Năng lượng mặt trời luôn là một phần quan trọng trong nguồn năng lượng sạch của con người. Chúng tôi đã đặt rất nhiều tấm thu ánh sáng mặt trời trên sân năng lượng mặt trời và nhiều người sử dụng đồ trang trí trên mái nhà hình chữ nhật để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của họ.
Nhưng nguồn cung cấp năng lượng tuyệt vời này có một điều cần lưu ý. Các tấm pin mặt trời không thể thu năng lượng vào ban đêm. Để làm việc với hiệu quả tối đa, chúng cần càng nhiều ánh sáng mặt trời càng tốt. Vì vậy, để tối đa hóa hiệu suất của những thiết bị bắt mặt trời này, các nhà nghiên cứu đang phát triển kế hoạch đưa chúng đến một nơi mà mặt trời không bao giờ lặn: ngoài không gian.
Về mặt lý thuyết, nếu một đống tấm pin mặt trời được đưa vào quỹ đạo, chúng có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời và lưu trữ một lượng điện lớn ngay cả trong những ngày nhiều sương mù và đêm đen tối nhất. Nếu năng lượng này được truyền không dây tới trái đất, hành tinh của chúng ta có thể hít thở năng lượng sạch tái tạo 24/7.
Trong bối cảnh khủng hoảng khí hậu ngày càng trầm trọng, sự thành công của năng lượng mặt trời không gian có thể quan trọng hơn bao giờ hết. Khi các nhà lãnh đạo thế giới tập trung tại Glasgow, Scotland để tham gia hội nghị thượng đỉnh COP26, điều kiện khí hậu hiện đang là tâm điểm chú ý. Hội nghị thượng đỉnh được gọi là 'cơ hội cuối cùng tốt nhất trên thế giới' để kiểm soát cuộc khủng hoảng.
CNET Science nêu bật một số chiến lược trong tương lai nhằm giúp các quốc gia giảm lượng khí thải carbon của con người. Các công nghệ thế hệ tiếp theo như năng lượng mặt trời không gian không thể giải quyết các vấn đề về khí hậu - chúng ta vẫn cần nhanh chóng khử cacbon trong hệ thống năng lượng của mình - nhưng đổi mới xanh có thể giúp đạt được mục tiêu của Thỏa thuận Paris: hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức thấp hơn nhiều Từ 2 đến hết của thế kỷ này, độ C (3,6 độ F).
Trong nhiều thập kỷ, năng lượng mặt trời không gian đã nằm trong tâm trí của những người hâm mộ khoa học viễn tưởng và các nhà khoa học.
Vào đầu những năm 1900, nhà khoa học và toán học người Nga Konstantin Tsiolkovsky (Konstantin Tsiolkovsky) đã liên tục giới thiệu một loạt thiết kế tương lai nhằm hình dung ra công nghệ của con người bên ngoài trái đất. Anh ta chịu trách nhiệm triệu hồi những thứ như thang máy không gian, tên lửa có thể điều khiển được và năng lượng mặt trời trong không gian, bạn đoán xem.
Kể từ khi Bell Labs phát minh ra 'tấm năng lượng mặt trời' bê tông đầu tiên vào những năm 1950, các nhà khoa học quốc tế đã làm việc chăm chỉ để biến giấc mơ khoa học viễn tưởng của Tsiolkovsky thành hiện thực. Họ bao gồm các nhà nghiên cứu Nhật Bản, quân đội Mỹ và nhóm dẫn đầu dự án năng lượng mặt trời không gian tại Viện Công nghệ California.
Nhà khoa học nghiên cứu cấp cao của dự án, Michael Kelzenberg, nói rằng năng lượng mặt trời không gian 'đã được nghiên cứu rộng rãi vào cuối những năm 1960 và 1970, hơi giống thời kỳ hoàng kim của chương trình Apollo.'
Thật không may, do trọng lượng và khối lượng của vật liệu, công nghệ thời đó không đủ tiên tiến để đạt được thành tích này một cách kinh tế và hiệu quả. Nếu không phá sản, rất khó để gửi các tấm pin mặt trời cổ điển lên vũ trụ bằng tên lửa.
Harry Atwater, nhà nghiên cứu chính của dự án cho biết: “Đặc điểm độc đáo và rõ ràng của phương pháp Caltech là tập trung vào việc giảm khối lượng thành phần theo hệ số từ 10 đến 100”. 'Điều này là cần thiết để giảm chi phí sản xuất và phóng nhằm tiết kiệm năng lượng mặt trời trong không gian.'
Nhóm Caltech đã không đưa các tấm pin mặt trời truyền thống vào không gian mà thay vào đó ủng hộ một loại tấm pin mặt trời mới nhẹ hơn, nhỏ gọn hơn và có thể gập lại được. Họ đề nghị gửi một số lượng lớn các tấm pin mặt trời thu nhỏ có lỗ thông gió tương tự như gạch lát vào đường đua.
Mỗi viên gạch riêng lẻ có mọi thứ nó cần, chẳng hạn như phát điện quang điện, để thu năng lượng mặt trời. Khi được kết nối trong không gian, những khối nhỏ này thực chất là một mỏ năng lượng tái tạo khổng lồ trôi nổi khắp trái đất.
Mặc dù nhóm nghiên cứu đang nghiên cứu một loạt vật liệu composite để tạo ra cấu trúc siêu nhẹ lý tưởng nhưng một số vật liệu thực sự kém hiệu quả hơn các tấm pin mặt trời của Trái đất. Nhưng Kelzenberg đã chỉ ra rằng trong không gian, “tính hiệu quả” đã mang một ý nghĩa mới.
Ông nói: “Sự gia tăng hiệu quả đến từ thực tế là bằng cách đặt chúng trong không gian, chúng có thể nhận được nhiều ánh sáng mặt trời mạnh vì ánh sáng mặt trời không cần phải xuyên qua bầu khí quyển”. 'Họ cũng dành phần lớn thời gian dưới ánh nắng mặt trời 24 giờ một ngày.'
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm pin này, chúng sẽ hấp thụ rất nhiều dòng điện một chiều hoặc năng lượng DC. Trong cơ chế của nhóm, năng lượng này được chuyển đổi thành tần số vô tuyến. Bước tiếp theo là mang sức mạnh này đến trái đất.
Theo nhóm nghiên cứu, điều này sẽ xảy ra thông qua bức xạ vi sóng. Năng lượng tần số vô tuyến sẽ được phát ra trên hành tinh của chúng ta, gợi nhớ đến các trường năng lượng mặt trời trên sa mạc. Tuy nhiên, những khu vực này sẽ chứa các máy thu có ăng-ten để thu năng lượng thu được thay vì các tấm pin mặt trời thông thường.
Về cơ bản nó là truyền năng lượng không dây, đây là gợi ý nổi tiếng của Nikola Tesla vào cuối thế kỷ 19.
Kelzenberg cho biết việc sử dụng bức xạ này cho phép hệ thống hoạt động trong điều kiện mưa và sương mù, vào ban đêm và khi có bão nhẹ, với nguy cơ bị gián đoạn chỉ khi thời tiết xấu nhất. Tuy nhiên, một câu hỏi thường được đặt ra về các mẫu bức xạ không dây là liệu chúng có ảnh hưởng xấu đến thảm thực vật hoặc đặc điểm đất đai hay không.
Ông giải thích: “Mật độ năng lượng nhận được trên trái đất tương đương với mật độ năng lượng trong những ngày nắng”. 'Về vấn đề này, hệ mặt trời không gian có thể được thiết kế để tiết kiệm chi phí và an toàn.'
Kelzenberg cho biết, như một biện pháp phòng ngừa an toàn bổ sung, có thể thực hiện các biện pháp quen thuộc, chẳng hạn như phong tỏa khu vực tiếp nhận. Các tháp điện thoại di động sử dụng các hình thức liên lạc sóng tương tự cũng có tác dụng tương tự.
Atwater cho biết, sau khi các máy thu trên Trái đất thu được năng lượng dưới dạng tần số vô tuyến, chúng sẽ làm việc với trạm mặt đất để chuyển đổi nó trở lại năng lượng DC, sau đó chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện xoay chiều và đưa vào lưới điện. .
Đây là một quá trình phức tạp, nhưng điểm cuối cùng, nguồn điện xoay chiều, là nguồn điện cũ thông thường để sạc iPhone qua ổ cắm tại nhà và cung cấp sự sống cho máy tính xách tay của bạn. Nhìn.
Atwater cho biết: “Chuyến bay vào vũ trụ đầu tiên của chúng tôi trình diễn công nghệ mô-đun năng lượng mặt trời trong không gian hiện dự kiến sẽ diễn ra trên một tàu vũ trụ thương mại vào cuối năm 2022”.
Mặc dù nhóm sẽ không đưa ra một thỏa thuận thực sự nhưng họ sẽ tiến hành một thử nghiệm để chứng minh tính khả thi của những công nghệ này ở quy mô nhỏ hơn. Đây sẽ là một dạng sáng chế tạm thời và đơn giản hơn. Họ thậm chí sẽ gửi một số pin mặt trời chưa từng thấy chân không trong không gian trước đây.
Nó không chỉ có thể giúp cung cấp năng lượng cho các khu vực vùng sâu vùng xa và cân bằng lưới điện để ngăn chặn tình trạng mất điện mà còn có thể cung cấp năng lượng cho các hoạt động khai thác trên các hành tinh khác.
Atwater giải thích: 'Năng lượng mặt trời không gian có thể được triển khai đến các khu vực xa xôi trên trái đất, nơi không có lưới điện hiện có; nó cũng có thể tạo ra năng lượng phụ tải cơ bản trên mặt trăng hoặc sao Hỏa thông qua sơ đồ phát điện quỹ đạo tương tự và phóng nó lên bề mặt'. .
Điều quan trọng nhất là con người có thể sử dụng năng lượng mặt trời 24/7 để tạo ra đủ năng lượng đáp ứng nhu cầu leo núi của hành tinh chúng ta, thậm chí có thể thay thế năng lượng hạt nhân hoặc than đá. Atwater cho biết: “Không giống như các tấm pin mặt trời trên Trái đất, nó đại diện cho nguồn năng lượng 'tải cơ bản' luôn sẵn có.
Kelzenberg nói thêm: 'Đây là lý do tại sao chúng tôi nghĩ rằng nó có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc đạt được một lưới điện hoàn toàn trung hòa carbon trong tương lai.'
Tất nhiên, vẫn còn một chặng đường dài để đi. Ngay cả khi thí nghiệm năm 2022 của nhóm thành công, họ vẫn cần xem xét chi phí sản xuất và các vấn đề pháp lý chiếm không gian quỹ đạo (có thể có những hạn chế của chính phủ). Các câu hỏi xung quanh tính thực tế của việc thay thế lưới điện đã biết bằng các nhà máy điện mặt trời trong không gian cũng sẽ tiếp tục tồn tại.
Kelzenberg nói: “Tôi nghĩ chúng ta chắc chắn có thể đồng ý rằng chi phí để có được một tấm pin mặt trời giá rẻ và đặt nó trên mặt đất sẽ thấp hơn nhiều so với chi phí phóng nó lên vũ trụ”. 'Nhưng ưu điểm thực sự của năng lượng mặt trời không gian là khả năng cung cấp năng lượng mặt trời cả ngày lẫn đêm.'
