Помислете какво знаете за чистите източници на енергия. Кое е най-зеленото?
Хидроелектрически, геотермални, вятърни и слънчеви лъчи вероятно всички пролетта. Екологични, въпреки че могат да бъдат, всички те имат значителни ограничения за това колко енергия могат да произведат и къде могат да бъдат използвани. За да се отбележи, въпреки някои наистина страхотни постижения в слънчевата енергия, слънчевите панели все още могат да генерират енергия само докато слънцето грее.
Тогава решението е очевидно. Отидете там, където слънцето никога не залязва: в космоса.
Това е визията на учени, изследователи и предприемачи както тук, в САЩ, така и в Япония, Китай и Европа. Въпреки че концепцията е била подплатена поне от 70-те години на миналия век, тя многократно е била преразглеждана и изоставяна, тъй като получаването на всички части там и хората, за да се съберат, беше невъзможно скъпо. Само с появата на супер малки, масово произведени спътници и ракети за многократна употреба, някои започват да разглеждат много по-трудно да направят космическата слънчева енергия реалност.
Съществуват десетки и десетки идеи как да се изгради космическа система за слънчево събиране, но основната същност има нещо подобно: стартирайте и робот сглобете няколко стотици или хиляди модула с еднакъв размер в геосинхронна орбита. Едната част съдържа огледала за отразяване и концентриране на слънчевата светлина върху слънчеви панели, които превръщат енергията в електричество. Преобразувателите превръщат това електричество в микровълни с ниска интензивност, които се излъчват към големи, кръгли приемници на земята. Тези антени преобразуват обратно микровълните в електричество, което може да бъде подадено в съществуващата мрежа.
Джон Манкинс, прекарал 25 години в НАСА и Калтехската лаборатория за реактивни двигатели, получи финансиране от Института за усъвършенствани концепции на НАСА през 2011 г., за да усъвършенства по-подробно концепцията си за космическа соларна централа. Той настоява, че технологията и инженерството, необходими за превръщането на космическата слънчева енергия в реалност, но както при всяка скъпа нова идея, тя се свежда до зелени и опровергаеми.
„Това не е като синтез - няма нова физика, “ казва Манкинс, споменавайки ITER, 35-страничното сътрудничество за изграждане на термоядрен реактор във Франция. - Няма таен сос. Това е финансово препятствие за получаване на финансиране за разработване на елементите и демонстриране на новата архитектура, необходима за това. "
Манкинс и други оценяват общите разходи за разработване, изграждане, пускане и сглобяване на всички компоненти на космическа соларна централа от порядъка на 4 до 5 милиарда долара - част от ценовата цена от 28 милиарда долара на язовира „Три клисури в Китай“. Mankins изчислява, че модел на работен мащаб с компоненти в пълен размер може да бъде използван за 100 милиона долара. За сравнение, наскоро завършената ядрена централа „Уотс бар“ на Тенеси Вайлс отне 43 години, от началото до заекването и струва 4, 7 милиарда долара.
Критично е, че потребителите, които биха платили - цената на киловатчас - трябва да са в една и съща стъпка като конвенционалните източници на енергия, произведени с въглища, природен газ и ядрена енергия, които варират в цената от 3 до 12 цента за киловатчас. Водноелектрическата енергия може да бъде поразително евтина, с по-малко от един цент на киловатчас - но само ако имате достатъчно късмет да живеете в регион с изобилни реки с висок поток, като в части от Канада и Уисконсин. Геотермалното също е много икономично, като се регистрирате с 3 цента на киловатчас, но ще трябва да попитате исландците как харесват сметките си за енергия. А вятърните защитници излъгаха новината от миналата година, че разходите за този възобновяем ресурс паднаха до 2, 5 цента на киловатчас.
Превръщането на разходите в ниските двуцифрени или дори едноцифрени центи на киловатчас е абсолютно задължително, за да превърне космическата слънчева енергия в конкурентна полезност, казва Гари Спирнак, изпълнителен директор на базираната в Калифорния енергийна компания Solaren.
Компанията на Спирнак е одобрена като доставчик на слънчева енергия в Калифорния и е имала предишни договорености за доставка с Pacific Gas and Electric, но бизнес моделът й се основава изцяло на генериране на мощност от слънчева енергия, добита от космоса. Solaren е в процес на договаряне на нови споразумения с една или повече комунални услуги. Компанията има патенти тук в САЩ за своя дизайн, както и в Европа, Русия, Китай, Япония и Канада и е осигурила първи кръг на финансиране за лабораторни демонстрации на своите компоненти на технологии някъде през следващата година. Спирнак се надява да убеди инвеститорите да подкрепят пилотна централа с мощност 250 мегавата до края на фазата на разработване и тестване, може би в рамките на пет години.
За да работят космическата слънчева енергия са необходими две основни структури. Първо, твърдотелни усилватели, които ефективно преобразуват електричеството от събраната слънчева светлина в радиочестотни вълни и приемници на земята, които преобразуват обратно радиочестотните вълни обратно в електричество.
Пол Джаф притежава рекордната, патентована космическа модула за преобразуване на слънчева "стъпка" на Военноморската изследователска лаборатория пред термична вакуумна тестова камера. (Пол Джаф) 
Прототип на космическата слънчева енергия: Този модул за преобразуване на слънчева светлина в микровълнова за космическа слънчева енергия е първият, който се тества в космически условия. Космическата роботика ще се използва за събиране на хиляди за създаване на предавателя на космически слънчев спътник. (Пол Джаф) 
Прототипите на космически слънчеви модули за преобразуване на NRL бяха тествани в този термичен вакуум и симулирано изпитателно съоръжение за слънчево осветление. (Пол Джаф) Пол Джафе, инженер от Военноморската изследователска лаборатория във Вашингтон, окръг Колумбия, работи върху два прототипа на модула за събиране, които той нарича „сандвич“, тъй като слънчевият колектор, преобразувателят на мощност и радиочестотния излъчвател са смачкани заедно в крак -града плочка с дебелина два инча. Теглото на всеки отделен модул в крайна сметка определя ценообразуването на разпределеното електричество на земята; по отношение на вата на изстреляния килограм, Jaffe казва, че основният дизайн на плочки е дошъл с около 6 вата на килограм.
Като взема предвид, че произведената мощност, 20-годишният живот на слънчевата електроцентрала, стартовата цена от 2500 долара за килограм и различни нива на разходите на самите компоненти, Jaffe изчислява, че ако масата намалее и мощността се увеличи до 500 вата на килограм, се равнява на цена от 3 цента на киловатчас.
„Правенето дори на много прости неща за намаляване на масата ни превръща в обхвата от 100 вата на килограм, а 1000 вата на килограм не са луди“, казва той. „Получавате много добра ефективност с настоящата слънчева технология, която вече е налична в търговската мрежа, и ние ежедневно пренасяме тези много ефективни, леки радиочестотни преобразуватели в джобовете си.“
RF конверторите са причината, поради която мобилните телефони работят - телефоните са главно уоки-токи, чиито сигнали се подпомагат от мрежа от сигнални релейни станции. Преобразувателите в телефона превеждат радиовълни в данни, които разбираме - аудио - и обратно. Тази технология е централна за изследване на космическата слънчева енергия в Caltech, в сътрудничество между учени и инженери там и Northrop Grumman.
Спирнак казва, че основната сила на работата на Соларен през последните месеци е именно това - намаляване на тежестта на техните модули. Макар ракетите за многократна употреба да свалят общата производствена цена още повече, Спирнак не затаява дъх в близко бъдеще; той мисли за използване на конвенционални тежкотоварни превозни средства, за да изкара компонентите на Solaren в космоса.
„Прекарахме много време безмилостно, сваляйки тежести от системата“, казва Спирнак. „Можем да пакетираме отделни големи елементи в единични ракети, с някои интересни подвизи на оригами“, въпреки че доставянето на цялата система в космоса все още ще изисква множество супер тежки пускови установки.
Джаф казва, че най-често срещаният въпрос, който получава, когато говори за космическата слънчева енергия, не е дали това може или трябва да се направи, а колко е опасен този енергиен лъч от космоса. Няма ли да минат пързалки птици и самолети в небето, когато преминават през гредата?
„Ако седите навън в слънчев следобед за 15 минути, няма да се изгорите“, обяснява той. „Нашите радиоприемници, телевизори и мобилни телефони не ни готвят и всички те са на същите честоти, каквито се предлагат. Вече има ограничения за безопасност [за микровълнови предавания], определени от IEEE [Институт на инженерите по електроника и електроника], така че вие проектирате система, която да гарантира, че мощността се разпределя върху голяма площ. Не случайно ще се превърне в смъртен лъч. "
За да получите най-доброто съотношение цена / тегло, ефективност на мащаба и сравними мощности за производство на електрическа енергия на средна атомна електроцентрала (1 до 2 гигавата), всеки масив за слънчево събиране в космоса би трябвало да бъде приблизително километър в диаметър.
Приемниците за събиране на земята трябва да бъдат съответно големи - за космическа соларна централа да генерира около един гигават енергия, един километров (.62 мили) слънчев колектор би излъчвал енергия до 3, 5 километра (2 мили) ) приемник на земята. Това ще изисква площ от около 900 декара. Сравнете това с инсталацията за слънчеви панели Solar Star в Калифорния, която в момента е най-голямото слънчево предприятие в САЩ, което заема 3200 декара.
Радиочестотното предаване на мощност има един съществен недостатък: „сигурните“ дължини на вълните, които също няма да бъдат пречупени от нещо толкова просто, тъй като дъждът вече е пренаселен, запушен чрез редовни радиопредавания, както и от военна, промишлена и спътникова употреба.
Критиците на космическата слънчева енергия, изтъкнати сред тях Елон Мъск, твърдят, че ефективността в икономически мащаб просто не може да бъде постигната поради цялото необходимо преобразуване и възстановяване на мощността.
Но Jaffe се надява, че старата пукнатина при сливането няма да се сбъдне и с космическата слънчева енергия: „За последните 60 години са минали 10 години“, смее се той.
Манкинс подчертава, че с прогнозата на световното население да избухне до 11, 3 милиарда до края на века, като почти цялото това е представено в развиващия се свят, космическата слънчева енергия заслужава сериозна инвестиция от публични субекти, както и от частни партньори. Той казва, че изобилието от чиста енергия е необходимо за задоволяване на основните човешки нужди, както и за справяне със сигурното унищожаване на околната среда, ако цялата тази енергия идва от конвенционални източници.
„Ако смесицата от енергийни източници не се промени радикално, няма начин да стигнем до въглеродни неутрални“, казва Манкинс. „Освен това не можете да кажете на 800 милиона хора в Китай, че трябва да останат в бедност. Необходимо е не просто да компенсираме днешната употреба на въглерод, а да гледаме напред 70 години и как да компенсираме три пъти днешната употреба. Наистина имаме нужда от големи решения. "
