Kontroverse flackert ├╝ber Raumfahrt-basierte Solar Power Plans

Die Befürworter von Weltraum-Solarenergie könnten bald ihren Tag in der Sonne verbringen, da verschiedene Projekte, die Energie aus dem Orbit auf die Erde senden sollen, Gestalt annehmen. Aber mindestens ein Weltraum-Energie-Wissenschaftler befürchtet, dass ein US-basiertes Projekt zu viel verspricht, zu früh.

Letzte Woche haben die kalifornischen Aufsichtsbehörden einen Plan zur Genehmigung eines 15-Jahres-Vertrags mit der amerikanischen Solaren Corp. vorgelegt, der bis 2016 den Versorgungsgiganten Pacific Gas & Electric (PG & E) mit raumgestützter Solarenergie versorgen soll. Die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) hat sich auch mit einer privaten japanischen Koalition zusammengetan, um eine solare Raumstation für den Start in den 2030er Jahren zu entwerfen.

Solche Projekte ermutigen Wissenschaftler, die davon träumen, die Sonnenenergie direkt zu nutzen, ohne den bewölkten Himmel und den Tag-Nacht-Zyklus der Erde zu unterbrechen. Marty Hoffert, ein Physiker an der New York University und einer der größten Befürworter der Weltraum-Solarenergie, meint, dass die heutigen Technologien ermöglichen, dass Solarenergie im Weltraum so billig ist wie die üblichen Solarpanel-Arrays auf der Erde.

"Das Problem ist, dass wir die Solarenergie des Weltraums als etwas betrachten, das im Moment mit Kohle konkurrieren muss", sagte Hoffert, der kürzlich einen Vortrag über die Energieübertragung am New Jersey Institute of Technology hielt. "Nichts kann mit Kohle konkurrieren."

Trotz seiner Begeisterung bleibt Hoffert dem Plan von Solaren skeptisch. Und er warnt davor, dass das Versäumnis, den Traum von Weltraum-Solarenergie zu erfüllen, einen lebensgefährlichen Schlag erleiden könnte.

Eine Entscheidung der California Power Utility Commission über Solares Plan für PG & E könnte laut einem Dow Jones-Drahtbericht bereits am Donnerstag erfolgen.

Die Sonne nutzen

Sonnenkollektoren im Weltraum können sieben Mal mehr Sonnenenergie pro Einheit aufnehmen als solche auf der Erde und müssen sich nicht mit Wetter und Dunkelheit abfinden. Die Herausforderung bei der Nutzung dieser Energie liegt in den teuren Kosten für die Einführung von Material in den Weltraum und in der Frage, wie Energie zurück auf die Erde geworfen werden kann.

Mikrowellenstrahlung war lange Zeit die bevorzugte Lieferoption für Weltraumsolarstreitkräfte. Weltraumkraftwerke, die diese Methode verwenden, würden die von Sonnenkollektoren erzeugte Elektrizität in Radiofrequenzwellen (RF-Wellen) umwandeln, um zu einem mehrere Kilometer breiten Empfänger in der Erde zu senden.

Ein ehemaliger NASA-Wissenschaftler demonstrierte letztes Jahr das RF-Konzept, indem er zwischen zwei Hawaii-Inseln 20 Watt strahlte. gerade genug Energie, um eine schwache Glühbirne anzutreiben. Dieses Experiment kostete nur 1 Million Dollar. Ein großflächiges Solarstrom-Setup würde viel größere und teurere Empfänger erfordern.

Eine andere neuere Wahl ist in Form von Festkörperlasern aufgetreten. Solche Laser haben jetzt genug Energie, um Energie als einen eng fokussierten optischen Strahl zu liefern, der viel weniger teure Ausrüstung im Weltraum und auf dem Boden erfordert. Im Gegensatz zu RF können Laser jedoch zu größeren Problemen mit atmosphärischen Störungen und Wetterbedingungen führen.

"Mikrowellen können durch Wolken hindurchstrahlen, was Laser nicht können", erklärt Hoffert. "Mit Lasern müssen Sie Empfänger in Wüstenwebsites haben, die wolkenfrei sind, und möglicherweise Empfänger an mehreren Standorten sichern."

Hoffert favorisiert immer noch Laser wegen der geringeren Kosten, die im Vorfeld für eine Tech-Demonstration benötigt werden. Im Gegensatz dazu hat Solaren seine Auswahl abgewogen und sich für die RF-Technologie entschieden.

"Wir haben uns grundsätzlich für RF entschieden, weil es effizienter ist und Allwetterfähigkeit für die zuverlässige Lieferung von Strom an unsere Kunden bietet", sagte Cal Boerman, Solaren's Director of Energy Services.

Die Kosten der Weltraumkraft

Hoffert warnt vor Solaren's letztem Schritt und dem Versprechen des Unternehmens, bis 2016 200 Megawatt an PG & E-Versorgungskunden in Kalifornien zu liefern.

Hoffert schätzt, dass Solaren im besten Fall eine Übertragungseffizienz von etwa 50 Prozent erreichen könnte, was bedeutet, dass die Hälfte der Energie, die durch Weltraum-Solarmodule gesammelt wird, bei der Übertragung auf die Erde verloren gehen würde.

Solaren müsste dann ein Solarpanel-Array starten, das 400 Megawatt erzeugen kann. Das gesamte Startgewicht der gesamten Ausrüstung würde laut Hoffert etwa 400 Tonnen entsprechen oder 20 Starts in Shuttle-Größe.

Aber Solaren sagt, dass es nur vier oder fünf Schwerlast-Raketenstarts erfordern würde, die 25 Tonnen oder ungefähr ein Viertel von Hofferts Gewichtsschätzung tragen könnten. Das Unternehmen setzt auf die Entwicklung einer effizienteren Photovoltaik-Technologie für die Sonnenkollektoren sowie von Spiegeln, die das Sonnenlicht fokussieren.

"Solares patentiertes SSP-System [Space Solar Power] reduziert die SSP-Raumsegmentmasse im Vergleich zu früheren Konzepten drastisch", sagte Boerman ProfoundSpace.org.

Solaren hat keine Details über die Funktionsweise seiner Technologie zur Verfügung gestellt. Aber es erwartet, dass seine Weltraum-Solarenergie zu RF-Energie mit mehr als 80 Prozent Effizienz umwandeln kann, und erwartet eine ähnliche Umwandlungseffizienz für die Umwandlung der RF-Energie zurück in DC-Strom am Boden in Kalifornien. Das Unternehmen rechnet auch mit minimalen Übertragungsverlusten vom Boden bis zum Boden.

Hoffert ist nicht überzeugt, ohne die Details von Solaren's Technologie zu kennen. Er befürchtet, dass "voreiliger Optimismus" über unbewiesene und möglicherweise wissenschaftlich unplausible Konzepte den Ruf der Weltraum-Solarenergie ruinieren könnte, auch wenn Befürworter verzweifelt ihre Vision verwirklichen wollen.

"Zu viele Space-Power-Jungs haben geschwiegen, vielleicht um ihren Gegnern keinen Trost zu spenden", sagte Hoffert in einer E-Mail an Kollegen. "Aber Wissenschaftler sollten das nicht tun."

In die Zukunft strahlend

Hoffert glaubt immer noch stark an das Versprechen von Weltraum-Solarenergie und hat berechnet, dass es sogar so kosteneffektiv sein kann wie bodengestützte Solarmodule.Das liegt daran, dass Solarparks auf der Erde teure Speichersysteme bauen müssen, um während bewölkter Tage oder in der Nacht Energiereserven zu halten? obwohl Hoffert Solarparks immer noch als ideale Ergänzung zur Weltraum-Solarenergie ansieht.

Die Weltraum-Solarenergie muss sich hauptsächlich mit teuren Startkosten von etwa 15.000 US-Dollar pro Kilogramm sowie den enormen Kapitalkosten für den Bau von Boden-Arrays beschäftigen, wenn RF-Technologie beteiligt ist. Hoffert hat den Laserstrahl-Ansatz als eine neue effektive Kostensenkungsmaßnahme vorangetrieben und sogar einen Vorschlag mit seinem Sohn an ARPA-E, die neue Behörde des US-Energieministeriums, eingereicht.

"Die Kosten für die erste Stromversorgung müssen nicht in Hunderten von Milliarden liegen", sagte Hoffert. Sein Vorschlag beinhaltet Laserübertragungstests am Boden in einem NYU-Labor und dann ein Weltraumexperiment, das zur Internationalen Raumstation gestartet wurde.

Solche Strahlentests könnten sogar vereinzelte Stellen auf der Erde entlang der Bodenstation der Raumstation mit Strom versorgen, obwohl ein echtes solares Raumkraftwerk in einer geostationären Umlaufbahn sitzen würde.

Hoffert genehmigte Japans eigene Weltraum-Solarstromanstrengungen unter der Leitung von JAXA, die sowohl HF-Technologie als auch Laser als Mittel zur Energieübertragung testen sollten. Er stellt sich die Möglichkeit vor, dass Solarstrom innerhalb eines Jahrzehnts wirtschaftlich rentabel wird? aber nur, wenn die gesamte Wissenschaft die Technologie hinter den privaten Bemühungen unterstützt.

"Einige davon sind Physik und Ingenieurwissenschaften, und einige davon sind Geschäft und Werbung", sagte Hoffert. "Aber auf lange Sicht kann man Mutter Natur nicht täuschen."

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