Năng lượng mặt trời không dây: Một ứng dụng tương lai của năng lượng mặt trời với tiềm năng tác động toàn cầu

• tác giả:
• tên tác giả

  Tầm nhìn lượng tử
• 14 Tháng Tư, 2022

Tóm tắt thông tin chi tiết

Khai thác năng lượng mặt trời từ không gian thông qua Dự án Năng lượng Mặt trời Không gian (SSPP) có thể xác định lại cách chúng ta tiếp cận và sử dụng năng lượng, mang đến giải pháp thay thế sạch hơn và đáng tin cậy hơn cho các nguồn truyền thống. Thành công của dự án có thể dẫn đến giảm đáng kể chi phí năng lượng, hệ thống năng lượng phi tập trung và tăng tốc quá trình khử cacbon toàn cầu, cùng với việc tạo ra một ngành năng lượng vũ trụ mới. Tuy nhiên, hành trình hướng tới năng lượng mặt trời trên không gian cũng có những thách thức, bao gồm đầu tư ban đầu đáng kể, các rào cản kỹ thuật và quy định cũng như căng thẳng địa chính trị tiềm ẩn.

Bối cảnh năng lượng mặt trời không dây

Dự án thúc đẩy sự phát triển của điện mặt trời không dây do CALTECH đứng đầu được gọi là Dự án Điện Mặt trời Không gian (SSPP). Mục tiêu của dự án là truyền năng lượng tới Trái đất qua sóng vi ba một cách không dây. Năng lượng mặt trời này sau đó sẽ được thu hoạch trên quy mô lớn từ không gian bằng cách sử dụng các vệ tinh truyền năng lượng chứa đầy các tấm pin mặt trời. Các vệ tinh sẽ thu thập năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng những tấm gương khổng lồ để bức xạ sóng mặt trời lên một loạt các bộ thu năng lượng mặt trời nhỏ hơn đáng kể so với các tấm gương. Mục tiêu cuối cùng của dự án là khắc phục những hạn chế của các cơ sở năng lượng mặt trời trên Trái đất và loại bỏ nhu cầu lưu trữ điện năng. 

Trước mắt, thách thức quan trọng nhất mà các nhà nghiên cứu dự án phải đối mặt là hạn chế sự mất mát năng lượng từ không gian khi nó được truyền tới bề mặt Trái đất. May mắn thay, tiến bộ đang được thực hiện. Dựa trên lộ trình dự án hiện tại, sáng kiến ​​này dự kiến ​​sẽ đạt giai đoạn khởi động vào quý đầu tiên của năm 2023, với việc CALTECH nhận được 100 triệu USD vào tháng 2021 năm XNUMX cho SSPP. 

Cột mốc quan trọng này sẽ liên quan đến việc phóng các nguyên mẫu trình diễn vào quỹ đạo Trái đất. Những nguyên mẫu này đại diện cho công nghệ đa chức năng sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện và sau đó truyền năng lượng nói trên không dây vào không gian trống bằng cách sử dụng tần số vô tuyến và các cấu trúc vi mô để phân phối. (Đáng chú ý là chính phủ Trung Quốc cũng đang tài trợ cho một sáng kiến ​​nghiên cứu tương tự thông qua Trường Vi điện tử của Đại học Trùng Khánh.)

Tác động gián đoạn

Không giống như năng lượng mặt trời truyền thống được sản xuất trên Trái đất, có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết và ánh sáng ban ngày, năng lượng mặt trời trên không gian có thể cung cấp một nguồn đáng tin cậy hơn. Tính năng này có thể cho phép năng lượng mặt trời hoạt động như một lựa chọn năng lượng phụ tải cơ bản, đảm nhận vai trò thường được đảm nhiệm bởi nhiên liệu hạt nhân hoặc hóa thạch như than đá và khí đốt. Sự chuyển đổi sang năng lượng mặt trời trên không gian có thể định hình lại ngành năng lượng, cung cấp nguồn năng lượng sạch hơn và đáng tin cậy hơn.

Dự án SSPP nếu thành công và được triển khai trên quy mô lớn vào những năm 2050 có thể khiến giá năng lượng giảm đáng kể. Chi phí chính sẽ là xây dựng cơ sở hạ tầng và sản xuất các vệ tinh cần thiết để truyền năng lượng mặt trời từ không gian, nhưng một khi được thiết lập, việc dễ dàng tiếp cận nguồn năng lượng dồi dào này có thể khiến chi phí giảm xuống. Đối với các cá nhân, điều này có nghĩa là hóa đơn năng lượng phải chăng hơn, trong khi các công ty có thể hưởng lợi từ việc giảm chi phí hoạt động. 

Tuy nhiên, khoản đầu tư ban đầu vào cơ sở hạ tầng và công nghệ có thể rất lớn và có thể có những rào cản kỹ thuật và quy định cần vượt qua. Đối với các chính phủ, điều này có nghĩa là tạo ra các chính sách khuyến khích đầu tư và phát triển trong lĩnh vực này, đồng thời đảm bảo đáp ứng các cân nhắc về an toàn và môi trường. Các tổ chức giáo dục có thể cần điều chỉnh chương trình giảng dạy để chuẩn bị cho thế hệ kỹ sư và nhà khoa học tiếp theo cho lĩnh vực sản xuất năng lượng mới này. 

Ý nghĩa của năng lượng mặt trời không dây

Ý nghĩa rộng hơn của năng lượng mặt trời không dây có thể bao gồm: 

• Các nước đang phát triển được hưởng lợi từ nguồn cung cấp năng lượng liên tục để loại bỏ nền kinh tế của họ khỏi các dạng năng lượng dựa trên carbon, dẫn đến một bối cảnh năng lượng sạch hơn và tự cung tự cấp hơn.
• Các hệ thống năng lượng ngày càng phi tập trung khi các cộng đồng và thị trấn ở vùng sâu vùng xa có thể lấy năng lượng từ không gian thay vì yêu cầu xây dựng các đường dây truyền tải rộng khắp để kết nối chúng với lưới điện quốc gia, thúc đẩy quyền tự chủ của địa phương và giảm chi phí cơ sở hạ tầng.
• Đẩy nhanh tốc độ khử cacbon toàn cầu khi có thể cung cấp nhiều năng lượng mặt trời hơn một cách dễ dàng và đáng tin cậy hơn, góp phần giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu.
• Sự phát triển của ngành năng lượng vũ trụ mới và các ngành nghề mới để hỗ trợ ngành này, tạo cơ hội việc làm và kích thích tăng trưởng kinh tế trong các lĩnh vực liên quan đến công nghệ vũ trụ và năng lượng tái tạo.
• Các chính phủ xây dựng chính sách quản lý năng lượng mặt trời trên không gian, dẫn đến khung pháp lý mới cân bằng giữa bảo vệ môi trường, an toàn và lợi ích thương mại.
• Khả năng giảm nghèo năng lượng khi năng lượng mặt trời trên không gian trở nên dễ tiếp cận hơn và giá cả phải chăng hơn, dẫn đến cải thiện mức sống và cơ hội kinh tế ở những khu vực chưa được phục vụ đầy đủ.
• Sự thay đổi trong quy hoạch đô thị và thiết kế kiến ​​trúc để phù hợp với các hệ thống năng lượng mặt trời trên không gian, dẫn đến các tiêu chuẩn xây dựng mới và cách bố trí cộng đồng nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng.
• Sự xuất hiện của các chương trình giáo dục tập trung vào năng lượng mặt trời trong không gian, dẫn đến một thế hệ chuyên gia mới được đào tạo trong lĩnh vực chuyên môn này và nâng cao tiến bộ công nghệ.
• Căng thẳng địa chính trị tiềm ẩn phát sinh từ việc kiểm soát và tiếp cận năng lượng mặt trời trên không gian, dẫn đến các thỏa thuận và hợp tác quốc tế mới để đảm bảo phân phối công bằng và ngăn ngừa xung đột.

Các câu hỏi cần xem xét

• Những thách thức bảo trì nào được đưa ra bởi các cơ sở năng lượng mặt trời đặt trong không gian so với các cơ sở được xây dựng trên Trái đất? 
• Năng lượng mặt trời không dây có tốt hơn các nguồn điện hiện có không, và nhược điểm tiềm ẩn của nó là gì? 
• Sản xuất năng lượng mặt trời trên không gian có tiết kiệm hơn so với các phương án phát điện trên đất liền không?