Přemýšlejte o tom, co víte o čistých zdrojích energie. Co je nejzelenější?
Hydroelektrické, geotermální, větrné a solární energie pravděpodobně napadnou. Ačkoli mohou být šetrné k životnímu prostředí, všichni mají značné limity na to, kolik energie mohou produkovat a kde je lze použít. Abychom si všimli, i přes některé opravdu chladné pokroky v solární energii, solární panely stále mohou generovat energii, pouze když svítí slunce.
Řešení je tedy zřejmé. Jděte tam, kde slunce nikdy nezapadá: do vesmíru.
To je vize vědců, výzkumníků a podnikatelů jak ve Spojených státech, tak v Japonsku, Číně a Evropě. Přestože byl tento koncept obměňován přinejmenším od 70. let, byl opakovaně revidován a opuštěn, protože dostat všechny části tam a lidi, aby to všechno dohromady, bylo neuvěřitelně drahé. Teprve s příchodem super malých, sériově vyráběných satelitů a znovu použitelných pomocných raket se některé začínají mnohem tvrději dívat na to, aby se vesmírná sluneční realita stala realitou.
Existují desítky a desítky nápadů, jak vybudovat kosmický solární systém, ale základní myšlenka jde takto: vypusťte a roboticky sestavte několik stovek nebo tisíců stejně velkých modulů na geosynchronní oběžné dráze. Jedna část obsahuje zrcadla pro odraz a soustředění slunečního světla na solární panely, které přeměňují energii na elektřinu. Převaděče přeměňují tuto elektřinu na mikrovlny s nízkou intenzitou, které jsou vyzařovány do velkých kruhových přijímačů na zemi. Tyto antény přeměňují mikrovlny zpět na elektřinu, která může být přiváděna do stávající sítě.
John Mankins, který strávil 25 let v NASA a v Caltech's Jet Propulsion Laboratory, získal v roce 2011 finanční prostředky od Institutu pokročilých koncepcí NASA, aby podrobněji upřesnil svůj koncept vesmírné solární elektrárny. Trvá na tom, že technologie a inženýrství potřebné k tomu, aby se vesmírná sluneční energie stala skutečností, existuje, ale stejně jako u každého nového drahého nápadu jde o greenbacky a geas.
"Není to jako fúze - není zapojena žádná nová fyzika, " říká Mankins s odkazem na ITER, 35-národní spolupráci na vybudování fúzního reaktoru ve Francii. "Neexistuje žádná tajná omáčka." Je finanční překážkou získat finanční prostředky na vývoj prvků a ukázat novou architekturu potřebnou k tomu. “
Mankins a další odhadují, že celkové náklady na vývoj, výstavbu, spouštění a montáž všech komponentů vesmírné solární elektrárny jsou řádově 4 až 5 miliard dolarů - zlomek cenové značky 28 miliard dolarů na čínské přehradě Tři soutěsky. Mankins odhaduje, že model v pracovním měřítku s komponenty v plné velikosti by mohl být za 100 milionů dolarů. Pro srovnání, dokončení nedávno dokončené jaderné elektrárny Watts Bar úřadu Tennessee Valley Authority trvalo 43 let, od začátku po koktavost a náklady byly 4, 7 miliardy dolarů.
Kriticky platí, že to, co by spotřebitelé zaplatili - cena za kilowatthodinu - musí být ve stejném parku jako běžné zdroje energie vyrobené z uhlí, zemního plynu a jaderné energie, které se pohybují v ceně od 3 do 12 centů za kilowatthodinu. Hydroelektrika může být neuvěřitelně levná, za méně než jeden cent za kilowatthodinu - ale pouze pokud budete mít to štěstí, že budete žít v oblasti s hojnými řekami s vysokým průtokem, například v částech Kanady a Wisconsinu. Geotermální energie je také velmi ekonomická, přihlašuje se 3 centy za kilowatthodinu, ale musíte se zeptat Islanďanů, jak se jim líbí jejich účty za elektřinu. A zastánci větru minulý rok trumfli zprávu, že náklady na tento obnovitelný zdroj klesly na 2, 5 centů za kilowatthodinu.
Aby se vesmírná solární energie stala konkurenceschopnou utilitou, je naprosto nezbytné, aby náklady na nízké dvojciferné nebo dokonce jednociferné centy za kilowatthodinu byly konkurenceschopné, říká Gary Spirnak, generální ředitel kalifornské energetické společnosti Solaren.
Společnost Spirnak je schválena jako poskytovatel sluneční energie v Kalifornii a měla minulé dohody o dodávkách se společností Pacific Gas and Electric, ale její obchodní model je zcela založen na výrobě energie z kosmické energie. Solaren je v procesu vyjednávání nových dohod s jedním nebo více společnostmi. Společnost má patenty zde v USA na svůj design i v Evropě, Rusku, Číně, Japonsku a Kanadě a zajistila první kolo financování laboratorní demonstrace komponentních technologií někdy v příštím roce. Spirnak doufá, že přesvědčí investory, aby do konce vývojové a testovací fáze, možná do pěti let, podpořili pilotní závod o velikosti 250 megawattů.
Aby fungovala vesmírná sluneční energie, jsou zapotřebí dvě základní kamenné struktury. Za prvé, polovodičové výkonové zesilovače, které účinně přeměňují elektřinu ze sebraného slunečního záření na vysokofrekvenční vlny, a přijímače na zemi, které znovu převádějí RF vlny zpět na elektřinu.
Paul Jaffe je držitelem rekordní patentované konverzní jednotky pro vesmírné solární „krokové“ převody před tepelnou vakuovou zkušební laboratoří Naval Research Laboratory. (Paul Jaffe) 
Space Solar Prototype: Tento konverzní modul slunečního záření na mikrovlnný systém pro vesmírnou solární energii byl jako první testován v kosmických podmínkách. Kosmická robotika by byla použita k sestavení tisíců k vytvoření vysílače kosmického solárního satelitu. (Paul Jaffe) 
V tomto tepelném vakuu a simulovaném solárním osvětlovacím zařízení byly testovány prototypy modulu NRL pro přeměnu vesmírné solární energie. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, inženýr z námořní výzkumné laboratoře ve Washingtonu, DC, pracoval na dvou prototypech sběrného modulu, který označuje jako „sendvič“, protože solární kolektor, výkonový měnič a vysokofrekvenční emitor jsou rozbity dohromady do jedné nohy - čtvercová dlaždice tlustá dva palce. Hmotnost každého jednotlivého modulu nakonec určuje cenu distribuované elektřiny na zemi; co se týče wattů na vypuštěný kilogram, Jaffe říká, že základní design dlaždic přišel kolem 6 wattů na kilogram.
Vzhledem k tomu, že výkon, 20letá životnost solární elektrárny, náklady na spuštění 2 500 $ za kilogram a různé úrovně nákladů na samotné komponenty, Jaffe vypočítá, že pokud se hmotnost sníží a výkon se zvýší na 500 wattů na kilogram, odpovídá 3 centům za kilowatthodinu.
"Díky opravdu jednoduchým věcem, abychom snížili hmotnost, se dostáváme do rozsahu 100 wattů na kilogram a 1 000 wattů na kilogram není blázen, " říká. "Se současnou solární technologií, která je již komerčně dostupná, získáte velmi dobrou efektivitu a tyto velmi efektivní, lehké vysokofrekvenční převaděče přenášíme každý den v našich kapsách."
RF převodníky jsou tím pravým důvodem, proč fungují mobilní telefony - telefony jsou v podstatě oslavené vysílačky, jejichž signálům pomáhá síť signálních reléových stanic. Převaděče v telefonu převádějí rádiové vlny na data, kterým rozumíme - zvuk - a naopak. Tato technologie je ústřední pro výzkum kosmického solárního systému v Caltechu, ve spolupráci mezi vědci a inženýry a Northrop Grumman.
Spirnak říká, že hlavní tah Solarenovy práce v posledních měsících byl právě to - snížení hmotnosti jejich modulů. Přestože opakovaně použitelné rakety by ještě více snížily celkové výrobní náklady, Spirnak v nejbližší době nedrží dech; uvažuje o použití konvenčních těžkých výtahových vozidel, aby dostal Solarenovy komponenty do vesmíru.
"Strávili jsme spoustu času bezohledně odebíráním hmotnosti ze systému, " říká Spirnak. "Můžeme zabalit jednotlivé velké prvky do jednotlivých odpalovacích zařízení, s některými zajímavými funkcemi origami, " ačkoliv dodání celého systému do vesmíru bude ještě vyžadovat několik velmi těžkých odpalovacích zařízení.
Jaffe říká, že jedinou nejčastější otázkou, kterou dostane, když mluví o vesmírné solární energii, není, zda je to možné nebo mělo být provedeno, ale jak nebezpečné je ten energetický paprsek z vesmíru. Nebudou na obloze vypalovat ptáky a letadla, když projdou paprskem?
"Pokud sedíte venku za slunečného odpoledne po dobu 15 minut, nespálíte se, " vysvětluje. "Naše rádia, televizory a mobilní telefony nás nevaří, a všechny jsou na stejných frekvencích, jaké jsou navrženy." IEEE [Ústav elektrotechnických a elektronických inženýrů] již stanovila bezpečnostní limity [pro mikrovlnné přenosy], takže navrhujete systém, který zajistí rozložení energie na velké ploše. To se náhodou nezmění na smrtelný paprsek. “
Aby bylo dosaženo co nejlepších poměrů nákladů a hmotnosti, efektivity z rozsahu a aby byla zajištěna srovnatelná kapacita výroby elektrické energie průměrné jaderné elektrárny (1 až 2 gigawatty), muselo by být jakékoli pole pro shromažďování sluneční energie v prostoru přibližně o kilometr v průměru.
Přijímače sběru na zemi by musely být odpovídajícím způsobem velké - pro kosmickou solární elektrárnu, která bude generovat kolem jednoho gigawattu energie, by sluneční paprsek o délce jednoho kilometru (0, 62 míle) vyzařoval energii na 3, 5 kilometru (2 míle) ) přijímač na zemi. To by vyžadovalo plochu asi 900 hektarů. Porovnejte to se solárním panelem Solar Star v Kalifornii, v současné době je největší solární elektrárnou ve Spojených státech, která zabírá 3 200 akrů.
Vysokofrekvenční přenos energie má jednu významnou nevýhodu: „bezpečné“ vlnové délky, které se také neztrhnou něčím tak jednoduchým jako déšť, jsou již přeplněné, zanesené běžnými rádiovými přenosy, stejně jako vojenské, průmyslové a satelitní použití.
Kritici vesmírné solární energie, mezi nimi prominentní Tesla Elon Musk, říkají, že efektivity v měřítku ekonomiky nelze dosáhnout kvůli veškerému převodu a přeměně požadované síly.
Ale Jaffe doufá, že se stará prasklina na fúze také nestane pravdou kosmického solária: „Bylo to posledních 10 let za posledních 60 let, “ směje se.
Mankins zdůrazňuje, že s prognózou celosvětové populace, která do konce století exploduje na 11, 3 miliardy, přičemž téměř vše, co je zastoupeno v rozvojovém světě, si kosmické solární zaslouží seriózní investice veřejných subjektů i soukromých partnerů. Říká, že hojná čistá energie je nezbytná k uspokojení základních lidských potřeb a také k zajištění zajištěného ničení životního prostředí, pokud veškerá tato energie pochází z konvenčních zdrojů.
"Pokud se směs energetických zdrojů radikálně nezmění, neexistuje způsob, jak bychom se dostali k uhlíkové neutrální, " říká Mankins. "Také v Číně nemůžete říct 800 milionům lidí, že musí zůstat v nesmírné chudobě." Je třeba nejen vyrovnat dnešní spotřebu uhlíku, ale také se těšit na 70 let a na to, jak dnešní spotřebu vyrovnáme třikrát. Opravdu potřebujeme velká řešení. “
