تجميع الطاقة باستخدام الألواح الشمسية الفضائية من شأنه أن يمد الأرض بالطاقة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع
إعادة الطاقة النظيفة إلى الأرض يمكن أن يغير قواعد اللعبة.
الألواح الشمسية الفضائية
تجميع الطاقة باستخدام الألواح الشمسية الفضائية من شأنه أن يمد الأرض بالطاقة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ان إعادة الطاقة النظيفة إلى الأرض يمكن أن يغير قواعد اللعبة.
كانت الطاقة الشمسية جزءًا أساسيًا من مخزون الطاقة النظيفة للبشرية. ننشر كتلًا من ألواح تجميع أشعة الشمس في الحقول الشمسية ، ويقوم العديد من الأشخاص بتزويد منازلهم بالطاقة من خلال تزيين أسطحهم بالمستطيلات.
ولكن هناك تحذير لمصدر الطاقة الرائع هذا. لا تستطيع الألواح الشمسية تجميع الطاقة في الليل. للعمل بأقصى كفاءة ، يحتاجون إلى أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. لذلك ، لتحقيق أقصى قدر من أداء صائدي الشمس ، يعمل الباحثون على وضع خطة لإرسالهم إلى مكان لا تغرب فيه الشمس أبدًا: الفضاء الخارجي.
من الناحية النظرية ، إذا انفجرت مجموعة من الألواح الشمسية في المدار ، فإنها ستمتص أشعة الشمس حتى في أشد الأيام ضبابًا وفي أحلك الليالي ، وتخزن قدرًا هائلاً من الطاقة. إذا تم إرسال هذه القوة لاسلكيًا إلى الأرض ، يمكن لكوكبنا أن يتنفس طاقة نظيفة ومتجددة ، على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
هذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من بصمتنا الكربونية.
على خلفية تفاقم أزمة المناخ ، يمكن أن يكون نجاح الطاقة الشمسية الفضائية أكثر أهمية من أي وقت مضى. أصبحت حالة المناخ في دائرة الضوء في الوقت الحالي حيث يجتمع زعماء العالم في غلاسكو ، اسكتلندا ، لحضور قمة COP26 ، والتي أطلق عليها “أفضل فرصة للعالم الأخيرة” للسيطرة على الأزمة.
يسلط موقع CNET Science الضوء على بعض الاستراتيجيات المستقبلية التي تهدف إلى مساعدة البلدان في تقليص انبعاثات الكربون الناتجة عن النشاط البشري. لا يمكن لتقنيات الجيل التالي مثل الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء أن تحل مشاكلنا المناخية – ما زلنا بحاجة إلى إزالة الكربون بسرعة من أنظمتنا للطاقة – لكن الابتكار الأخضر يمكن أن يساعد في تحقيق أهداف اتفاقية باريس: الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى أقل من 2 درجة مئوية (3.6 درجة فهرنهايت) بنهاية القرن.
قد يساعدنا إمداد غير محدود من الطاقة المتجددة من الشمس على القيام بذلك.
من الخيال العلمي إلى الحقيقة
لعقود من الزمان ، عاشت الطاقة الشمسية الفضائية في أذهان عشاق الخيال العلمي والعلماء على حد سواء.
في أوائل القرن العشرين ، كان عالم الرياضيات الروسي كونستانتين تسيولكوفسكي يعمل بثبات على إنتاج مجموعة من التصاميم المستقبلية التي تصور التكنولوجيا البشرية خارج الأرض. إنه مسؤول عن استحضار أشياء مثل مصاعد الفضاء ، والصواريخ القابلة للتوجيه ، والطاقة الشمسية الفضائية.
منذ أن اخترعت Bell Labs أول “لوحة شمسية” خرسانية في الخمسينيات من القرن الماضي ، عمل العلماء الدوليون على جعل خيال الخيال العلمي لتسيولكوفسكي حقيقة واقعة. ومن بينهم باحثون يابانيون وجيش أمريكي وفريق من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يقودون مشروع الطاقة الشمسية الفضائية.
قال مايكل كيلزينبيرج ، كبير الباحثين في المشروع ، إن الطاقة الشمسية الفضائية “تم فحصها على نطاق واسع في أواخر الستينيات والسبعينيات ، نوعًا ما في ذروة برنامج أبولو”.
لسوء الحظ ، نظرًا لوزن المواد وحجمها ، لم تكن تكنولوجيا العصر متطورة بما يكفي لتحقيق هذا الإنجاز بفعالية من حيث التكلفة. كان من الصعب للغاية إرسال الألواح الشمسية الكلاسيكية إلى الفضاء عبر صاروخ دون كسر البنك.
قال هاري أتواتر ، الباحث الرئيسي في المشروع: “إن السمة الفريدة والمميزة لمنهج معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا هي التركيز على تقليل كتلة المكونات بمقدار 10 إلى 100 مرة”. “هذا ضروري لتقليل كل من تكاليف التصنيع والإطلاق لجعل الطاقة الشمسية الفضائية اقتصادية.”
سماء مليئة بالألواح الشمسية
بدلاً من استخدام صاروخ لنقل الألواح الشمسية التقليدية إلى الفضاء ، يدعو فريق Caltech إلى نوع جديد من الألواح يكون أخف وزنًا وأكثر إحكاما وقابلية للطي. يقترحون إرسال عدد كبير من هذه الألواح الشمسية الصغيرة جيدة التهوية التي تشبه البلاط إلى المدار.
يحتوي كل بلاطة على كل ما تحتاجه ، مثل الخلايا الكهروضوئية ، لحصاد الطاقة الشمسية. عند الاتصال في الفضاء ، تجعل المربعات الصغيرة منجم عملاق للطاقة المتجددة يطفو حول الأرض.
على الرغم من أن الفريق كان يبحث في مجموعة من المركبات لإنشاء هيكل مثالي خفيف الوزن ، فإن بعضها في الواقع أقل فعالية عند مقارنته بالألواح الشمسية الأرضية. لكن كيلزنبرج يشير إلى أن “الفعالية” في الفضاء تكتسب معنى جديدًا.
وقال: “زيادة الفعالية تأتي حقًا من حقيقة أنه من خلال وضعها في الفضاء ، فإنها تحصل على الكثير من ضوء الشمس الشديد لأن ضوء الشمس لا يجب أن يمر عبر الغلاف الجوي”. “يحصلون أيضًا على ضوء الشمس ، بشكل أساسي ، 24 ساعة في اليوم.”
معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / مشروع الطاقة الشمسية الفضائية
عندما تسطع الشمس على هذه الألواح ، فإنها تمتص حزم التيار المباشر ، أو التيار المستمر. في آلية الفريق ، ستُترجم هذه الطاقة إلى ترددات راديو. ستكون الخطوة التالية هي إحضار هذه القوة إلى الأرض.
سيحدث ذلك ، وفقًا للفريق ، من خلال إشعاع الميكروويف. ستُبث طاقة الترددات الراديوية باتجاه كوكبنا في مناطق تشبه الحقول الشمسية في الصحراء. ولكن بدلاً من الألواح الشمسية ، ستحتوي هذه المناطق على مستقبلات بهوائيات تجمع الطاقة المحصودة.
إنه في الأساس نقل طاقة لاسلكيًا ، وهو شيء اشتهر به نيكولا تيسلا في أواخر القرن التاسع عشر.
من المعمل إلى بريدك الوارد. احصل على أحدث القصص العلمية من CNET كل أسبوع.
يقول Kelzenberg إن استخدام مثل هذا الإشعاع يسمح للنظام بالعمل في المطر والضباب ، في الليل وأثناء العواصف الخفيفة ، مما يؤدي فقط إلى المخاطرة بالاضطراب بسبب أشد الأحوال الجوية قسوة. ومع ذلك ، فإن أحد الأسئلة التي تُطرح غالبًا حول أنماط الإشعاع اللاسلكي هو ما إذا كانت ستؤثر سلبًا على الغطاء النباتي أو ميزات الأرض.
يقول أتواتر إن هذا ليس مصدر قلق.
وأوضح أن “كثافة الطاقة المتلقاة على الأرض ستكون مكافئة لكثافة الطاقة في ضوء الشمس في يوم مشمس”. “ويمكن تصميم أنظمة الطاقة الشمسية الفضائية لتكون آمنة في جوهرها في هذا الصدد.”
يقول Kelzenberg كإجراء وقائي إضافي للسلامة ، يمكن اتخاذ تدابير مألوفة ، مثل تطويق منطقة المستقبل. أبراج الهواتف المحمولة ، التي تستخدم شكلًا مشابهًا من الاتصالات الموجية ، تفعل الشيء نفسه.
بعد أن تسترد المستقبلات المزروعة بالأرض الطاقة في شكل ترددات لاسلكية ، فإنها تعمل مع محطة أرضية لتحويلها مرة أخرى إلى طاقة تيار مستمر ، والتي سيتم تحويلها بعد ذلك إلى طاقة تيار متناوب ، أو طاقة تيار متردد ، يتم تغذيتها في المرفق. شبكة ، قال أتواتر.
معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / مشروع الطاقة الشمسية الفضائية
إنها عملية معقدة ، ولكن هذا الجزء الأخير ، طاقة التيار المتردد ، هي الكهرباء القديمة العادية التي تمر عبر مآخذ منزلك لشحن جهاز iPhone الخاص بك وإعطاء الحياة لجهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك. هاهو.
أشع الأرض ، سكوتي
قال أتواتر: “من المقرر الآن أن تكون رحلتنا الفضائية الأولى لإظهار تكنولوجيا مكونات الطاقة الشمسية الفضائية في أواخر عام 2022 ، على متن مركبة فضائية تجارية”.
على الرغم من أن الفريق لن يطلق الصفقة الحقيقية ، إلا أنهم سيجرون تجربة ستظهر جدوى التقنيات على نطاق أصغر. سيكون شكلاً مؤقتًا وأبسط من الاختراع. حتى أنهم سيرسلون عددًا من الخلايا الشمسية التي لم ترَ فراغ الفضاء من قبل.
ولكن في يوم من الأيام ، إذا أصبحت الطاقة الشمسية الفضائية حقيقة واقعة ، فقد تغير العالم.
لن يساعد فقط في تشغيل المناطق النائية وموازنة شبكة الطاقة لمنع الانقطاعات ، بل يمكنه أيضًا إرسال الطاقة إلى عمليات التعدين على الكواكب الأخرى.
“يمكن نشر الطاقة الشمسية الفضائية في المناطق النائية على الأرض حيث لا توجد شبكة مرافق موجودة ؛ ويمكن أيضًا استخدامها لتوليد طاقة الحمل الأساسي على القمر أو المريخ عبر مخطط مماثل لتوليد الطاقة المدارية وإرسالها إلى السطح ،” وأوضح أتواتر.
الأهم من ذلك ، أن الطاقة التي يمكن أن يولدها البشر عن طريق الطاقة الشمسية على مدار الساعة ستكون كافية لتلبية المتطلبات المتزايدة لكوكبنا وحتى استبدال الطاقة النووية أو الفحم. قال أتواتر: “إنه يمثل مصدرًا للطاقة” الأساسية “المتوفرة باستمرار ، على عكس الألواح الشمسية على الأرض”.
أضاف Kelzenberg ، “لهذا السبب نعتقد أنه يمكن أن يلعب دورًا مهمًا في الذهاب إلى شبكة طاقة محايدة تمامًا للكربون في المستقبل.”
بالطبع ، أمامنا طريق طويل. حتى إذا نجحت تجربة الفريق لعام 2022 ، فهناك تكاليف تصنيع يجب مراعاتها ، بالإضافة إلى أسئلة قانونية حول شغل الفضاء المداري (قد تكون هناك قيود حكومية). ستظل الأسئلة حول التطبيق العملي لاستبدال شبكات الطاقة المعروفة بمحطات الطاقة الشمسية الفضائية.
لكن في نهاية هذا المسار ، قد نجد شيئًا ذهبيًا.
وقال كيلزنبيرج: “أعتقد بالتأكيد أننا يمكن أن نتفق على أن الحصول على لوحة شمسية رخيصة ووضعها على الأرض سيكلف أقل بكثير من إطلاق واحدة في الفضاء”. “لكن الميزة الحقيقية للطاقة الشمسية للفضاء هي القدرة على توفير الطاقة الشمسية ليلا ونهارا.”
