12998 SN 0687

BATERIE SŁONECZNE W KOSMOSIE

Panele słoneczne na orbicie, gdzie Słońce świeci całą dobę, a w dodatku jaśniej niż na Ziemi, poprawiłyby nasz bilans energetyczny

W1968 roku Peter Glaser zaproponował, aby zbudować satelitę wielkości miasta, który przetwarzałby światło słoneczne na energię elektryczną, a następnie przekazywał ją na Ziemię w postaci mikrofal. Jako przewodniczący International Solar Energy Society Glaser był osobą niewątpliwie kompetentną, mimo to jego koncepcja wydawała się wówczas mrzonką. Inżynierowie z NASA zaczęli ją uważnie studiować dopiero w latach siedemdziesiątych, gdy w następstwie kryzysu naftowego ceny ropy poszybowały w górę. Budowę kosmicznej elektrowni uznano za technicznie możliwą. Oszacowane w 1979 roku koszty okazały się jednak tak wysokie (305 mld dolarów w cenach z 2000 roku), że plany porzucono.

Ostatnio w technice budowy paneli słonecznych poczerniono takie postępy, a możliwości wynoszenia ładunków- na orbitę powiększyły się tak znacznie, że kosmiczne elektrownie słoneczne (SSP - Space Solar Power) znów mają gorących orędowników. Hoffert podkreśla dwie wielkie zalety SSP. Na orbicie geostacjonarnej, wysoko ponad atmosferą i z dala od cienia Ziemi, średnie natężenie światła jest ośmiokrotnie w iększe niż na powierzchni naszej planety. Co więcej, przy ciągłym oświetleniu przez Słońce urządzenia te zapewniałyby niezawodny, stabilny dopływ energii do sieci energetycznej.

„SSP oferuje wolne od szkodliwych emisji globalne źródło elektryczności - utrzymuje Hoffert. - Jest tańsza niż elektrownia termojądrowa”. Tymczasem dopiero co zatwierdzono budowę reaktora termojądrowego za 10 mld dolarów - narzeka - podczas gdy fundusze na prace badawcze nad SSP są bardzo skąpe.

W latach 1995-2003 NASA finansowała niewielkie projekty, mające na celu oszacowanie przydatności różnych innowacji technicznych do budowy SSP. Brano pod uwagę cienkowarstwowe fotoogniwa, wysokotemperaturowe nadprzewodniki do łączenia ich w’ zestawy, a także podczerwone laseiy (które mogłyby zostać użyte do przesyłania energii na Ziemię zamiast emiterów' mikrofal). Pozwoliło to inżynierom znacznie obniżyć masę projektowanej konstrukcji, a tym samym zredukować horrendalne koszty wyniesienia jej na orbitę.

Mimo sukcesów stosunek produkowanej energii do masy SSP wciąż pozostaje za niski (rzędu kilkuset watów na kilogram). Dopóki nie uda się go zwiększyć, kosmiczne elektrownie słoneczne z pewnością nie powstaną.

Szybki postęp techniki może jednak całkowicie zmienić tę sytuację. Trwają już prace nad lżejszymi i wydajniejszymi materiałami fotowoltaicznymi [patrz: „Nanoogniwa słoneczne”, strona 87]. Na przykład w maju tego roku naukowcy z Universite de Neuchatel w Szwajcarii przedstawili technologię osadzania amorficznych ogniw krzemowych w cienkiej warstwie materiału odpornego na warunki panujące w przestrzeni kosmicznej. Szacowana wydajność takich urządzeń sięga 3200 W/kg. „Te wyniki są zachęcające - mówi John C. Mankins w latach 1995-2003 kierujący w NASA programem badań nad SSP - ale diabeł tkwi w szczegółach konstrukcji i przesyłu energii". Mankins pokłada większe nadzieje w nowych technikach transportu na orbitę. Być może w ciągu najbliższych dziesięcioleci pozwolą one obniżyć koszt wyniesienia ładunku w przestrzeń kosmiczną z ponad lOtys. do kilkuset dolarów za kilogram.

Japońska Agencja Kosmiczna JAXA ogłosiła w ubiegłym roku plan wystrzelenia do 2010 roku satelity, który po wejściu na orbitę rozłoży olbrzymi panel słoneczny i będzie zasilał naziemną stację odbiorczą mocą 100 kW, przesyłając energię za pomocą lasera lub wiązki mikrofal. Długoterminowe plany Japończyków przewidują wystrzelenie przed 2020 rokiem prototypowej elektrowni o mocy 250 MW. Byłby to etap przygotowawczy do budowy komercyjnej elektrowni o mocy rzędu gigawatów, która miałaby rozpocząć pracę już 10 lat później.

Swego czasu NASA miała równie wspaniałe plany, jednak większość prowadzonych pod jej auspicjami prac nad rozwojem SSP została przerwana przed dwoma laty', gdy za priorytetowy cel znów uznano podbój przestrzeni kosmicznej.

Światło słoneczne jest skupiane przez wykonany z cienkiej folii reflektor o powierzchni 2.9 km²

Panel słoneczny przekształca światło na energię elektryczną

Prąd elektryczny dopływa przewodami do fazowanego układu generatorów mikrofalowych

*    Gigantyczne panele słoneczne muszą być montowane przez wielkie zespoły robotów.

*    Agencje kosmiczne musiałyby zwiększyć częstość startów mniej więcej

80-krotnie.

*    Wiązki mikrofalowe mogą zakłócać działanie systemów telekomunikacyjnych na Ziemi.

•i:- Naziemne urządzenia odbiorcze zajmowałyby duże obszary.

4 Skolimowana wiązka mikrofal przekazuje energię do anteny naziemnej

a Olbrzymia elektrownia słoneczna na orbicie geostacjonarnej mogłaby pracować dzień i noc przy każdej pogodzie. Pilotażowa konstrukcja taka jak powyżej przechwytywałaby 4 GW światła słonecznego i przekształcała na 1.8 GW w postaci mikrofal, by ostatecznie zwiększyć o 1.1 GW moc globalnego systemu energetycznego.

86 ŚWIAT NAUKI PAŹDZIERNIK 2006