البشر على وشك البدء في حصاد الطاقة الشمسية من الفضاء

صنع باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا تاريخًا للطاقة المتجددة عن طريق إرسال الألواح الشمسية إلى الفضاء لجمع الطاقة الشمسية من المدار ، حسبما أفادت نيوزويك على موقعها على الإنترنت في 5 يناير.

في 3 يناير ، أطلق باحثو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا بنجاح برنامج Space Solar Power Demonstrator (SSPD). هذا نموذج أولي لمركبة فضائية تجمع الطاقة الشمسية بشكل مستقل عن الغلاف الجوي والدورة النهارية. ستستخدم المركبة الفضائية الإرسال اللاسلكي لإرسال الطاقة الشمسية إلى الأرض.

تستخدم الألواح الشمسية على الأرض التأثير الكهروضوئي لتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. في هذا ، اصطدمت الفوتونات بخلية كهروضوئية من السيليكون ، مما تسبب في خروج الإلكترونات من الذرات ، وبالتالي توليد تيار كهربائي. يمكن أيضًا حصاد الطاقة من ضوء الشمس باستخدام تقنية الحرارة الشمسية المركزة (CSP) ، والتي تستخدم المرايا أو العدسات لتجميع ضوء الشمس والسماح بتحويله إلى حرارة ، مما ينتج عنه في النهاية بخارًا عالي الحرارة يتم تحويله إلى كهرباء عبر مولدات التوربينات.

في عام 2021 ، ستشكل الطاقة الشمسية 4٪ من إنتاج الكهرباء في العالم.

ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي للطاقة الشمسية على الأرض هو أنه لا يمكنها جمع الطاقة إلا خلال النهار وتتأثر كفاءة توليد الكهرباء بالفصول والغطاء السحابي. يمكن تجنب هذه المشاكل في الفضاء.

يتكون SSPD من ثلاثة مكونات ، كل منها سيخضع لتجربة منفصلة. التجربة الأولى هي التجربة المركبة فائقة الخفة القابلة للنشر داخل المدار (DOLCE) ، والتي ستختبر نشر مركبة فضائية معيارية ، وهي عبارة عن بنية مربعة بطول 6 أقدام (1.83 مترًا) ستختبر الآليات المطلوبة لإطلاق مجموعة من فئة كيلومتر واحد في النهاية مركبة فضائية. التجربة الثانية هي ALBA ، والتي ستختبر أي 32 نوعًا مختلفًا من الخلايا الكهروضوئية هي الأكثر كفاءة في الفضاء. التجربة النهائية هي مصفوفة الميكروويف لنقل الطاقة في تجربة المدار المنخفض (MAPLE) ، والتي ستختبر استخدام الموجات الدقيقة لنقل الطاقة.

ومع ذلك ، هناك عدد من المعالم الهامة التي يجب اجتيازها للحصول على هذه التكنولوجيا الناشئة وتشغيلها.

قال كيفن ترينبيرث ، عالم المناخ والباحث المتميز في المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي ، للصحفيين ، "التحدي الأكبر ، في رأيي ، هو إعادة نقل الطاقة الشمسية إلى الأرض دون خسائر فادحة أو مشاكل أخرى خلال ذلك الوقت (مثل عمود الضوء الشمسي الذي يقع خارج المنطقة المخصصة له). "

لا ينبغي أن يكون هذا مشكلة في الفضاء ، حيث لا يوجد هواء "، قال. ولكن يمكن أن يحدث التشتت كلما تأثرت بذرات الغلاف الجوي (الذرات المشحونة في الأيونوسفير) والجزيئات."

يقول ترينبيرث إن أخطر المشاكل من المحتمل أن يكون سببها بخار الماء ، الذي يمتص أشعة الشمس وينتج بعض الحرارة الموضعية. هذا يضعف نقل الطاقة وكفاءتها.

بعض مناطق الأرض ، مثل المناطق شبه الاستوائية ، بها بخار ماء أقل ويمكن أن توفر نوعًا من النوافذ ، "كما يقول. لكنني لا أعرف كيفية استهداف هذه النوافذ واستخدامها بكفاءة على أرض دوارة. الآن ، يمكن تجنب هذه المشكلة إلى حد ما عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة الميكروويف ، والتي يمكن أن تنتقل عبر الغلاف الجوي بسهولة نسبيًا ما لم تتأثر بقطرات المطر أو الجسيمات. على الأرض ، تُستخدم أبراج الميكروويف لإصدار الطاقة على مدى حوالي 10 أميال (حوالي 16 كيلومترًا) ، بدلاً من مئات الأميال ".

قال: "المشكلة الكبيرة هي أن الطاقة الشمسية تنتشر في جميع الاتجاهات بدلاً من التجمع معًا. يمكن تحقيق تجميع أفضل باستخدام هوائيات ضخمة ، ولكن حتى ذلك يتطلب أجهزة استقبال ضخمة."

حتى لو وجد أن هذه التكنولوجيا تعمل ، لا يعتقد البعض أنها سيتم تبنيها.

قال توماس وايت ، عالم الخلايا الشمسية والأستاذ المساعد في جامعة سيدني في أستراليا ، للصحفيين ، "أجد صعوبة في تخيل كيف يمكن لهذا النهج أن ينافس الطاقة الكهروضوئية على الكوكب ، حتى عندما يتم احتساب تكلفة التخزين في توفير إمداد 24- ساعة ".

وقال: "في حين أن هناك بعض السيناريوهات المتفائلة للغاية لتطوير التكنولوجيا في المستقبل ، (تحليل التكلفة والفوائد الذي أجرته وكالة الفضاء الأوروبية مؤخرًا) يشير إلى أن التكلفة المستوية المحتملة للكهرباء (LCOE) ستتراوح بين 3.8 و 10.6 سنتات يورو لكل كيلوواط ساعة بحلول عام 2045. يبلغ LCOE الحالي للطاقة الكهروضوئية على هذا الكوكب بالفعل حوالي 3 سنتات يورو لكل كيلوواط ساعة ويتناقص عامًا بعد عام ، لذلك سيكون أقل بكثير من هذا السعر بحلول عام 2045. كما أن تكلفة تخزين الطاقة تنخفض بسرعة أيضًا ".

قال وايت إنه إذا نجحت الخلايا الشمسية الفضائية ، فسيتعين عليها التنافس مع التقنيات الحالية ، والتي هي بالفعل مفهومة جيدًا ومثبتة ميدانيًا باعتبارها واحدة من أرخص الطرق لتوليد الكهرباء وهي في طريق يمكن التنبؤ به للغاية لخفض التكاليف.