¿Es la energía solar espacial un sueño caro y arriesgado? ¿O es una forma viable de combatir el cambio climático? Si bien la transmisión de energía solar desde el espacio a la Tierra puede implicar en última instancia la transmisión de gigavatios, el proceso podría ser sorprendentemente seguro y rentable, según expertos de Space Solar, la Agencia Espacial Europea y la Universidad de Glasgow.

Pero tendremos que ir mucho más allá del hardware de demostración y resolver una serie de desafíos de ingeniería si queremos aprovechar este potencial.

Diseño de energía solar basada en el espacio

Transmitir energía solar desde el espacio no es nada nuevo; Los satélites de telecomunicaciones han estado enviando señales de microondas generadas por el sol a la Tierra desde la década de 1960, pero enviar cantidades útiles de energía es una cuestión completamente diferente.

«La idea [has] «Ha existido desde hace poco más de un siglo», dijo Nicol Caplin, científico de exploración del espacio profundo de la ESA, en una entrevista. Podcast del mundo de la física. “Los conceptos originales eran en realidad ciencia ficción. Tiene sus raíces en la ciencia ficción, pero desde entonces ha habido una tendencia de interés que va y viene”.

Los investigadores están evaluando múltiples proyectos de energía solar basada en el espacio. Matteo Ceriotti, profesor titular de ingeniería de sistemas espaciales de la Universidad de Glasgow, escribió en La Conversación que se han propuesto muchos proyectos.

La iniciativa Solaris está explorando dos posibles tecnologías, según Sanjay Vijendran, líder de la iniciativa Solaris en la ESA: una que implica enviar microondas desde una estación en órbita geoestacionaria a un receptor en la Tierra, y otra que implica el uso de inmensos espejos en una órbita más baja. para reflejar la luz solar para granjas solares. Dijo que cree que ambas soluciones son potencialmente valiosas. La tecnología de microondas atrajo un interés más amplio y fue el tema principal de estas entrevistas. Tiene un potencial enorme, aunque también se pueden utilizar ondas de radio de alta frecuencia.

«Realmente tenemos una fuente de energía limpia procedente del espacio las 24 horas del día, los 7 días de la semana», dijo Vijendran. La energía se puede transmitir independientemente de las condiciones climáticas gracias a la frecuencia de microondas.

“Una central eléctrica de 1 gigavatio en el espacio sería comparable a las cinco granjas solares más grandes de la Tierra. Una central eléctrica con una capacidad de 1 gigavatio podría alimentar a unos 875.000 hogares durante un año”, afirmó Andrew Glester, presentador del podcast Physics World.

Pero no estamos preparados para implementar algo así. «Será un enorme desafío de ingeniería», dijo Caplin. Hay una serie de obstáculos físicos involucrados en la construcción exitosa de una estación de energía solar en el espacio.

Utilizando la tecnología de microondas, el panel solar de una central eléctrica en órbita que genere un gigavatio de energía tendría que tener un tamaño de más de 1 kilómetro cuadrado, según un estudio Artículo de naturaleza por la reportera principal Elizabeth Gibney. «Eso es más de 100 veces el tamaño de la Estación Espacial Internacional, cuya construcción llevó una década». También sería necesario montarlo de forma robótica, ya que la instalación orbital no estaría tripulada.

Las células solares tendrían que ser resistentes a la radiación y los desechos espaciales. También tendrían que ser eficientes y livianos, con una relación potencia-peso 50 veces mayor que la típica celda solar de silicio, escribió Gibney. Mantener bajo el costo de estas celdas es otro factor que los ingenieros deben tener en cuenta. Reducir las pérdidas durante la transmisión de energía es otro desafío, escribió Gibney. Según la ESA, es necesario mejorar la tasa de conversión de energía hasta un 10-15 por ciento. Esto requeriría avances técnicos.

Space Solar está trabajando en un proyecto satelital llamado CASSIOPeiA, que Physics World describir como si pareciera “una escalera de caracol, con los paneles fotovoltaicos como 'escalones' y los transmisores de microondas (dipolos en forma de varilla) como 'ascensores'”. Tiene forma helicoidal sin partes móviles.

“Nuestro sistema se compone de cientos de miles de módulos de energía del mismo tamaño que un plato. Cada módulo tiene energía fotovoltaica que convierte la energía del sol en electricidad de CC”, afirmó Sam Adlen, director ejecutivo de Space Solar.

“Esta energía CC luego impulsa la electrónica para transmitir la energía… hacia la Tierra desde antenas dipolo. Esta energía en el espacio se convierte en [microwaves] y se transmite en un haz coherente a la Tierra, donde es recibido por una antena rectificadora, convertido nuevamente en electricidad y alimentado a la red”.

Adlen dijo que las tecnologías robóticas para aplicaciones espaciales, como el ensamblaje en órbita, están avanzando rápidamente.

Ceriotti escribió que SPS-ALPHA, otro proyecto, tiene una gran estructura de colectores solares que incluye muchos helióstatos, que son pequeños reflectores modulares que se pueden mover individualmente. Estos enfocado luz solar para separar módulos de generación de energía y luego transmitida de regreso a la Tierra por otro módulo.