Chính phủ Anh là được báo cáo đang xem xét một đề xuất trị giá 16 tỷ bảng Anh để xây dựng một trạm năng lượng mặt trời trong không gian.

Bạn đã đọc đúng. Năng lượng mặt trời dựa trên không gian là một trong những công nghệ nổi bật trong chính phủ Danh mục đầu tư đổi mới Net Zero. Nó đã được xác định là một giải pháp tiềm năng, cùng với những giải pháp khác, để giúp Vương quốc Anh đạt được số không ròng vào năm 2050.

Nhưng làm thế nào sẽ trạm năng lượng mặt trời trong không gian công việc? Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ này là gì?

Năng lượng mặt trời dựa trên vũ trụ liên quan đến việc thu năng lượng mặt trời trong không gian và chuyển nó về Trái đất. Mặc dù bản thân ý tưởng này không phải là mới, nhưng những tiến bộ công nghệ gần đây đã làm cho triển vọng này trở nên khả thi hơn.

Hệ thống năng lượng mặt trời trên không gian bao gồm một vệ tinh năng lượng mặt trời - một tàu vũ trụ khổng lồ được trang bị các tấm pin mặt trời. Những tấm pin này tạo ra điện, sau đó được truyền không dây đến Trái đất thông qua sóng vô tuyến tần số cao. Một ăng-ten mặt đất, được gọi là trực tràng, được sử dụng để chuyển đổi sóng vô tuyến thành điện, sau đó được đưa đến lưới điện.

Một trạm năng lượng mặt trời trên không gian trên quỹ đạo được mặt trời chiếu sáng 24 giờ một ngày và do đó có thể tạo ra điện liên tục. Điều này thể hiện một lợi thế so với các hệ thống điện mặt trời trên cạn (hệ thống trên Trái đất), chỉ có thể sản xuất điện vào ban ngày và phụ thuộc vào thời tiết.

Với nhu cầu năng lượng toàn cầu dự kiến ​​sẽ tăng gần 50 phần trăm vào năm 2050, năng lượng mặt trời dựa trên không gian có thể là chìa khóa để giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trên thế giới năng lượng lĩnh vực và giải quyết sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu.

Một số thách thức

Một trạm năng lượng mặt trời trên không gian dựa trên thiết kế mô-đun, nơi một số lượng lớn các mô-đun năng lượng mặt trời được lắp ráp bởi robot trên quỹ đạo. Việc vận chuyển tất cả các yếu tố này vào không gian rất khó khăn, tốn kém và sẽ gây tổn hại đến môi trường.

Sản phẩm trọng lượng của tấm pin mặt trời được xác định là một thách thức sớm. Nhưng điều này đã được giải quyết thông qua sự phát triển của pin mặt trời siêu nhẹ (một tấm pin mặt trời bao gồm các tế bào năng lượng mặt trời nhỏ hơn).

Năng lượng mặt trời trên không gian được coi là khả thi về mặt kỹ thuật chủ yếu nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ quan trọng, bao gồm cả pin mặt trời nhẹ, truyền điện không dâyvà robot vũ trụ.

Điều quan trọng là, việc lắp ráp dù chỉ một trạm năng lượng mặt trời trên không gian cũng sẽ đòi hỏi nhiều lần phóng. Mặc dù năng lượng mặt trời trên không gian được thiết kế để giảm lượng khí thải carbon trong thời gian dài, nhưng có lượng khí thải đáng kể liên quan đến các vụ phóng vào không gian, cũng như chi phí.

Tên lửa hiện không thể tái sử dụng hoàn toàn, mặc dù các công ty như Không gian X đang làm việc để thay đổi điều này. Việc có thể tái sử dụng hoàn toàn các hệ thống phóng sẽ làm giảm đáng kể chi phí tổng thể của năng lượng mặt trời trên không gian.

Nếu chúng ta quản lý để xây dựng thành công một trạm năng lượng mặt trời trên không gian, hoạt động của nó cũng phải đối mặt với một số thách thức thực tế. Các tấm pin mặt trời có thể bị hỏng bởi mảnh vỡ không gian. Hơn nữa, các tấm trong không gian không được che chắn bởi bầu khí quyển của Trái đất. Tiếp xúc với bức xạ mặt trời cường độ cao hơn có nghĩa là chúng sẽ suy thoái nhanh hơn những thứ trên Trái đất, điều này sẽ làm giảm sức mạnh mà chúng có thể tạo ra.

Sản phẩm hiệu quả truyền tải điện không dây là một vấn đề khác. Việc truyền năng lượng qua những khoảng cách lớn (trong trường hợp này là từ một vệ tinh mặt trời trong không gian xuống mặt đất) rất khó. Dựa trên công nghệ hiện tại, chỉ một phần nhỏ năng lượng mặt trời thu được sẽ đến được Trái đất.

Các dự án thí điểm đang được tiến hành

Sản phẩm Dự án điện mặt trời không gian ở Mỹ đang phát triển pin mặt trời hiệu suất cao cũng như hệ thống chuyển đổi và truyền tải được tối ưu hóa để sử dụng trong không gian. Mỹ Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân đã thử nghiệm một mô-đun năng lượng mặt trời và hệ thống chuyển đổi năng lượng trong không gian vào năm 2020. Trong khi đó, Trung Quốc đã công bố tiến độ của họ Trạm năng lượng mặt trời không gian Bishan, với mục tiêu có một hệ thống hoạt động vào năm 2035.

Ở Anh, phát triển điện mặt trời dựa trên không gian trị giá 17 tỷ bảng Anh (bao gồm cả chi phí vận hành) được coi là một khái niệm khả thi dựa trên Báo cáo tư vấn Frazer-Nash. Dự án dự kiến ​​sẽ bắt đầu với các thử nghiệm nhỏ, dẫn đến một nhà máy điện mặt trời hoạt động vào năm 2040.

Vệ tinh năng lượng mặt trời sẽ có đường kính 1.7 km, nặng khoảng 2,000 tấn. Ăng-ten trên mặt đất chiếm nhiều không gian; khoảng 6.7 km x 13 km. Với việc sử dụng đất trên khắp Vương quốc Anh, nó có nhiều khả năng được đặt ở ngoài khơi.

Vệ tinh này sẽ cung cấp năng lượng 2 gigawatt cho Vương quốc Anh. Mặc dù đây là một con số đáng kể, nhưng nó là một đóng góp nhỏ vào công suất phát điện của Vương quốc Anh, đó là khoảng 76 gigawatt.

Với chi phí ban đầu rất cao và thu hồi vốn đầu tư chậm, dự án sẽ cần nguồn lực đáng kể của chính phủ cũng như đầu tư từ các công ty tư nhân.

Nhưng khi công nghệ ngày càng phát triển, chi phí sản xuất và phóng vào không gian sẽ giảm dần. Và quy mô của dự án sẽ cho phép sản xuất hàng loạt, điều này sẽ giảm phần nào chi phí.

Liệu năng lượng mặt trời trên không gian có thể giúp chúng ta đạt mức không ròng vào năm 2050 hay không vẫn còn phải xem. Các công nghệ khác, như lưu trữ năng lượng đa dạng và linh hoạt, hydro và tăng trưởng trong hệ thống năng lượng tái tạo được hiểu rõ hơn và có thể dễ dàng áp dụng hơn.

Bất chấp những thách thức, năng lượng mặt trời dựa trên không gian là tiền đề cho các cơ hội nghiên cứu và phát triển thú vị. Trong tương lai, công nghệ này có thể sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng toàn cầu.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: NASA, Miền công cộng, qua Wikimedia Commons

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://singularityhub.com/2022/03/18/a-solar-power-station-in-space-heres-how-it-would-work-and-its-potential-benefits/