Die Menschheit steht kurz davor, Sonnenenergie aus dem Weltraum zu gewinnen

Forscher des California Institute of Technology haben Geschichte der erneuerbaren Energien geschrieben, indem sie Sonnenkollektoren in den Weltraum schickten, um Sonnenenergie aus dem Orbit zu sammeln, berichtete Newsweek am 5. Januar auf seiner Website.

Am 3. Januar starteten Caltech-Forscher erfolgreich den Space Solar Power Demonstrator (SSPD). Dabei handelt es sich um einen Prototyp eines Raumfahrzeugs, das Sonnenenergie unabhängig von der Atmosphäre und dem Tagesgang sammelt. Das Raumschiff wird drahtlose Übertragung verwenden, um Sonnenenergie zurück zur Erde zu senden.

Sonnenkollektoren auf der Erde nutzen den photovoltaischen Effekt, um Sonnenlicht direkt in Strom umzuwandeln. Dabei treffen Photonen auf eine Silizium-Photovoltaikzelle, wodurch Elektronen aus den Atomen herausgeschlagen werden und so einen elektrischen Strom erzeugen. Energie kann auch mithilfe der konzentrierten Solarthermie (CSP)-Technologie aus Sonnenlicht gewonnen werden, bei der Spiegel oder Linsen verwendet werden, um Sonnenlicht zu sammeln und in Wärme umzuwandeln, wodurch schließlich Hochtemperaturdampf erzeugt wird, der über Turbinengeneratoren in Strom umgewandelt wird.

Im Jahr 2021 wird Solarenergie 4 Prozent der weltweiten Stromerzeugung ausmachen.

Ein großer Nachteil der Sonnenenergie auf der Erde ist jedoch, dass sie nur tagsüber Energie gewinnen kann und die Effizienz der Stromerzeugung durch Jahreszeiten und Bewölkung beeinträchtigt wird. Diese Probleme können im Weltraum vermieden werden.

Die SSPD besteht aus drei Komponenten, die jeweils einem eigenen Experiment unterzogen werden. Das erste Experiment ist das Deployable In-Orbit Ultralight Composite Experiment (DOLCE), das den Einsatz eines modularen Raumfahrzeugs testen wird, einer quadratischen Struktur von 6 Fuß (1,83 m), die die Mechanismen testen wird, die erforderlich sind, um schließlich einen Cluster der Ein-Kilometer-Klasse freizusetzen Raumfahrzeug. Das zweite Experiment ist ALBA, das testen wird, welche von 32 verschiedenen Arten von Photovoltaikzellen im Weltraum am effizientesten sind. Das letzte Experiment ist das Microwave Array for Power Transfer in Low Orbit Experiment (MAPLE), das die Verwendung von Mikrowellen zur Energieübertragung testen wird.

Es gibt jedoch eine Reihe wichtiger Meilensteine, die überschritten werden müssen, um diese aufstrebende Technologie zum Laufen zu bringen.

Kevin Trenberth, ein Klimawissenschaftler und angesehener Gelehrter am National Center for Atmospheric Research, sagte gegenüber Reportern: „Meiner Meinung nach besteht die größte Herausforderung darin, Sonnenenergie ohne große Verluste oder andere Probleme während dieser Zeit (wie z Solarlichtsäule, die außerhalb ihres vorgesehenen Bereichs fällt)."

Das sollte im Weltraum kein Problem sein, wo es keine Luft gibt“, sagte er. Aber Streuung kann immer dann auftreten, wenn sie von atmosphärischen Atomen (geladene Atome in der Ionosphäre) und Molekülen beeinflusst wird.“

Trenberth sagt, dass die schwerwiegendsten Probleme wahrscheinlich durch Wasserdampf verursacht werden, der Sonnenlicht absorbiert und etwas örtlich begrenzte Wärme erzeugt. Dies schwächt die Energieübertragung und deren Effizienz.

Einige Gebiete der Erde, wie die Subtropen, haben weniger Wasserdampf und könnten eine Art Fenster bieten“, sagt er. Aber ich weiß nicht, wie ich diese Fenster auf einer rotierenden Erde anvisieren und effizient nutzen soll. Dieses Problem kann bis zu einem gewissen Grad vermieden werden, indem Sonnenenergie in Mikrowellenenergie umgewandelt wird, die relativ leicht durch die Atmosphäre übertragen werden kann, sofern sie nicht durch Regentropfen oder Partikel beeinflusst wird.Auf der Erde werden Mikrowellentürme verwendet, um Energie über eine Reichweite von etwa 10 zu emittieren Meilen (etwa 16 Kilometer) statt Hunderte von Meilen."

Er sagte: „Ein großes Problem ist, dass sich die Sonnenenergie in alle Richtungen ausbreitet, anstatt sich zu sammeln. Eine bessere Aggregation könnte mit riesigen Antennen erreicht werden, aber selbst das würde riesige Empfänger erfordern.“

Selbst wenn sich herausstellt, dass diese Technologie funktioniert, glauben einige nicht, dass sie angenommen wird.

Thomas White, ein Solarzellenwissenschaftler und außerordentlicher Professor an der University of Sydney in Australien, sagte gegenüber Reportern: „Ich kann mir nur schwer vorstellen, wie dieser Ansatz mit der Photovoltaik auf dem Planeten konkurrieren könnte, selbst wenn die Speicherkosten berücksichtigt werden stellen Sie einen 24-Stundenvorrat bereit."

Er sagte: „Zwar gibt es einige sehr optimistische Szenarien für die zukünftige Technologieentwicklung (eine kürzlich von der Europäischen Weltraumorganisation in Auftrag gegebene Kosten-Nutzen-Analyse) legt nahe, dass die potenziellen Stromgestehungskosten (LCOE) zwischen 3,8 und 10,6 Eurocent pro liegen werden kWh bis 2045. Die derzeitigen Stromgestehungskosten für PV auf dem Planeten liegen bereits bei etwa 3 Eurocent pro kWh und sinken von Jahr zu Jahr, so dass sie bis 2045 deutlich unter diesem Preis liegen werden. Auch die Kosten für Energiespeicherung sinken rapide.“

Wenn weltraumgestützte Solarzellen erfolgreich sind, sagte White, müssen sie mit bestehenden Technologien konkurrieren, die bereits gut verstanden und in der Praxis als eine der billigsten Möglichkeiten zur Stromerzeugung erprobt sind und sich auf einem sehr vorhersehbaren Weg zu niedrigeren Kosten befinden.