen, als ze de ruimte in worden gestuurd, zonlicht absorberen en grote hoeveelheden elektriciteit opslaan, zelfs op de meest mistige dagen en donkerste nachten. Als deze energie draadloos naar de aarde wordt verzonden, kan onze planeet 24/7 hernieuwbare, schone energie inademen.
In de context van de steeds erger wordende klimaatcrisis kan het succes van zonne-energie in de ruimte belangrijker zijn dan ooit. Terwijl wereldleiders bijeenkwamen in Glasgow, Schotland om deel te nemen aan de COP26-top, staan de klimaatomstandigheden nu in het middelpunt van de belangstelling. De top wordt wel 'de beste laatste kans ter wereld' genoemd om de crisis onder controle te krijgen.
CNET Science belicht enkele toekomstige strategieën die erop gericht zijn landen te helpen de menselijke CO2-uitstoot te verminderen. Technologieën van de volgende generatie, zoals zonne-energie in de ruimte, kunnen onze klimaatproblemen niet oplossen – we moeten ons energiesysteem nog steeds snel koolstofvrij maken – maar groene innovatie kan helpen het doel van de Overeenkomst van Parijs te bereiken: de opwarming van de aarde tot een veel lager niveau beperken. Van 2 tot het einde van deze eeuw, graden Celsius (3,6 graden Fahrenheit).
Al tientallen jaren zit zonne-energie in de hoofden van sciencefictionfans en wetenschappers.
Aan het begin van de 20e eeuw introduceerde de Russische wetenschapper en wiskundige Konstantin Tsiolkovsky (Konstantin Tsiolkovsky) gestaag een reeks futuristische ontwerpen die de menselijke technologie buiten de aarde voor ogen hadden. Hij is verantwoordelijk voor het oproepen van zaken als ruimteliften, bestuurbare raketten en zonne-energie in de ruimte, je raadt het al.
Sinds Bell Labs in de jaren vijftig het eerste betonnen 'zonnepaneel' uitvond, hebben internationale wetenschappers hard gewerkt om Tsiolkovsky's sciencefictionfantasie werkelijkheid te maken. Onder hen bevinden zich Japanse onderzoekers, het Amerikaanse leger en het team dat het ruimte-zonne-energieproject van het California Institute of Technology leidt.
Michael Kelzenberg, hoofdonderzoeker van het project, zei dat zonne-energie in de ruimte 'eind jaren zestig en zeventig uitgebreid werd bestudeerd, een beetje zoals in de hoogtijdagen van het Apollo-programma.'
Helaas was de technologie van die tijd, vanwege het gewicht en het volume van het materiaal, niet geavanceerd genoeg om deze prestatie economisch en efficiënt te bereiken. Zonder veel geld uit te geven is het erg moeilijk om klassieke zonnepanelen via raketten de ruimte in te sturen.
Het unieke en bepalende kenmerk van de Caltech-methode is de focus op het verminderen van de componentmassa met een factor 10 tot 100', zegt Harry Atwater, hoofdonderzoeker van het project. 'Dit is essentieel om de productie- en lanceringskosten te verlagen en zonne-energie in de ruimte zuinig te maken.\
Het Caltech-team duwde traditionele zonnepanelen niet de ruimte in, maar pleitte in plaats daarvan voor een nieuw type zonnepanelen die lichter, compacter en opvouwbaar waren. Ze stelden voor om een groot aantal geventileerde miniatuurzonnepanelen, vergelijkbaar met tegels, in de baan te sturen.
Elke individuele tegel heeft alles wat nodig is, zoals fotovoltaïsche energieopwekking, om zonne-energie te verzamelen. Wanneer ze in de ruimte met elkaar zijn verbonden, vormen deze kleine kubussen in wezen een enorme mijn voor hernieuwbare energie die rond de aarde zweeft.
Hoewel het team heeft gewerkt aan een reeks composietmaterialen om de ideale ultralichte structuur te creëren, zijn sommige feitelijk minder efficiënt dan de zonnepanelen op aarde. Maar Kelzenberg wees erop dat ‘effectiviteit’ in de ruimte een nieuwe betekenis heeft gekregen.
De toename in efficiëntie komt voort uit het feit dat ze, door ze in de ruimte te plaatsen, voldoende sterk zonlicht kunnen krijgen, omdat het zonlicht niet door de atmosfeer hoeft te gaan', zei hij. 'Ze brengen ook het grootste deel van de tijd in de zon door, 24 uur per dag.\
Wanneer zonlicht op deze panelen schijnt, absorberen ze bundels gelijkstroom- of gelijkstroomenergie. In het teammechanisme wordt deze energie omgezet in radiofrequenties. De volgende stap is om deze kracht naar de aarde te brengen.
Volgens het team zal dit gebeuren door middel van microgolfstraling. Er zal radiofrequentie-energie op onze planeet worden uitgezonden, die doet denken aan zonnevelden in de woestijn. Deze gebieden zullen echter ontvangers met antennes bevatten om de verzamelde energie op te vangen in plaats van de gebruikelijke zonnepanelen.
Het is feitelijk draadloze energietransmissie, de beroemde hint van Nikola Tesla aan het eind van de 19e eeuw.
Kelzenberg zei dat het gebruik van deze straling het systeem in staat stelt te werken in regen en mist, 's nachts en tijdens milde stormen, met het risico van onderbreking alleen bij het slechtste weer. Een vaak gestelde vraag over draadloze stralingspatronen is echter of deze een negatieve invloed zullen hebben op de vegetatie of de landkenmerken.
De vermogensdichtheid die op aarde wordt ontvangen, is gelijk aan de vermogensdichtheid op zonnige dagen', legde hij uit. 'In dit opzicht kan het zonnestelsel in de ruimte zo worden ontworpen dat het kosteneffectief en veilig is.\
Kelzenberg zei dat als extra veiligheidsmaatregel bekende maatregelen kunnen worden genomen, zoals het blokkeren van het ontvangstgebied. Mobiele telefoonmasten die vergelijkbare vormen van golfcommunicatie gebruiken, hebben hetzelfde effect.
Nadat de ontvangers op aarde energie hebben verkregen in de vorm van radiofrequentie, zullen ze samenwerken met het grondstation om deze weer om te zetten in gelijkstroom, en deze vervolgens om te zetten in wisselstroom of wisselstroom, en deze aan het elektriciteitsnet te voeden, zei Atwater. .
Dit is een ingewikkeld proces, maar het laatste punt, wisselstroom, is de conventionele oude elektriciteit die je iPhone oplaadt via het stopcontact thuis en je laptop van leven voorziet. Kijk.
'Onze eerste ruimtevlucht die de technologie van zonnemodules in de ruimte demonstreert, zal nu naar verwachting eind 2022 plaatsvinden op een commercieel ruimtevaartuig', aldus Atwater.
Hoewel het team geen echte deal zal lanceren, zullen ze een experiment uitvoeren om de haalbaarheid van deze technologieën op kleinere schaal te bewijzen. Dit zou een tijdelijke en eenvoudigere vorm van de uitvinding zijn. Ze zullen zelfs enkele zonnecellen sturen die nog nooit eerder een vacuüm in de ruimte hebben gezien.
Het kan niet alleen helpen afgelegen gebieden van stroom te voorzien en het elektriciteitsnet in evenwicht te brengen om stroomuitval te voorkomen, het kan ook energie leveren voor mijnbouwactiviteiten op andere planeten.
'Zonne-energie in de ruimte kan worden ingezet in afgelegen gebieden op aarde waar geen elektriciteitsnet bestaat; het kan ook basislastenergie op de maan of Mars genereren via een soortgelijk orbitaal energieopwekkingsschema en dit naar de oppervlakte lanceren', legt Atwater uit. .
Het allerbelangrijkste is dat mensen 24/7 zonne-energie kunnen gebruiken om voldoende energie op te wekken om aan de klimbehoeften van onze planeet te voldoen, en zelfs kern- of steenkoolenergie kunnen vervangen. 'In tegenstelling tot zonnepanelen op aarde vertegenwoordigt het een continu beschikbare 'basislast'-energiebron', aldus Atwater.
Kelzenberg voegde hieraan toe: 'Dit is de reden waarom we denken dat het een belangrijke rol kan spelen bij het bereiken van een volledig koolstofneutraal elektriciteitsnet in de toekomst.'
Uiteraard is er nog een lange weg te gaan. Zelfs als het experiment van 2022 van het team succesvol is, moet het nog steeds rekening houden met de productiekosten en juridische kwesties die de ruimte in beslag nemen (er kunnen overheidsbeperkingen zijn). Er zullen ook vragen blijven bestaan over de haalbaarheid van het vervangen van bekende elektriciteitsnetwerken door zonne-energiecentrales in de ruimte.
Ik denk dat we het er zeker over eens kunnen zijn dat de kosten voor het verkrijgen van een goedkoop zonnepaneel en het op de grond plaatsen ervan veel lager zullen zijn dan de kosten voor het lanceren ervan in de ruimte', aldus Kelzenberg. 'Maar het echte voordeel van zonne-energie in de ruimte is de mogelijkheid om dag en nacht zonne-energie te leveren.\
