Prąd z kosmosu, którego potrzebuje świat. Zapomnij o panelach słonecznych w ogrodach i na dachach

Europa ma przed sobą zadanie z gatunku “niemożliwe, dopóki nie zrobimy”. Plan osiągnięcia zeroemisyjności do 2050 roku to jasny cel, ale codzienność energetyki wciąż pełna jest znaków zapytania. Co jednak, jeśli klucz do układanki nie leży na ziemi, tylko krąży nad nami? Naukowcy z King’s College London właśnie przyjrzeli się kosmicznej energetyce słonecznej (SBSP) tak dokładnie, jak dotąd nikt w europejskim kontekście. Wnioski? Delikatnie mówiąc, pobudzające wyobraźnię.

Panele słoneczne na orbicie mają rewolucyjny potencjał

Przeprowadzona właśnie analiza była pierwszą tak szczegółową, która wzięła pod uwagę wpływ SBSP na europejski system energetyczny. Została jednocześnie osadzona na solidnych filarach, bo na konkretnym projekcie NASA RD1, którego uruchomienie planowane jest na 2050 rok. Wyniki potrafią zaskoczyć, bo według badaczy kosmiczne panele mogłyby wyraźnie zmniejszyć naszą zależność od naziemnych OZE, a przy okazji ściąć zapotrzebowanie na magazyny energii o ponad dwie trzecie. Efekt? Mniej kosztownych akumulatorów, mniej nerwów przy bezwietrznych nocach i bezsłonecznych tygodniach, a do tego więcej przewidywalności w systemie, który ma zasilać domy, firmy i transport.

Czytaj też: Branża EV stoi przed gigantycznym wyzwaniem produkcyjnym. Potrzeba ogniw dla 142 milionów pojazdów

Nie jest to więc sucha akademicka teza, a wręcz zaproszenie do poważnej, pragmatycznej rozmowy o pieniądzach, a tych w grze jest sporo. Szacunki dla RD1 mówią o 35,9 miliarda euro oszczędności rocznie, czyli około 154 miliardów złotych w europejskim portfelu energetycznym. Skąd ten efekt? Z około 15-procentowej redukcji łącznych kosztów systemu: od wytwarzania, przez magazynowanie, po infrastrukturę sieciową. Bierze się to przede wszystkim z tego, że wyniesione na orbitę panele słoneczne nie są narażone na kaprysy pogody. Nie straszne im chmury, mgły, wichury czy burze piaskowe. Pracują nieprzerwanie, bo dzień i noc.

Zasada działania SBSP jest zaskakująco prosta jak na coś, co brzmi jak science fiction. Ogromne panele na satelitach zbierają promieniowanie słoneczne niemal bez przerw i przesyłają energię do naziemnych stacji odbiorczych, gdzie zamienia się ją na elektryczność wpiętą prosto w sieć. A że powodzie, trzęsienia ziemi czy huragany nie sięgają tak wysoko, mówimy o źródle odporności, którego dziś bardzo brakuje całemu sektorowi fotowoltaicznemu. Pozostaje więc pytanie – czy to znaczy, że jutro stawiamy w Europie sieć stacji odbiorczych i zamawiamy “satelity-elektrownie”? Oczywiście nie. Jeszcze.

Czytaj też: Darmowy prąd w kilka godzin. Minisystemy fotowoltaiczne do samodzielnego montażu biją rekordy

SBSP to wciąż technologia na progu dorosłości. Inżynieria, regulacje, standardy – wszystko to wymaga dopracowania, ale potencjał jest realny. Stabilność, niezawodność i skala, którą oferuje przestrzeń kosmiczna, mogą odciążyć system w najbardziej newralgicznych momentach i sprawić, że zeroemisyjność przestanie być tylko celem politycznym, a czymś, co zmieni codzienność każdego z nas. Pozostaje więc pytanie…czym dokładnie jest RD1, na którym to badacze oparli swoje wnioski?

Co to jest RD1 i jak trafia do nas energia z kosmosu

RD1 to pierwsza, referencyjna koncepcja NASA dla kosmicznych elektrowni słonecznych, która sprowadza się do ogromnej platformy na orbicie geostacjonarnej z “rojem luster”, które przez całą dobę kierują światło na koncentrator, a stamtąd na ogniwa fotowoltaiczne. Taki układ daje niemal stałą dobową produktywność. NASA zakłada, że system pracuje przez ok. 99% roku i jest przeskalowany tak, by oddawał do sieci ok. 2 GW mocy. RD1 wyrasta z wcześniejszego projektu SPS-ALPHA Johna Mankinsa, a jego parametry dopracowano pod analizy kosztów i emisji do 2050 roku.

Kluczowe pytanie brzmi – jak ta energia schodzi na Ziemię? W RD1 satelita zbiera promieniowanie słoneczne i zamienia je na prąd stały, po czym na orbicie konwertuje go na falę nośną – mikrofalę w paśmie rzędu 1-10 GHz lub laser w paśmie optycznym. Wiązka ta jest formowana w macierzy fazowanej i “świeci” w stronę anteny naziemnej, która przyjmuje siatkową strukturę, zmieniającą np. wspomnianą mikrofalę z powrotem na prąd stały, a następnie na prąd sieciowy. Skala takiego projektu robi wrażenie, bo w dotychczasowych analizach RD1 średnica naziemnej anteny ma wynosić ok. 6 km.

Mikrofale wykorzystuje się już w roli bojowej do niszczenia małych celów latających

Czytaj też: Kryzys w energetycznej transformacji. Pompy ciepła nie takie wspaniałe?

Sprawność? Trudno na nią narzekać, bo ma wynosić około 35% przy ogniwach fotowoltaicznych na orbicie, około 70% na konwersji energii do fal mikrofalowych, po drodze kilka procent strat na emisji, propagacji i zbiorze, a wreszcie ok. 78% sprawności samego odbiornika i ok. 90% na końcowej konwersji do prądu użytkowego. Sumarycznie do sieci ma trafiać mniej więcej 13% energii względem promieniowania padającego na panele, ale jako że będzie to trwało bez przerwy, potencjał takiego rozwiązania jest przeogromny.