Energía espacial. Energía solar desde el espacio: ¿la energía del futuro? Convertir la energía solar en energía eléctrica

¿Dónde colocaremos el CSP? Probablemente en la OSG. En otras órbitas, es necesario instalar receptores por todo el planeta o llevar consigo un montón de baterías.

No fantaseemos por ahora, pero veamos las posibilidades disponibles.

El vehículo de lanzamiento Angara del cosmódromo de Plesetsk entregará entre 3 y 4 toneladas a la órbita geoestacionaria. ¿Qué puedes ponerles? Muy aproximadamente 100 cuadrados de paneles solares. Con un enfoque constante en el Sol y una eficiencia del 20 por ciento, se pueden obtener 300 W por cuadrado. Supongamos que se degradan un 5% al ​​año (espero que no sorprenda a nadie que los paneles solares en el espacio se deterioren por la radiación, los micrometeoritos, etc.).
Contemos: (100*300*24*365*20)/2=2.628.000.000 Wh.
Para comprender la magnitud total del problema, dejemos que estos megavatios lleguen a la Tierra sin pérdidas. El poder es impresionante, pero ¿y si no volamos a ninguna parte? Hay 300 toneladas de queroseno disponibles. El queroseno es casi gasolina. Hace una suposición más y toma un generador de gas normal (200 KW por 50 litros por hora).
200.000*300.000/50=1.200.000.000 Wh
Qué pasa: drenamos gasolina del cohete y ya obtenemos la mitad de potencia.
La otra mitad del cohete está ocupada por oxígeno líquido. Quería calcular el enfriamiento y la licuación a través de la capacidad calorífica, pero encontré en Internet un precio de 8200 rublos por tonelada de oxígeno líquido. Dado que el precio de coste es prácticamente sólo la electricidad (supongamos que un kilovatio equivale a 2 rublos):
300*8200*1000/2= 1.230.000.000 Wh
Ups, segunda mitad. La eficiencia ya es del 0%. Aún no hemos contado el cohete.

Pero inventaremos algún tipo de lanzador de carga útil para ponerlo en órbita.

Es decir, de alguna manera informaremos a los paneles. energía cinética en forma de 10 km/s:
3000*10000 2/2 = 150000000000 J = 41.700.000 Wh
Parece que hay una eficiencia del 5000%, pero hay algunos problemas:
- es poco probable que sea posible lanzar el objeto lo suficientemente alto, por lo que parte de la masa y la energía deben gastarse en superar la atmósfera;
- Todo lo que sea arrojado desde la Tierra según las leyes de la balística volverá a la Tierra, es decir, otra parte de la masa irá a la subida del perigeo.
Dejemos mucho ir a la protección térmica. Calculemos el cambio de órbita:
ΔV=raíz((3.986ּ10 14 /42000000)(1+2*6000000/(6000000+42000000)))=3441 m/s
Los mejores motores dan un impulso de 4500. Tomemos la fórmula de Tsiolkovsky:
M final =2000/exp(4500/3500)=572 kg
Tomemos motores de cohetes eléctricos, el impulso es 10 veces mayor y tenemos paneles. Sí, pero con la potencia existente de los paneles, el empuje será de milinewtons y la transición llevará años. Y sólo nos quedan un par de horas antes de aterrizar.
Como resultado: menos el motor, los tanques, las sobrecargas, es bueno si obtenemos la misma cantidad.

Levantemos los paneles del ascensor.

En general la idea no es mala. Si simplemente eleva la carga a una altura, calculamos el cambio en la energía potencial:
3000*9,81*36000000/3600 = 294.300.000 Wh
¿Cómo comunicarlos a la carga? Opciones de transmisión de electricidad:
- Por el propio ascensor. No es difícil imaginar las pérdidas y la masa de un conductor de 36.000 km de longitud. Ojalá pudiera construir el ascensor yo mismo.
- Por láser – menos una parte importante de la masa para la transformación.
- Entregar un número determinado de paneles de forma tradicional y luego levantar el resto con una cuerda de forma gratuita. Para un megavatio de potencia se necesitan 3 km 2 de paneles. En este caso, serán necesarias dos semanas para levantar la carga. Aquellos. Generaremos el mismo megavatio en un año.

Otras dificultades

Utilizando libremente kilómetros de paneles y la eficiencia de recibir energía solar en el espacio, raros autores cuentan cómo van a orientar los paneles hacia el Sol. La OSG es estacionaria sólo en relación con la Tierra. En consecuencia, necesitamos mecanismos y combustible.
También necesitamos convertidores, guardianes y receptores en la Tierra. ¿Hay muchos consumidores cerca del ecuador? Líneas de alto voltaje a través de la mitad de la bola. Si todo esto se multiplica por la probabilidad de completar la tarea que no es del 100%, la pregunta es, ¿quién podrá hacerlo?

Conclusiones:

- Con las tecnologías existentes, construir una central solar espacial no es rentable.
- Incluso si se levanta todo en un ascensor espacial, cuando se complete la construcción surgirá la pregunta de cómo deshacerse de los paneles defectuosos.
- Puedes traer un asteroide a la Tierra y hacer paneles con él. Algo me dice que cuando podamos hacer esto, ya no será necesario transmitir energía a la Tierra.

Sin embargo, no hay humo sin fuego. Y bajo las intenciones aparentemente pacíficas pueden esconderse otras completamente diferentes.
Por ejemplo, construir una estación espacial de combate es mucho más sencillo y mucho más eficiente:
- la órbita puede y debe elegirse más baja;
- No es necesario golpear el receptor al 100%;
- muy poco tiempo desde que se presiona el botón de inicio hasta que se alcanza el objetivo;
- no hay contaminación de la zona.

Estas son las conclusiones. Los cálculos pueden contener errores. Como siempre, invito a los lectores a corregirlos.

• Fantásticas plantas de energía

No es ningún secreto que, en consonancia con la lucha constante por una energía más productiva, respetuosa con el medio ambiente y más barata, la humanidad recurre cada vez más a fuentes alternativas de energía preciosa. En muchos países, un número bastante grande de residentes ha identificado la necesidad de utilizar módulos solares para suministrar electricidad a sus hogares.

Algunos de ellos llegaron a esta conclusión gracias a difíciles cálculos para ahorrar recursos materiales, y otros se vieron obligados a dar un paso tan responsable por circunstancias, una de las cuales es difícil de alcanzar. posición geográfica, provocando una falta de comunicaciones fiables. Pero no sólo en lugares de difícil acceso se necesitan paneles solares. Hay límites mucho más distantes que el borde de la tierra: esto es el espacio. La batería solar en el espacio es la única fuente de generación cantidad requerida electricidad.

Conceptos básicos de la energía solar espacial

La idea de utilizar paneles solares en el espacio apareció por primera vez hace más de medio siglo, durante los primeros lanzamientos. satélites artificiales tierra. En ese momento, en la URSS, Nikolai Stepanovich Lidorenko, profesor y especialista en el campo de la física, especialmente en el campo de la electricidad, fundamentó la necesidad de utilizar infinitas fuentes de energía en las naves espaciales. Esta energía sólo podría ser la energía del sol, que se produce mediante módulos solares.

Actualmente, todas las estaciones espaciales funcionan exclusivamente con energía solar.

El propio espacio es de gran ayuda en este asunto, ya que los rayos del sol, tan necesarios para el proceso de fotosíntesis en los módulos solares, están disponibles en abundancia en espacio exterior, y no hay interferencias en su consumo.

Una desventaja de utilizar paneles solares en órbita terrestre baja puede ser el efecto de la radiación sobre el material utilizado para fabricar la placa fotográfica. Gracias a esto influencia negativa La estructura de las células solares cambia, lo que conduce a una disminución en la generación de electricidad.

Fantásticas plantas de energía

En los laboratorios científicos de todo el mundo se está llevando a cabo una tarea similar: la búsqueda de electricidad gratuita procedente del sol. Simplemente no a escala de una casa o ciudad individual, sino a escala de todo el planeta. La esencia de este trabajo es crear módulos solares de enormes dimensiones y, en consecuencia, en producción de energía.

El área de dichos módulos es enorme y colocarlos en la superficie de la tierra supondrá muchas dificultades, como por ejemplo:

• Áreas amplias y libres para instalar receptores de luz.
• influencia de las condiciones climáticas en la eficiencia de los módulos,
• Costos de mantenimiento y limpieza de paneles solares.

Todos estos aspectos negativos excluyen la instalación de una estructura tan monumental en el suelo. Pero hay una salida. Consiste en instalar módulos solares gigantes en órbita terrestre baja. Cuando se implementa tal idea, la humanidad recibe una fuente de energía solar, que siempre está bajo la influencia. rayos de sol, nunca requerirá remoción de nieve y, lo más importante, no ocupará espacio útil en el suelo.

Por supuesto, quien sea el primero en instalar paneles solares en el espacio dictará sus condiciones en el sector energético mundial en el futuro. No es ningún secreto que las reservas de minerales de nuestra Tierra no sólo no son infinitas, sino que, por el contrario, cada día nos recuerdan que la humanidad pronto tendrá que recurrir a fuentes alternativas por la fuerza. Por este motivo, el desarrollo de módulos solares espaciales en órbita terrestre figura en la lista de tareas prioritarias para los ingenieros energéticos y los especialistas que diseñan las centrales eléctricas del futuro.

Problemas de colocar módulos solares en órbita terrestre.

Las dificultades para crear este tipo de centrales eléctricas no residen únicamente en la instalación, entrega y despliegue de módulos solares en órbita terrestre baja. Los mayores problemas los provoca la transmisión de la corriente eléctrica generada por los módulos solares al consumidor, es decir, al suelo. Por supuesto, no se pueden estirar los cables ni transportarlos en un contenedor. Existen tecnologías casi irreales para transmitir energía a distancias sin materiales tangibles. Pero estas tecnologías suscitan muchas hipótesis controvertidas en el mundo científico.

En primer lugar, una radiación tan fuerte afectará negativamente a una amplia zona de recepción de señales, es decir, una parte importante de nuestro planeta será irradiada. ¿Qué pasaría si con el tiempo hubiera muchas estaciones espaciales de este tipo? Esto podría provocar la irradiación de toda la superficie del planeta, lo que tendría consecuencias impredecibles.

En segundo lugar un punto negativo puede ser la destrucción parcial capas superiores atmósfera y capa de ozono, en lugares donde se transfiere energía desde la central eléctrica al receptor. Incluso un niño puede imaginar consecuencias de este tipo.

Además de todo, hay muchos matices de diferente naturaleza que aumentan los aspectos negativos y retrasan el lanzamiento de este tipo de dispositivos. Puede haber muchas situaciones de emergencia de este tipo, desde la dificultad de reparar los paneles en caso de una avería inesperada o una colisión con un cuerpo cósmico, hasta el problema banal de cómo deshacerse de una estructura tan inusual una vez finalizada su vida útil.

A pesar de todos los aspectos negativos, la humanidad, como suele decirse, no tiene adónde ir. La energía solar, hoy en día, es la única fuente de energía que puede, en teoría, cubrir las crecientes necesidades de electricidad de las personas. Ninguna de las fuentes de energía que existen actualmente en la Tierra puede comparar sus perspectivas de futuro con este fenómeno único.

Plazo aproximado de implementación

La central solar espacial hace tiempo que dejó de existir pregunta teorica. El primer lanzamiento de la central eléctrica a la órbita terrestre ya está previsto para 2040. Por supuesto, este es sólo un modelo de prueba y está lejos de las estructuras globales que se planea construir en el futuro. La esencia de tal lanzamiento es ver en la práctica cómo funcionará dicha central eléctrica en condiciones operativas. El país que asumió una misión tan difícil es Japón. El área estimada de las baterías, en teoría, debería ser de unos cuatro kilómetros cuadrados.

Si los experimentos muestran que puede existir un fenómeno como el de una planta de energía solar, entonces la dirección principal energía solar recibirán un camino claro para dominar tales inventos. Si el aspecto económico no consigue frenar todo el asunto en la fase inicial. El hecho es que, según cálculos teóricos, para poner en órbita una planta de energía solar en toda regla, se necesitan más de doscientos lanzamientos de vehículos de lanzamiento de carga. Para su información, el coste de una puesta en marcha de un camión pesado, según las estadísticas existentes, es de aproximadamente entre 500 y 1000 millones de dólares. La aritmética es sencilla y los resultados no son tranquilizadores.

La cantidad resultante es enorme y solo se utilizará para poner en órbita los elementos desmontados, pero aún es necesario montar todo el conjunto de construcción.

Para resumir todo lo dicho, cabe señalar que la creación de una planta de energía solar espacial es cuestión de tiempo, pero dicha estructura sólo puede ser construida por superpotencias que puedan soportar toda la carga económica de su implementación. del proceso.

En el espacio no hay atmósfera, nunca llueve y en las órbitas geoestacionarias nunca es de noche: este es el lugar ideal para una planta de energía solar que recolectará energía las 24 horas del día, los 365 días del año. $CUT$ Energía limpia desde arriba

Estados Unidos, China, India y Japón ya están desarrollando sus propios proyectos que incluirán paneles solares robóticos que enviarán cantidades gigantescas de energía limpia y renovable a la Tierra de forma inalámbrica.

Algunas opciones implican enviar hasta 1 GW de energía a través de haces a la Tierra, suficiente para alimentar Ciudad grande. Según Paul Jaffe, ingeniero espacial del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU., el concepto es absolutamente sólido desde el punto de vista científico.

"La NASA y el Departamento de Energía de Estados Unidos hicieron un estudio de 20 millones de dólares a finales de los años 70 y examinaron el concepto en detalle", dice Yaffe. “En aquel entonces todo el mundo llegó a la conclusión de que no había problemas con la física, pero sí cuestiones relacionadas con la economía”.

El principal problema es el coste de la serie de lanzamientos espaciales necesarios para construir un satélite que transmita energía. Con un costo de lanzamiento de 40.000 dólares por kilogramo en algunos casos, el precio final de la primera planta de energía solar basada en el espacio podría llegar a los 20.000 millones de dólares.

Contratistas privados

A medida que entramos en una era de exploración espacial privada que reduce significativamente los costos de lanzamiento, la física básica sugiere que transportar carga al espacio sigue siendo extremadamente costoso.

"Este tema se revisa cada 10 años, cuando las tecnologías cambian y, por lo tanto, cambia el lado económico del problema".

Yaffe dice que la guerra en el Medio Oriente dio un nuevo impulso al desarrollo de estaciones solares espaciales mientras los ingenieros científicos enfrentaban el desafío de entregar energía a áreas hostiles. Numerosos receptores ocultos podrían capturar energía cósmica y abastecer a los militares sin tener que arrastrar peligrosos y costosos generadores diésel por agua o aire.

"Si pudieras extraer electricidad del espacio, probablemente te lo preguntarías".

Preguntas de seguridad

Hay dos formas de llevar energía a la Tierra: en forma de rayos láser o microondas.

La opción del rayo láser implica enviar pequeños satélites transmisores de láser al espacio y tiene un costo relativamente bajo, entre 500 millones y mil millones de dólares. Los satélites autoensamblados reducirían aún más los costos y los láseres de pequeño diámetro serían bastante fáciles de ensamblar en la Tierra.

Pero con una potencia de 1 a 10 MW, se necesitarán muchos satélites para proporcionar cantidad suficiente energía. Además, los satélites tendrán problemas con la transmisión láser durante el tiempo nublado o lluvioso.

La opción de microondas permitiría una transmisión sin obstáculos durante la lluvia, la nieve u otras condiciones atmosféricas y sería capaz de transmitir gigavatios de energía.

La tecnología de microondas, según Yaffe, existe desde hace muchas décadas: en 1964, los científicos pudieron transmitir energía a un helicóptero mediante microondas. Yaffe dice que con un área de transmisión grande, las microondas estarán tan dispersas que no representarán una amenaza para la vida. Pero su principal inconveniente sigue siendo la necesidad de realizar cientos de lanzamientos al espacio, lo que permitirá construir estación Espacial. Todo esto equivale a decenas de miles de millones de dólares.

"Desafortunadamente, vale la pena señalar que al público no le gustan mucho los microondas y los láseres, ya que los microondas se asocian más a menudo con los microondas en la cocina y los láseres con las batallas espaciales en la ciencia ficción".

Sándwich energético

La investigación de Jaffe se centra en los llamados "módulos sándwich", elementos de células solares que convierten luz de sol en energía. Un lado del sándwich recibe energía solar mediante un panel fotovoltaico, la electrónica del centro convierte la corriente en una onda de radio y una antena del otro lado envía el haz al suelo.

"La gente probablemente no sabe que las ondas de radio pueden transmitir energía", dice Yaffe. - Porque estamos acostumbrados a pensar en la radio en el contexto de las comunicaciones, del teléfono o de la televisión. No piensan en el hecho de que las ondas de radio pueden transmitir energía”.

A pesar de que ya existen todas las tecnologías para equipar un panel solar espacial, Yaffe cree que la primera estación de este tipo no aparecerá pronto. Incluso a pesar de que los japoneses hicieron de dicha estación uno de los pilares de su programa espacial.

“Sin la base de investigación que tenemos en EE.UU., por ejemplo, la investigación sobre energía fusión termonuclear, es poco probable que logremos avances. Si los japoneses tienen éxito en los próximos cinco años, la gente podría empezar a hablar de por qué no estamos haciendo nada".

En última instancia, dice Yaffe, es difícil saber si una idea es viable hasta que realmente la pruebas.

YouTube enciclopédico

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✪ Energía del Universo. Los objetos más poderosos del espacio. Viaje espacial HD 01/04/2017

✪ Energía cósmica - Vadim Zeland

✪ Los últimos pasos espaciales de la URSS (RN Energia)

✪ Lección 118. Energía potencial de interacción gravitacional. Segunda velocidad de escape

✪ Evgeniy Averyanov - Mala suerte, energía cósmica y el generador de escoba

Subtítulos

Cronología del desarrollo de la energía espacial.

1990 :El Centro de Investigación M.V. Keldysh ha desarrollado un concepto para el suministro de energía a la Tierra desde el espacio utilizando órbitas terrestres bajas. “Ya en 2020-2030 es posible crear entre 10 y 30 centrales eléctricas espaciales, cada una de las cuales constará de diez módulos de energía espacial. La potencia total prevista de las estaciones será de 1,5 a 4,5 GW, y la potencia total del consumidor en la Tierra será de 0,75 a 2,25 GW”. Además, se planeó aumentar el número de estaciones hasta 800 unidades entre 2050 y 2100 y la potencia final del consumidor hasta 960 GW. Sin embargo, hasta la fecha se desconoce incluso la creación de un proyecto de trabajo basado en este concepto [ ] ;

2009 : La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón ha anunciado planes para poner en órbita un satélite de energía solar que transmitirá energía a la Tierra mediante microondas. Esperan lanzar el primer prototipo de un satélite en órbita para 2030.

2009 : Solaren, ubicada en California (EE.UU.), ha firmado un acuerdo con PG&E por el que esta última comprará la energía que Solaren producirá en el espacio. La capacidad será de 200 MW. Según el plan, 250.000 hogares funcionarán con esta energía. Está previsto que el proyecto se implemente en 2016.

2011 : Varias corporaciones japonesas han anunciado un proyecto que se basaría en 40 satélites con paneles solares adjuntos. El buque insignia del proyecto debería ser Mitsubishi Corporation. El traslado a tierra se realizará mediante ondas electromagnéticas, el receptor debería ser un “espejo” con un diámetro de unos 3 km, que estará ubicado en una zona desértica del océano. A partir de 2011, está previsto que el proyecto comience en 2012.

2013 : La principal institución científica de Roscosmos, TsNIIMash, ha tomado la iniciativa de crear plantas rusas de energía solar espacial (KSPP) con una capacidad de 1 a 10 GW con transmisión inalámbrica de electricidad a los consumidores terrestres. TsNIIMash señala que los desarrolladores estadounidenses y japoneses han optado por utilizar la radiación de microondas, que hoy en día parece ser mucho menos eficaz que la radiación láser.

Satélite de generación de energía

historia de la idea

La idea surgió originalmente en los años 1970. El surgimiento de tal proyecto estuvo asociado con la crisis energética. En este sentido, el gobierno estadounidense asignó 20 millones de dólares a la agencia espacial NASA y a Boeing para calcular la viabilidad del proyecto del satélite gigante SPS (Solar Power Satellite).

Después de todos los cálculos, resultó que un satélite de este tipo generaría 5.000 megavatios de energía, quedando 2.000 megavatios después de la transmisión a la Tierra. Para entender si esto es mucho o no, vale la pena comparar esta potencia con la central hidroeléctrica de Krasnoyarsk, cuya capacidad es de 6.000 megavatios. Pero el coste aproximado de un proyecto de este tipo es de 1 billón de dólares, lo que motivó el cierre del programa.

Diagrama de tecnología

El sistema supone la presencia de un emisor ubicado en órbita geoestacionaria. Se supone que convierte la energía solar en una forma conveniente para su transmisión (microondas, radiación láser) y la transmite a la superficie en forma "concentrada". En este caso, debe haber un “receptor” en la superficie que perciba esta energía.

Satélite espacial La captación de energía solar consta esencialmente de tres partes:

• medios para recoger energía solar en el espacio exterior, por ejemplo mediante paneles solares o un motor térmico Stirling;
• medios para transmitir energía al suelo, por ejemplo, mediante microondas o láser;
• Medios para generar energía en la Tierra, como a través de recenas.

La nave espacial estará en GEO y no necesitará sostenerse contra la gravedad. Tampoco necesita protección contra el viento terrestre o el clima, pero resistirá peligros espaciales como micrometeoritos y tormentas solares.

Relevancia hoy

Dado que en los 40 años transcurridos desde que apareció la idea, los paneles solares han bajado mucho de precio y aumentado su productividad, y se ha vuelto más barato llevar carga a la órbita, en 2007 la Sociedad Espacial Nacional de los Estados Unidos presentó un informe en el que habla sobre las perspectivas de desarrollo de la energía espacial en la actualidad.

Ventajas del sistema

• Alta eficiencia debido a que no hay atmósfera, la producción de energía no depende del clima ni de la época del año.
• Hay una ausencia casi total de interrupciones, ya que el sistema de anillos de satélites que rodean la Tierra tendrá al menos uno iluminado por el Sol en un momento dado.

Cinturón lunar

Un proyecto de energía espacial presentado por Shimizu en 2010. Según la idea de los ingenieros japoneses, se debería tratar de un cinturón de paneles solares que se extendería a lo largo de todo el ecuador de la Luna (11 mil kilómetros) y tendría 400 kilómetros de ancho.

Paneles solares

Dado que la producción y el transporte de tal cantidad de células solares desde la Tierra no es posible, según los científicos, las células solares deberán producirse directamente en la Luna. Para ello, puedes utilizar tierra lunar a partir de la cual podrás fabricar paneles solares.

Transferencia de energía

La energía de este cinturón será transmitida por ondas de radio utilizando enormes antenas de 20 kilómetros y recibida por recenas aquí en la Tierra. El segundo método de transmisión que se puede utilizar es la transmisión de un haz de luz mediante láseres y la recepción mediante un captador de luz en el suelo.

Ventajas del sistema

Dado que en la Luna no hay atmósfera ni fenómenos meteorológicos, se puede generar energía casi las 24 horas del día y con un alto factor de eficiencia.

David Criswell ha sugerido que la Luna es un lugar óptimo para plantas de energía solar. La principal ventaja de colocar colectores de energía solar en la Luna es que la mayoría de los paneles solares se pueden construir con materiales locales, en lugar de recursos terrestres, lo que reduce significativamente la masa y, por tanto, los costes en comparación con otras opciones de plantas de energía solar espaciales.

Tecnologías utilizadas en la energía espacial.

Transmisión inalámbrica de energía a la Tierra.

La transmisión inalámbrica de energía se propuso desde el principio como medio para transferir energía desde una estación espacial o lunar a la Tierra. La energía se puede transmitir mediante radiación láser o microondas en varias frecuencias según el diseño del sistema. ¿Qué opciones se han tomado para garantizar que la transmisión de radiación sea no ionizante para evitar posibles violaciones¿Ecología o sistema biológico de la región para la producción de energía? El límite superior de la frecuencia de la radiación se establece de modo que la energía por fotón no provoque la ionización de los organismos al pasar a través de ellos. Ionización materiales biológicos comienza solo con radiación ultravioleta y, como resultado, aparece en frecuencias más altas, por lo que una gran cantidad de radiofrecuencias estarán disponibles para la transferencia de energía.

Láseres

Convertir la energía solar en energía eléctrica

En la energía espacial (en las centrales existentes y en el desarrollo de centrales eléctricas espaciales), la única forma de obtener energía de manera eficiente es el uso de células fotovoltaicas. Una fotocélula es un dispositivo electrónico que convierte la energía de los fotones en energía eléctrica. La primera fotocélula basada en el efecto fotoeléctrico externo fue creada por Alexander Stoletov en finales del XIX siglo. Los dispositivos más eficientes, desde el punto de vista energético, para convertir la energía solar en energía eléctrica son los convertidores fotovoltaicos semiconductores (PVC), ya que se trata de una transición energética directa de una sola etapa. La eficiencia de las células solares producidas comercialmente es en promedio del 16%, y las mejores muestras llegan hasta el 25%. EN condiciones de laboratorio Ya se ha alcanzado una eficiencia del 43%.

Recibir energía de las ondas de microondas emitidas por el satélite

También es importante resaltar las formas de obtener energía. Uno de ellos es la obtención de energía mediante recenas. Rectenna (antena rectificadora) es un dispositivo que es una antena no lineal diseñada para convertir la energía del campo de una onda que incide sobre ella en energía de corriente continua. La opción de diseño más simple puede ser un vibrador de media onda, entre cuyos brazos se instala un dispositivo con conductividad unidireccional (por ejemplo, un diodo). En esta opción de diseño, la antena se combina con un detector, en cuya salida, en presencia de una onda incidente, aparece una fem. Para aumentar la ganancia, dichos dispositivos se pueden combinar en matrices de múltiples elementos.

Ventajas y desventajas

La energía solar cósmica es energía que se obtiene fuera de la atmósfera terrestre. En ausencia de contaminación por gases en la atmósfera o en las nubes, aproximadamente el 35% de la energía que ingresa a la atmósfera cae a la Tierra. Además, eligiendo la trayectoria orbital correcta, se puede obtener energía aproximadamente el 96% de las veces. Así, los paneles fotovoltaicos en la órbita geoestacionaria de la Tierra (a una altitud de 36.000 km) recibirán una media de ocho veces más luz que los paneles situados en la superficie de la Tierra y aún más cuando astronave estará más cerca del Sol que la Tierra. Una ventaja adicional es el hecho de que en el espacio no hay problemas de peso o corrosión de los metales debido a la falta de atmósfera.

Por otro lado, la principal desventaja de la energía espacial hasta el día de hoy es su elevado coste. Fondos gastados en poner el sistema en órbita. masa total 3 millones de toneladas se amortizarán sólo dentro de 20 años, y esto si tenemos en cuenta el coste específico de transportar la carga desde la Tierra a la órbita de trabajo de 100 $/kg. El costo actual de poner carga en órbita es mucho mayor.

El segundo problema al crear un IPS son las grandes pérdidas de energía durante la transmisión. Al menos entre el 40 y el 50% se perderá al transmitir energía a la superficie de la Tierra.

Principales problemas tecnológicos

De acuerdo a estudios Americanos 2008, hay cinco desafíos tecnológicos importantes que la ciencia debe superar para que la energía espacial esté fácilmente disponible:

• Los componentes fotovoltaicos y electrónicos deben funcionar con alta eficiencia cuando alta temperatura.

• La transferencia de energía inalámbrica debe ser precisa y segura.

• Las centrales eléctricas espaciales deberían ser económicas de producir.

• Bajo costo de los vehículos de lanzamiento espacial.

• Mantener una posición constante de la estación sobre el receptor de energía: la presión de la luz solar alejará la estación de la posición deseada y la presión de la radiación electromagnética dirigida hacia la Tierra alejará la estación de la Tierra.

Otras formas de utilizar la energía cósmica

Uso de electricidad en vuelos espaciales.

Además de irradiar energía a la Tierra, los satélites ECO también pueden alimentar estaciones interplanetarias y telescopios espaciales. También puede ser una alternativa segura reactores nucleares en un barco que volará al planeta rojo. Otro sector que podría beneficiarse

Historia de la idea: La idea apareció originalmente en los años 1970. El surgimiento de tal proyecto estuvo asociado con la crisis energética. En este sentido, el gobierno estadounidense asignó 20 millones de dólares a la agencia espacial NASA y a Boeing para calcular la viabilidad del proyecto del satélite gigante SPS (Solar Power Satellite). Después de todos los cálculos, resultó que un satélite de este tipo generaría 5.000 megavatios de energía, quedando 2.000 megavatios después de la transmisión a la Tierra. Para entender si esto es mucho o no, vale la pena comparar esta potencia con la central hidroeléctrica de Krasnoyarsk, cuya capacidad es de 6.000 megavatios. Pero el coste aproximado de un proyecto de este tipo es de 1 billón de dólares, lo que motivó el cierre del programa.

Estructura del dispositivo: Un satélite espacial de captación de energía solar consta esencialmente de tres partes: un medio para captar energía solar en el espacio, por ejemplo mediante paneles solares o un motor térmico Stirling. medios para transmitir energía al suelo, por ejemplo, a través de microondas o láser. medios de obtención de energía en tierra, por ejemplo a través de antenas. La nave espacial estará en GEO y no necesitará sostenerse contra la gravedad. Tampoco necesita protección contra el viento terrestre o el clima, pero hará frente a peligros espaciales como micrometeoritos y tormentas solares.

Ventajas y desventajas de la energía solar en la Tierra versus el Espacio: La energía solar espacial es la energía que se recibe fuera de la atmósfera terrestre. En ausencia de contaminación de gases en la atmósfera o en las nubes, aproximadamente el 35% de la energía que ingresa a la atmósfera cae a la Tierra. Además, eligiendo la trayectoria orbital correcta, se puede obtener energía aproximadamente el 96% de las veces. Así, los paneles fotovoltaicos en la órbita geoestacionaria de la Tierra (km de altitud) recibirán una media de ocho veces más luz que los paneles en la superficie terrestre y aún más cuando la nave espacial esté más cerca del Sol que la Tierra. Una ventaja adicional es el hecho de que en el espacio no hay problemas de peso o corrosión de los metales debido a la falta de atmósfera. Por otro lado, la principal desventaja de la energía espacial hasta el día de hoy es su elevado coste. Otra desventaja es el hecho de que habrá una pérdida de al menos un 40-50% al transmitir energía a la superficie de la Tierra.

Principales desafíos tecnológicos: Según un estudio estadounidense de 2008, hay cuatro desafíos tecnológicos importantes que la ciencia debe superar para que la energía espacial esté fácilmente disponible: Los componentes fotovoltaicos y electrónicos deben funcionar con alta eficiencia a alta temperatura. La transferencia de energía inalámbrica debe ser precisa y segura. Las centrales eléctricas espaciales no deberían ser caras de producir. Bajo costo de los vehículos de lanzamiento espacial. Mantener una posición constante de la estación sobre el receptor de energía: después de todo, la energía de colisión con las partículas del Sol empujará a la estación lejos de la posición deseada, y la energía transmitida a la Tierra empujará a la estación lejos de la Tierra.