Космическая энергетика: Космическая энергетика | это… Что такое Космическая энергетика?

Космическая энергетика | это… Что такое Космическая энергетика?

Вид дистанционного манипулятора на фоне Земли, освещенной солнечными лучами

Космическая энергетика — вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на Луне или земной орбите.

Хронология развития космической энергетики

1968 : Питер Глейзер представил идею больших солнечных спутниковых систем с солнечным коллектором размером в квадратную милю на высоте геостационарной орбиты (ГСО 36000 км над экватором), для сбора и преобразования энергии солнца в электромагнитный пучок СВЧ для передачи полезной энергии на большие антенны на Земле.

1970 : Министерство энергетики США и NASA рассмотрело проектирование и технико-экономических обоснование спутника Solar Power Satellite (SPS).

1973 : Питер Глейзер получил патент США номер 3781647 за его метод передачи мощности на большие расстояния (например, от спутника на поверхность Земли) с помощью микроволн от больших антенн на спутнике на ректенны на Земле. ^[1]

1994 : ВВС США проводят эксперимент с использованием расширенных Фотоэлектрических спутников запущенных на низкую орбиту Земли с помощью ракеты.

1995-1997 : NASA провело исследование космической солнечной энергии, её концепции и технологий.

1998 : Космическое агентство Японии начинает программу развития космической солнечной электрической системы, которая продолжается и по сей день.

1999 : Началась программа NASA космическая солнечная энергия.

2000 : Джон Манкинс NASA дал показания в палате представителей США, говоря: «Крупномасштабное солнечная спутниковая система является очень сложной интегрированной системой и требует многочисленных значительных достижений в области современных технологий. Был разработан технологический план, в котором определен алгоритм разработки всех необходимых технологий — в течение нескольких десятилетий.

2001 : Космическое агентство Японии объявило о планах провести дополнительные исследования и запуск экспериментального спутника с 10 киловатт и 1 МВт мощности. ^[2]

2009 : Японское агентство аэрокосмических исследований объявило о своих планах вывести на орбиту спутник солнечной энергии, которые будут передавать энергию на Землю с помощью микроволн. Они надеются вывести первый прототип орбитального спутника к 2030 году.^[3]

2009 : Компания Solaren расположенная в Калифорнии (США) подписала договор с компанией PG&E о том, что последняя будет покупать энергию которую Solaren произведет в космосе. Мощность будет составлять 200 мегаватт. По плану этой энергией будут питаться 250 000 домов. Реализация проекта планируется на 2016 год.^[4]

2010 : Компания Shimizu опубликовала статью в которой рассказывается о возможностях создания гигантской лунной энергетической станции на существующих сегодня технологиях^[5]

Спутник для выработки энергии

Схематическое изображение, показывающие разницу в количестве лучей, попадающих на земную солнечную станцию (слева) и на космическую (справа)

История идеи

Изначально идея появилась в 1970-х годах. Появление такого проекта было связано с энергетическим кризисом. В связи с этим правительство США выделило 20 миллионов долларов космическому агентству NASA и компании Boeing для расчёта целесообразности проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).

После всех расчётов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы 5000 мегаватт энергии, после передачи на землю оставалось бы 2000 мегаватт. Чтобы понять много это или нет, стоит сравнить эту мощность с Красноярской ГЭС, мощность которой составляет 6000 мегаватт. Но примерная стоимость такого проекта 1 триллион долларов, что и послужило причиной закрытия программы.

Устройство технологии

Космический спутник по сбору солнечной энергии по существу состоит из трех частей:

• средства сбора солнечной энергии в космическом пространстве, например, через солнечные батареи или тепловой двигатель Стирлинга.

• средства передачи энергии на землю, например, через СВЧ или лазер.

• средства получения энергии на земле, например, через ректенны.

Космический аппарат будет находиться на ГСО и ему не нужно поддерживать себя против силы тяжести. Он также не нуждается в защите от наземного ветра или погоды, но будет иметь дело с космическими опасностями, такими как микрометеориты и солнечные бури.

Актуальность в наши дни

Так как за 40 лет со времени появления идеи солнечные батареи сильно упали в цене и увеличились в производительности, а грузы на орбиту стало доставлять дешевле, в 2007 году «Национальное космическое общество» США представило доклад в котором говорит о перспективах развития космической энергетики в наши дни.^[6]

Преимущества системы

• Высокая эффективность из-за того, что нет атмосферы, выработка энергии не зависит от погоды и времени года.
• Практически полное отсутствие перерывов так как на геостационарной орбите спутник будет освещен солнцем 24 часа в сутки.

Лунный пояс

Проект космической энергетики представленный компанией Shimizu в 2010 году. По задумке японских инженеров это должен быть пояс из солнечных батарей протянутый по всему экватору Луны (11 тыс. километров) и шириной 400 километров.^[7]

Солнечные панели

Так как производство и транспортировка такого количества солнечных батарей с земли не представляется возможным, то по замыслу ученых солнечные элементы должны будут производится прямо на Луне. Для этого можно использовать лунный грунт из которого можно делать солнечные батареи.^[8]

Передача энергии

Энергия с этого пояса будет передаваться радиоволнами с помощью громадных 20 километровых антенн и приниматься ректеннами здесь на земле. Второй способ передачи который может использоваться это передача световым лучом с помощью лазеров и прием свето-уловителем на земле.^[9]

Преимущества системы

Так как на Луне нет атмосферы и погодных явлений, энергию можно будет вырабатывать почти круглосуточно и с большим коэффициентом эффективности.

Дэвид Крисуэлл предположил, что Луна является оптимальным местом для солнечных электростанций.^[10][11] Основное преимущество размещения солнечных коллекторов энергии на Луне в том, что большая часть солнечных батарей может быть построена из местных материалов, вместо земных ресурсов, что значительно снижает массу и, следовательно, расходы по сравнению с другими вариантами космических солнечных электростанций.

Недостатки системы

• Слишком высокая стоимость проекта.

• Отсутствие даже экспериментальных установок.

Технологии применяющиеся в космической энергетике

Беспроводная передача энергии на Землю

Беспроводная передача электроэнергии была предложена на ранней стадии в качестве средства для передачи энергии от космической или Лунной станции к Земле. Энергия может быть передана с помощью лазерного излучения или СВЧ на различных частотах в зависимости от конструкции системы. Какой выбор был сделан, чтобы передача излучения была не ионизирующей, во избежание возможных нарушений экологии или биологической системы региона получения энергии? Верхний предел для частоты излучения установлен таким, чтобы энергия на один фотон не вызывала ионизацию организмов при прохождении через них. Ионизация биологических материалов начинается только с ультрафиолетового излучения и, как следствие, проявляется при более высоких частотах, поэтому большое количество радиочастот будет доступно для передачи энергии.

Лазеры

Исследователи НАСА работали в 1980-х годах с возможностью использования лазеров для излучения энергии между двумя точками в пространстве.^[12] В перспективе эта технология станет альтернативным способом передачи энергии в космической энергетике. В 1991 году начался проект SELENE, который предполагал создание лазеров для космической энергетики, в том числе и для излучения энергии лазером на лунные базы.^[12] В 1988 Грант Логан предложили использовать лазер размещенный на Земле, чтобы обеспечить энергией космические станции, предположительно это можно было осуществить в 1989. ^[12] Предлагалось использование солнечных элементов из алмаза при температуре 300 °C для преобразования ультрафиолетового лазерного излучения. Проект SELENE продолжал работать над этой концепцией, пока не был официально закрыт в 1993 после двух лет исследований, так и не осуществив тестирования технологии на большие расстояния. Причина закрытия: высокая стоимость осуществления.^[12]

Преобразование солнечной энергии в электрическую

Фотоэлемент на основе поликристаллического кремния

Основная статья: Фотоэлемент

В космической энергетике (в существующих станциях и при разработках космических электростанций) единственный способ эффективного получения энергии это использование фотоэлементов. Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века. Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16 %, у лучших образцов до 25 %.^[13] В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43 %^[14].

Получение энергии от СВЧ волн испускаемых спутником

Основная статья: Ректенна

Так же важно почерпнуть способы получения энергии. Один из них это получение энергии с помощью ректенн. Ректенна (выпрямляющая антенна) — устройство, представляющее собой нелинейную антенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на неё волны в энергию постоянного тока. Простейшим вариантом конструкции может быть полуволновый вибратор, между плечами которого устанавливается устройство с односторонней проводимостью (например диод). В таком варианте конструкции антенна совмещается с детектором, на выходе которого, при наличии падающей волны, появляется ЭДС. Для повышения усиления такие устройства могут быть объединены в многоэлементные решётки.

Преимущества и недостатки солнечной энергии на Земле против Космической

Космическая солнечная энергия — энергия, которую получают за пределами атмосферы Земли. При отсутствии загазованности атмосферы или облаков, на Землю падает примерно 35 % энергии от той, которая попала в атмосферу.^[15] Кроме того, правильно выбрав траекторию орбиты, можно получать энергию около 96 % времени. Таким образом, фотоэлектрические панели на геостационарной орбите Земли (на высоте 36000 км) будет получать в среднем в восемь раз больше света, чем панели на поверхности Земли^[16] и даже больше когда космический аппарат будет ближе к Солнцу чем Земля.^[16] Дополнительным преимуществом является тот факт, что в космосе нет проблемы с весом или коррозии металлов из-за отсутствия атмосферы. С другой стороны, главный недостаток Космической энергетики и по сей день является её высокая стоимость. Другим недостатком является тот факт, что при передаче энергии на поверхность Земли будет потеря, по крайней мере 40-50 %.^[15]

Основные технологические проблемы

По данным американских исследований 2008 года, есть четыре основные технологические проблемы, которые наука должна преодолеть, чтобы космическая энергия стала легкодоступной:^[15]

• Фотоэлектрические и электронные компоненты должны работать с высокой эффективностью при высокой температуре.

• Беспроводная передача энергии должна быть точной и безопасной.

• Космические электростанции должны быть недорогими в производстве.

• Низкая стоимость космических ракет-носителей.

• Поддержание постоянного положения станции над приёмником энергии: давление солнечного света будет отталкивать станцию от нужного положения, а давление электромагнитного излучения, направленного на Землю, будет толкать станцию от Земли.

Другие способы использования космической энергии

Использование электроэнергии в космических полетах

Кроме того, чтобы излучать энергию на Землю, спутники ОЭС могут также питать межпланетные станции и космические телескопы. Так же это может быть безопасной альтернативой ядерным реакторам на корабле который полетит на красную планету.^[17] Другой сектор, который может извлечь выгоду из ОЭС будет космический туризм.^[15]

Примечания

1. ↑ Glaser, Peter E. (December 25, 1973). «Method And Apparatus For Converting Solar Radiation To Electrical Power». United States Patent 3,781,647.
2. ↑ Space Future — Conceptual Study of A Solar Power Satellite, SPS 2000
3. ↑ Japan to Beam Solar Power from Space on Lasers — FoxNews.com
4. ↑ Калифорния построит первую в мире космическую электростанцию
5. ↑ «Кольцо Луны»
6. ↑ Space-Based Solar Power As an Opportunity for Strategic Security
7. ↑ LUNA RING/Shimizu’s Dream — Shimizu Corporation
8. ↑ Учёные предлагают делать электростанции из лунной пыли
9. ↑ Лунный пояс переправит Земле энергию по лучу
10. ↑ University of Houston: Tip Sheets
11. ↑ David R. Criswell — Publications and Abstracts
12. ↑ ^{1 2 3 4} «My Involvement with Laser Power Beaming»
13. ↑ Технологии. Поликремниевые фотоэлементы
14. ↑ Солнечные батареи с рекордным КПД
15. ↑ ^{1 2 3 4} Манкинс, Джон С. (2008). «Cолнечная энергия космического базирования»
16. ↑ ^{1 2} Солнечная энергия из космоса
17. ↑ свежий взгляд на космическую энергию

См. также

• Альтернативная энергетика
• Возобновляемая энергия
• Солнечная энергетика
• Солнечная электростанция
• Орбитальная энергетическая система
• Солнечная батарея
• Ректенна
• Беспроводная передача электричества

Космическая энергетика | это… Что такое Космическая энергетика?

Вид дистанционного манипулятора на фоне Земли, освещенной солнечными лучами

Космическая энергетика — вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на Луне или земной орбите.

Хронология развития космической энергетики

1968 : Питер Глейзер представил идею больших солнечных спутниковых систем с солнечным коллектором размером в квадратную милю на высоте геостационарной орбиты (ГСО 36000 км над экватором), для сбора и преобразования энергии солнца в электромагнитный пучок СВЧ для передачи полезной энергии на большие антенны на Земле.

1970 : Министерство энергетики США и NASA рассмотрело проектирование и технико-экономических обоснование спутника Solar Power Satellite (SPS).

1973 : Питер Глейзер получил патент США номер 3781647 за его метод передачи мощности на большие расстояния (например, от спутника на поверхность Земли) с помощью микроволн от больших антенн на спутнике на ректенны на Земле.^[1]

1994 : ВВС США проводят эксперимент с использованием расширенных Фотоэлектрических спутников запущенных на низкую орбиту Земли с помощью ракеты.

1995-1997 : NASA провело исследование космической солнечной энергии, её концепции и технологий.

1998 : Космическое агентство Японии начинает программу развития космической солнечной электрической системы, которая продолжается и по сей день.

1999 : Началась программа NASA космическая солнечная энергия.

2000 : Джон Манкинс NASA дал показания в палате представителей США, говоря: «Крупномасштабное солнечная спутниковая система является очень сложной интегрированной системой и требует многочисленных значительных достижений в области современных технологий. Был разработан технологический план, в котором определен алгоритм разработки всех необходимых технологий — в течение нескольких десятилетий.

2001 : Космическое агентство Японии объявило о планах провести дополнительные исследования и запуск экспериментального спутника с 10 киловатт и 1 МВт мощности.^[2]

2009 : Японское агентство аэрокосмических исследований объявило о своих планах вывести на орбиту спутник солнечной энергии, которые будут передавать энергию на Землю с помощью микроволн. Они надеются вывести первый прототип орбитального спутника к 2030 году.^[3]

2009 : Компания Solaren расположенная в Калифорнии (США) подписала договор с компанией PG&E о том, что последняя будет покупать энергию которую Solaren произведет в космосе. Мощность будет составлять 200 мегаватт. По плану этой энергией будут питаться 250 000 домов. Реализация проекта планируется на 2016 год.^[4]

2010 : Компания Shimizu опубликовала статью в которой рассказывается о возможностях создания гигантской лунной энергетической станции на существующих сегодня технологиях^[5]

Спутник для выработки энергии

Схематическое изображение, показывающие разницу в количестве лучей, попадающих на земную солнечную станцию (слева) и на космическую (справа)

История идеи

Изначально идея появилась в 1970-х годах. Появление такого проекта было связано с энергетическим кризисом. В связи с этим правительство США выделило 20 миллионов долларов космическому агентству NASA и компании Boeing для расчёта целесообразности проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).

После всех расчётов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы 5000 мегаватт энергии, после передачи на землю оставалось бы 2000 мегаватт. Чтобы понять много это или нет, стоит сравнить эту мощность с Красноярской ГЭС, мощность которой составляет 6000 мегаватт. Но примерная стоимость такого проекта 1 триллион долларов, что и послужило причиной закрытия программы.

Устройство технологии

Космический спутник по сбору солнечной энергии по существу состоит из трех частей:

• средства сбора солнечной энергии в космическом пространстве, например, через солнечные батареи или тепловой двигатель Стирлинга.

• средства передачи энергии на землю, например, через СВЧ или лазер.

• средства получения энергии на земле, например, через ректенны.

Космический аппарат будет находиться на ГСО и ему не нужно поддерживать себя против силы тяжести. Он также не нуждается в защите от наземного ветра или погоды, но будет иметь дело с космическими опасностями, такими как микрометеориты и солнечные бури.

Актуальность в наши дни

Так как за 40 лет со времени появления идеи солнечные батареи сильно упали в цене и увеличились в производительности, а грузы на орбиту стало доставлять дешевле, в 2007 году «Национальное космическое общество» США представило доклад в котором говорит о перспективах развития космической энергетики в наши дни.^[6]

Преимущества системы

• Высокая эффективность из-за того, что нет атмосферы, выработка энергии не зависит от погоды и времени года.
• Практически полное отсутствие перерывов так как на геостационарной орбите спутник будет освещен солнцем 24 часа в сутки.

Лунный пояс

Проект космической энергетики представленный компанией Shimizu в 2010 году. По задумке японских инженеров это должен быть пояс из солнечных батарей протянутый по всему экватору Луны (11 тыс. километров) и шириной 400 километров.^[7]

Солнечные панели

Так как производство и транспортировка такого количества солнечных батарей с земли не представляется возможным, то по замыслу ученых солнечные элементы должны будут производится прямо на Луне. Для этого можно использовать лунный грунт из которого можно делать солнечные батареи.^[8]

Передача энергии

Энергия с этого пояса будет передаваться радиоволнами с помощью громадных 20 километровых антенн и приниматься ректеннами здесь на земле. Второй способ передачи который может использоваться это передача световым лучом с помощью лазеров и прием свето-уловителем на земле.^[9]

Преимущества системы

Так как на Луне нет атмосферы и погодных явлений, энергию можно будет вырабатывать почти круглосуточно и с большим коэффициентом эффективности.

Дэвид Крисуэлл предположил, что Луна является оптимальным местом для солнечных электростанций.^[10][11] Основное преимущество размещения солнечных коллекторов энергии на Луне в том, что большая часть солнечных батарей может быть построена из местных материалов, вместо земных ресурсов, что значительно снижает массу и, следовательно, расходы по сравнению с другими вариантами космических солнечных электростанций.

Недостатки системы

• Слишком высокая стоимость проекта.

• Отсутствие даже экспериментальных установок.

Технологии применяющиеся в космической энергетике

Беспроводная передача энергии на Землю

Беспроводная передача электроэнергии была предложена на ранней стадии в качестве средства для передачи энергии от космической или Лунной станции к Земле. Энергия может быть передана с помощью лазерного излучения или СВЧ на различных частотах в зависимости от конструкции системы. Какой выбор был сделан, чтобы передача излучения была не ионизирующей, во избежание возможных нарушений экологии или биологической системы региона получения энергии? Верхний предел для частоты излучения установлен таким, чтобы энергия на один фотон не вызывала ионизацию организмов при прохождении через них. Ионизация биологических материалов начинается только с ультрафиолетового излучения и, как следствие, проявляется при более высоких частотах, поэтому большое количество радиочастот будет доступно для передачи энергии.

Лазеры

Исследователи НАСА работали в 1980-х годах с возможностью использования лазеров для излучения энергии между двумя точками в пространстве.^[12] В перспективе эта технология станет альтернативным способом передачи энергии в космической энергетике. В 1991 году начался проект SELENE, который предполагал создание лазеров для космической энергетики, в том числе и для излучения энергии лазером на лунные базы.^[12] В 1988 Грант Логан предложили использовать лазер размещенный на Земле, чтобы обеспечить энергией космические станции, предположительно это можно было осуществить в 1989.^[12] Предлагалось использование солнечных элементов из алмаза при температуре 300 °C для преобразования ультрафиолетового лазерного излучения. Проект SELENE продолжал работать над этой концепцией, пока не был официально закрыт в 1993 после двух лет исследований, так и не осуществив тестирования технологии на большие расстояния. Причина закрытия: высокая стоимость осуществления. ^[12]

Преобразование солнечной энергии в электрическую

Фотоэлемент на основе поликристаллического кремния

Основная статья: Фотоэлемент

В космической энергетике (в существующих станциях и при разработках космических электростанций) единственный способ эффективного получения энергии это использование фотоэлементов. Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века. Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16 %, у лучших образцов до 25 %.^[13] В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43 %^[14].

Получение энергии от СВЧ волн испускаемых спутником

Основная статья: Ректенна

Так же важно почерпнуть способы получения энергии. Один из них это получение энергии с помощью ректенн. Ректенна (выпрямляющая антенна) — устройство, представляющее собой нелинейную антенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на неё волны в энергию постоянного тока. Простейшим вариантом конструкции может быть полуволновый вибратор, между плечами которого устанавливается устройство с односторонней проводимостью (например диод). В таком варианте конструкции антенна совмещается с детектором, на выходе которого, при наличии падающей волны, появляется ЭДС. Для повышения усиления такие устройства могут быть объединены в многоэлементные решётки.

Преимущества и недостатки солнечной энергии на Земле против Космической

Космическая солнечная энергия — энергия, которую получают за пределами атмосферы Земли. При отсутствии загазованности атмосферы или облаков, на Землю падает примерно 35 % энергии от той, которая попала в атмосферу. ^[15] Кроме того, правильно выбрав траекторию орбиты, можно получать энергию около 96 % времени. Таким образом, фотоэлектрические панели на геостационарной орбите Земли (на высоте 36000 км) будет получать в среднем в восемь раз больше света, чем панели на поверхности Земли^[16] и даже больше когда космический аппарат будет ближе к Солнцу чем Земля.^[16] Дополнительным преимуществом является тот факт, что в космосе нет проблемы с весом или коррозии металлов из-за отсутствия атмосферы. С другой стороны, главный недостаток Космической энергетики и по сей день является её высокая стоимость. Другим недостатком является тот факт, что при передаче энергии на поверхность Земли будет потеря, по крайней мере 40-50 %.^[15]

Основные технологические проблемы

По данным американских исследований 2008 года, есть четыре основные технологические проблемы, которые наука должна преодолеть, чтобы космическая энергия стала легкодоступной:^[15]

• Фотоэлектрические и электронные компоненты должны работать с высокой эффективностью при высокой температуре.

• Беспроводная передача энергии должна быть точной и безопасной.

• Космические электростанции должны быть недорогими в производстве.

• Низкая стоимость космических ракет-носителей.

• Поддержание постоянного положения станции над приёмником энергии: давление солнечного света будет отталкивать станцию от нужного положения, а давление электромагнитного излучения, направленного на Землю, будет толкать станцию от Земли.

Другие способы использования космической энергии

Использование электроэнергии в космических полетах

Кроме того, чтобы излучать энергию на Землю, спутники ОЭС могут также питать межпланетные станции и космические телескопы. Так же это может быть безопасной альтернативой ядерным реакторам на корабле который полетит на красную планету.^[17] Другой сектор, который может извлечь выгоду из ОЭС будет космический туризм.^[15]

Примечания

1. ↑ Glaser, Peter E. (December 25, 1973). «Method And Apparatus For Converting Solar Radiation To Electrical Power». United States Patent 3,781,647.
2. ↑ Space Future — Conceptual Study of A Solar Power Satellite, SPS 2000
3. ↑ Japan to Beam Solar Power from Space on Lasers — FoxNews.com
4. ↑ Калифорния построит первую в мире космическую электростанцию
5. ↑ «Кольцо Луны»
6. ↑ Space-Based Solar Power As an Opportunity for Strategic Security
7. ↑ LUNA RING/Shimizu’s Dream — Shimizu Corporation
8. ↑ Учёные предлагают делать электростанции из лунной пыли
9. ↑ Лунный пояс переправит Земле энергию по лучу
10. ↑ University of Houston: Tip Sheets
11. ↑ David R. Criswell — Publications and Abstracts
12. ↑ ^{1 2 3 4} «My Involvement with Laser Power Beaming»
13. ↑ Технологии. Поликремниевые фотоэлементы
14. ↑ Солнечные батареи с рекордным КПД
15. ↑ ^{1 2 3 4} Манкинс, Джон С. (2008). «Cолнечная энергия космического базирования»
16. ↑ ^{1 2} Солнечная энергия из космоса
17. ↑ свежий взгляд на космическую энергию

См. также

• Альтернативная энергетика
• Возобновляемая энергия
• Солнечная энергетика
• Солнечная электростанция
• Орбитальная энергетическая система
• Солнечная батарея
• Ректенна
• Беспроводная передача электричества

Инициатива космической энергетики, космические энергетические решения для решения глобальных энергетических проблем

Наша миссия

Мы признаем проблемы Net Zero и потребность в новых технологиях базовой энергии для дополнения наших прерывистых возобновляемых источников энергии. SEI возглавит разработку космической солнечной энергетики для Великобритании, предлагая крупномасштабную, безопасную и надежную энергию днем ​​и ночью, в любое время года и в любую погоду. С помощью структурированной и совместной программы проектирования, исследований и демонстрации технологий SEI будет способствовать интеграции и инновациям между космическими, энергетическими, цифровыми и производственными экосистемами.

О нас

Изменение климата и давление на глобальные энергетические ресурсы являются неотложными проблемами.

Великобритания разработала амбициозную национальную политику в области экологически чистой энергии — Net Zero — для полной декарбонизации экономики к 2050 году. Этот сценарий развития энергетики будущего требует экологически чистой и устойчивой выработки энергии из возобновляемых источников для жилых домов и промышленности. Это производство энергии должно в то же время оставаться доступным, надежным и безопасным, если мы хотим, чтобы наша экономика процветала.

Солнечная энергия космического базирования предлагает ряд характеристик, которые могут помочь Великобритании достичь Net Zero, с новым источником обильной, устойчивой энергии. SBSP — это концепция сбора бесплатной солнечной энергии в космосе, безопасной передачи на Землю в виде микроволн, сбора и преобразования в электроэнергию для Сети, каждый из которых эквивалентен мощности большой угольной электростанции.

Инициатива космической энергетики (SEI) объединит правительство, исследования и промышленность в энергетическом и космическом секторах для разработки и реализации скоординированной программы разработки и демонстрации технологий.

В соответствии с графиком, установленным правительством в рамках программы Net Zero, и в партнерстве с другими странами цель состоит в том, чтобы к 2030 году создать первую орбитальную демонстрационную систему SBSP, а к 2040 году — первую в своем роде действующую систему, обеспечивающую подачу электроэнергии в энергосистему. К середине 2040-х годов будет запущено первое поколение спутников на солнечной энергии, которые заменят значительную часть устаревших мощностей Великобритании по производству энергии на ископаемом топливе.

Исследования

Исследование ключевых возможностей и развитие способностей и знаний в открытой среде. Исследователи и коммерческие партнеры работают вместе, чтобы определить ключевые исследовательские вопросы и темы для дальнейшего развития.

Разработка и инновации

Разработка и инновации посредством сотрудничества, ведущего к разработке и демонстрации систем, отвечающих международным требованиям в области энергетики.

Внедрение и коммерциализация

Коммерциализация под руководством операторов и поставщиков услуг для обеспечения коммерческой жизнеспособности и реализации преимуществ, связанных с климатом и устойчивостью космических энергетических активов.

Наши цели:

Создать международное партнерство для развития космической энергетики

Создать междисциплинарный консультативный совет (советы) для технического, этического, коммерческого и политического руководства и рекомендаций

Обеспечить финансирование для проведения исследований, разработок и инноваций, и программы деятельности

Продвижение, повышение осведомленности и наращивание потенциала для внедрения космической энергетики

Расширение и приоритизация исследований осуществимости и проектирования систем космической энергетики

Поддержка проектирования, разработки и ввода в эксплуатацию первой космической энергетической системы к 2030 году

Членство

Эфирная инженерия

Подробнее

Airbus Defense & Space

Подробнее

Олден

Подробнее

Alpine

Подробнее

Амфенол

Подробнее

Архангел Лайтворкс

Подробнее

Capgemini

Подробнее

City, Лондонский университет

Подробнее

CGI

Подробнее

Коммерческие космические технологии

Подробнее

Compound Semiconductor Applications Catapult

Подробнее

Космос Деймос

Подробнее

Делойт

Подробнее

Департамент бизнеса, энергетики и промышленной стратегии

Подробнее

Департамент международной торговли

Подробнее

D-Орбита

Подробнее

Университет Дарема

Подробнее

Катапульта энергетических систем

Подробнее

Экзотопный

Подробнее

Fieldfisher

Подробнее

Foot Anstey

Подробнее

Frazer-Nash Consultancy

Подробнее

GMV NSL

Подробнее

Hempsell Astronautics

Подробнее

Инмарсат

Подробнее

Инновации в Великобритании

Подробнее

Международная электрическая компания

Подробнее

Imperial College London

Подробнее

ispace

Подробнее

KBR

Подробнее

Lumi Space

Подробнее

Magdrive

Подробнее

ManSat

Подробнее

Центр производственных технологий

Подробнее

Metasat UK

Подробнее

Наноавионика

Подробнее

Национальная электросеть

Подробнее

Национальный производственный институт Шотландии

Подробнее

MDA

Подробнее

Northern Space and Security Ltd (NORSS)

Подробнее

Oxford Space Systems

Подробнее

Лондонский университет королевы Марии

Подробнее

RACE: UKAEA

Подробнее

Реактивные двигатели

Подробнее

РудерФинн

Подробнее

Катапульта спутниковых приложений

Подробнее

Космическая мощь

Подробнее

Space Solar Limited

Подробнее

Surrey Satellite Technology Limited (SSTL)

Подробнее

Космический центр Суррея

Подробнее

Университет Суонси

Подробнее

Теледайн

Подробнее

Thales Alenia Space

Подробнее

ТТП

Подробнее

TWI

Подробнее

UK Launch Services Limited

Подробнее

Кембриджский университет

Подробнее

Университет Саутгемптона

Подробнее

Университет Стратклайда

Подробнее

Университет Саффолка

Подробнее

Университет Суррея

Подробнее

Космическая солнечная энергетика — Инициатива космической энергетики, Решения космической энергетики для решения глобальных энергетических проблем разработка и демонстрация технологий.

В соответствии с графиком, установленным правительственным обязательством Net Zero, и в партнерстве с другими странами цель состоит в том, чтобы к 2030 году создать первую орбитальную демонстрационную систему SBSP, а к 2040 году — первую в своем роде действующую систему, обеспечивающую подачу электроэнергии в сеть.

К середине 2040-х годов будет введена в эксплуатацию группа спутников на солнечной энергии, обеспечивающая значительную часть потребностей Великобритании в энергии.

Что такое космическая солнечная энергия?

Космическая солнечная энергия — это концепция сбора солнечной энергии в космосе и передачи ее на землю, тем самым преодолевая непостоянство земной возобновляемой энергии.

Преимущества, которые он предлагает, включают чистую, непрерывную базовую энергию с гораздо меньшим использованием земли, чем традиционные возобновляемые источники энергии. В будущем он может обеспечить значительную часть потребностей Великобритании в энергии как часть комплекса энергетических технологий.

Спутники на солнечной энергии хорошо развиты в нескольких странах, и правительство Великобритании подтвердило техническую осуществимость концепции посредством независимого исследования.

Типичная система включает созвездие массивных километровых спутников на ГСО. Каждый из них оснащен очень легкими солнечными панелями и системой зеркал, концентрирующих солнечный свет на панелях, вырабатывая около 3,4 ГВт электроэнергии на спутнике. Оно преобразуется в радиочастотное микроволновое излучение с эффективностью 85%. Предлагаемая микроволновая частота обычно составляет 2,45 ГГц, чтобы быть прозрачной для атмосферы и влаги, а чистая 2,9ГВт мощности передается на приемную антенну в фиксированной точке на земле внизу.

Защищенный контрольный луч передается с земли на спутник, чтобы позволить микроволновому лучу зафиксироваться в нужной точке. Наземная выпрямляющая антенна или «ректенна» преобразует электромагнитную энергию в электричество постоянного тока, а затем через инвертор, который подает в сеть 2 ГВт мощности переменного тока.

На приведенном выше рисунке показан сравнительный размер ректенны SBSP, обеспечивающей постоянную мощность 2 ГВт, с ветровой электростанцией London Array с максимальной мощностью 630 МВт. Привлекательным вариантом может быть размещение ректенн на море и использование существующих сетевых подключений.

Изображение © Frazer-Nash Consultancy

Угол между солнечным коллектором и микроволновым передатчиком постоянно меняется по мере вращения Земли. Таким образом, если зеркала всегда направлены на Солнце, микроволновый луч направляется так, чтобы всегда указывать на правильное место на Земле. Таким образом, система может обеспечивать полную мощность днем ​​и ночью, в любую погоду и круглый год.

Интенсивность микроволнового луча составляет около 240 Вт/м2, что составляет около четверти интенсивности полуденного солнечного света. Таким образом, система не может быть использована в качестве лучевого оружия и не представляет опасности для жизни на Земле.

Спутник на солнечной энергии (SPS) весит несколько тысяч тонн, а удельная мощность в кВт на кг является ключевым параметром для оценки как стоимости оборудования, так и его развертывания на ГСО. Оценки для ведущих проектов СЭС независимо рассчитывают нормированную стоимость электроэнергии (LCOE) на уровне менее 5 фунтов стерлингов за МВтч.

Возможности и вызовы

SBSP является сложной задачей из-за огромного масштаба развертываемой в космосе инфраструктуры. Многие из лежащих в основе технологий считаются относительно зрелыми, а физика сбора и передачи энергии хорошо изучена. Снижение стоимости космического запуска делает эту концепцию все более доступной, а новейшие модульные концепции SPS предназначены для производства в промышленных масштабах и роботизированной сборки. Эти атрибуты являются ключевыми для достижения конкурентоспособной LCOE.​

Соединенному Королевству нужна солнечная энергия из космоса Это поможет обеспечить стабильность сети, доступно по цене и предлагает безопасные и суверенные поставки чистой энергии.