Во время исследования 1979 года было установлено, что выпрямительная антенна будет иметь диаметр около 4 километров. Эта цифра по современным оценкам увеличилась примерно до 7,5 километров, а апертура предполагаемого передатчика должна составлять около 500 метров из-за возросших технологических возможностей

Концепция сбора солнечной энергии непосредственно в космосе - это идея энергогенерации в космическом пространстве и беспроводной передачи энергетических ресурсов на Землю.

Идея создания космической солнечной энергетический индустрии не нова. В 70-х годах НАСА и министерство энергетики США участвовали в проекте по исследованию космоса с целью поиска возможности развития в будущем крупных солнечных энергетических систем для беспроводной передачи энергии на Землю как для правительственных объектов, так и для коммерческого гражданского использования. [1]

В 1979 году НАСА разработало три рабочие теоретические модели, каждая из которых рассматривала микроволновое излучение в качестве беспроводного способа передачи энергии. В конечном итоге вывод исследователей заключался в том, что, хотя задача была выполнима, но решение обходилось слишком дорого и было экономически невыгодным. [2]

Есть четыре основные причины, по которым космическая солнечная энергия пересматривается сегодня. Во-первых, стоимость солнечной энергии значительно снизилась с 1980 года. Во-вторых, прогнозируемый рост мирового рынка электроэнергии быстро растет.

В-третьих, перед лицом глобального изменения климата солнечная энергия, как космическая, так и наземная, невероятно привлекательна в качестве доступного источника возобновляемой энергии. [1,2]

Наконец, технологические достижения в области беспроводной передачи энергии, интеллектуальная робототехника, улучшенное управление электропитанием с надежным распределением и контролем - все это делают подобные проекты вполне осуществимыми. [3]

Микроволновая беспроводная передача энергии

Есть три основных компонента для успешной беспроводной передачи энергии: передатчики сигналов, управление микроволновым лучом и выпрямительные антенны.

  • Передатчики. Они должны делать две вещи: эффективно преобразовывать энергию постоянного тока от солнечных коллекторов в радиочастотную энергию, а затем иметь возможность излучать ее с минимальными потерями и максимальным контролем.

В случае с космической солнечной энергией беспроводная передача энергии (БПЭ) была бы крупномасштабной, требующей фазированной антенной решетки для заданного распределения энергии радиочастотного излучения по апертуре. Эффективность передатчика важна не только для эффективности БПЭ на всех этапах, но и для управления температурой, чего очень сложно добиться в космосе. [3]

  • Контроль луча. Чрезвычайно важным аспектом безопасности беспроводной передачи энергии является контроль мощности луча. Необходима разработка методов управления направленным лучом для достижения точного наведения. [3]
  • Выпрямительные антенны - это приемники, используемые для преобразования электромагнитной энергии в постоянный электрический ток. Во время исследования 1979 года было установлено, что выпрямительная антенна будет иметь диаметр около 4 километров. [1]

Эта цифра по современным оценкам увеличилась примерно до 7,5 километров, а апертура предполагаемого передатчика должна составлять около 500 метров из-за возросших технологических возможностей. [3]

Антенна-выпрямитель должна напрямую подключаться к силовой подстанции, которая будет преобразовывать постоянный ток в переменный, используя те же методы, которые используются сейчас для ставшими уже традиционными земных фотоэлектрических систем.

При приблизительных размерах апертуры передатчика в 500 метров и приемника в 7,5 километра общая эффективность системы, передающей энергию на расстояние 36 000 км, оценивается примерно в 45%. [3]

Предлагаемые модели

  • SunTower. Эта концепция имеет конфигурацию длинной башни, в которой солнечные коллекторы с РЧ-передачей расположены с обеих сторон, что внешне напоминает ствол дерева с листьями или лепестками, как на рис. 1.

В нижней части башни, которая находится ближе к земле, находится микроволновый передатчик, необходимый для передачи радиочастотной энергии на Землю. Эта конфигурация является солнечно-синхронной, первоначально развернутой на нижней околоземной орбите, а затем мигрирующей на эллиптическую околоземную орбиту. [1,2]

  • SolarDisc. Эта концепция имеет вид одного большого диска, содержащего множество радиочастотных солнечных коллекторов диаметром около 3-6 километров. Диск должен быть солнечно-синхронным. В центре диска содержится микроволновый передатчик, необходимый для передачи радиочастотного излучения на Землю. [2]
Космическая солнечная энергетическая установка SunTower

Рис. 1. Идея конструкции космической солнечной энергетической установки SunTower. Предоставлено НАСА. Источник: Wikimedia Commons

Заключение

Существует ряд возможных преимуществ развертывания космической солнечной энергетической установки, наиболее важным из которых является возможность прямого сбора солнечной энергии.

Это связано со способностью собирать солнечную энергию 24 часа в сутки и тем, что солнечному свету нет необходимости проходить через земную атмосферу, чтобы попасть на солнечный коллектор, исключив значительную часть энергопотерь.

Несмотря на то, что идея предлагает колоссальные возможности, пока существует ряд технологических препятствий, которые необходимо устранить.

В частности, технические возможности и безопасность сверхмощной беспроводной передачи требуют дальнейшего изучения.

Поскольку мировой спрос на энергоресурсы продолжает расти, необходимо искать как можно больше возможностей использования возобновляемых источников энергии.

 

Источник:

Eva Wallack. «Космическая солнечная энергия».

Ссылки:

[1] H. F. Feingold and C. Carrington, «Оценка и сравнение космических солнечных концепций», Acta Astronaut. 53, 547 (2003).

[2] J. C. Mankins, «Новый взгляд на космическую солнечную энергетику: новая архитектура, концепции и технологии», Acta Astronaut. 41, 347 (1997).

[3] J. O. McSpadden and J. C. Mankins, «Космические солнечные программы и технология беспроводной передачи энергии», IEEE Microwave Magazine 3, No. 4, 46 (2002).

Комментарии

Василий Деев

Чего только не придумают.

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

  • Дата:16.06.2020
  • Просмотры:261
  • Источник: Stanford University

Другие публикации по теме