جمع آوری انرژی خورشیدی از فضا توسط چینی ها

در هر صورت اکنون جهان یک قدم به تحقق انرژی خورشیدی فضایی عملیاتی نزدیک‌تر شده است، زیرا دانشمندان دانشگاه "شیدیان"(Xidian) در چین، آزمایش و بررسی یک آرایه زمینی ساخته شده برای جمع‌آوری انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا را تحت عنوان پروژه "OMEGA" به انجام رسانده‌اند.

در تئوری، نیروگاه دانشگاه "شیدیان" به ماهواره‌های مداری متصل می‌شود که به دلیل مدارهای زمین‌ثابت، بی‌وقفه انرژی خورشیدی تولید می‌کنند و سپس این انرژی را از طریق پرتوهای مایکروویو با فرکانس بالا به زمین می‌تابانند. این نیروگاه دارای پنج زیرسیستم مختلف با هدف توسعه آرایه‌های انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا خواهد بود.

انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا پتانسیل بالایی دارد، زیرا می‌تواند به طور مداوم انرژی جمع‌آوری کند، در حالی که از مشکلات رایجی مانند آب و هوای بد و انتظار برای طلوع آفتاب عبور کرده است. با این حال، موانعی مانند ارزیابی اثرات پرتوی انرژی با فرکانس بالا بر ارتباطات، ترافیک هوایی و رفاه ساکنان مجاور نیروگاه‌های وجود دارد.

بنابراین از بسیاری جهات، فضا مکان مناسبی برای استقرار و استفاده از آرایه‌های انرژی خورشیدی است، چرا که به عنوان مثال هیچ ابری میان نور خوشید و این آرایه‌ها وجود ندارد، هیچ تغییر فصلی وجود ندارد، هیچ فیلتر جوی وجود ندارد و پنل‌های خورشیدی می‌توانند در طول هر ساعت از شبانه‌روز با حداکثر بازدهی کار کنند طبق برخی تخمین‌ها، اگر یک پنل خورشیدی را در فضا مستقر کنیم، تا شش الی هشت برابر بیشتر از آنچه در زمین می‌تواند انرژی تولید کند، کارایی خواهد داشت.

حالا مشکل اینجاست که مدار "زمین‌ثابت" که در آن یک ماهواره کم و بیش درست بالای یک نقطه از زمین به شکل ثابت و متمرکز می‌ماند، در ارتفاع حدود ۳۶ هزار کیلومتری قرار دارد که این تقریباً سه برابر عرض زمین است و انتقال انرژی از این فاصله بسیار دشوار است. ضمن اینکه انتقال این انرژی از فضا به زمین به اضافه هزینه‌های وحشتناک پرتاب‌های فضایی، کار را مشکل‌تر کرده است.

اما هزینه‌های پرتاب‌های فضایی با ظهور موشک‌های قابل استفاده مجدد و فناوری‌های پرتاب اشتراکی و جایگزین کاهش یافته است و این در حالی است که جهان به شدت به انرژی پاک قابل اعتماد نیاز دارد، بنابراین تحقیقات در مورد انرژی خورشیدی فضایی، به‌ویژه بر روی بهبود کارایی انتقال انرژی بی‌سیم، ادامه دارد. محققان امیدوارند که فقط به اندازه چند پیشرفت با تولید برق فرازمینی به صورت تجاری فاصله مانده باشد.

یکی از این پروژه‌های تحقیقاتی مربوط به همین «سیستم تأیید زمینی نیروی خورشیدی فضایی» است که در دانشگاه "شیدیان"(Xidian) چین ساخته شده است.

این پروژه برای اولین بار در سال ۲۰۱۴ از دانشکده مهندسی الکترومکانیک دانشگاه "شیدیان" پیشنهاد شد. این سیستم تأیید زمینی با ارتفاع ۷۵ متر(۲۴۶ فوت) که ساخت آن در سال ۲۰۱۸ آغاز شد، به گونه‌ای طراحی شده است که امکان تحقیق در مورد متمرکز سازی نور با راندمان بالا و تبدیل فوتوالکتریک، تبدیل مایکروویو، انتشار امواج مایکروویو و بهینه‌سازی شکل موج، اندازه‌گیری و کنترل پرتوهای مایکروویو، دریافت و تصحیح مایکروویو، و طراحی ساختار مکانیکی هوشمند را فراهم کند.

طبق بیانیه مطبوعاتی این دانشگاه، کارایی این سازه به تازگی توسط گروهی از کارشناسان بازدیدکننده پس از نمایش انتقال بی‌سیم مایکروویو برق در فاصله ۵۵ متری(۱۸۰ فوت) تأیید شده است.

این اولین سیستم در جهان است که طیف کامل عملکردهای خورشیدی فضایی از جمله ردیابی خورشید، متمرکز سازی نور، تبدیل آن به الکتریسیته، انتقال آن به شکل مایکروویو و دریافت آن در یک "آنتن یکسو کننده"(rectenna) جداگانه را پوشش می‌دهد.

آنتن یکسوکننده، آنتن تصحیح کننده یا آنتن اصلاح شونده، نوع خاصی از آنتن است که برای تبدیل انرژی مایکروویو به برق جریان مستقیم کاربرد دارد.

دانشگاه "شیدیان" می‌گوید که این سیستم در حال حاضر در حالی که تست‌های موفقیت آمیز خود را سه سال زودتر از برنامه پشت سر گذاشته است، در حال کار است.

قسمت بالایی این سازه مجموعه‌ای از دیش‌ها را به حالت تعلیق در خود دارد که به عنوان یک ماهواره جانشین عمل می‌کند و نور خورشید را متمرکز می‌کند، آن را به انرژی تبدیل می‌کند و به زمین می‌فرستد، جایی که یک دیش یکسو کننده آن را دریافت و جمع می‌کند.

در بیانیه مطبوعاتی این دانشگاه آمده است که این تیم تحقیقاتی دچار توهم نیست و رسیدن از انتقال در فاصله ۵۵ متر به ۳۶ هزار کیلومتر با بازدهی کافی برای کارآمد و در دسترس ساختن انرژی خورشیدی فضایی نیازمند پیشرفت‌های متوالی از چندین نسل است و زمان زیادی طول می‌کشد تا پولی که برای این فناوری صرف می‌شود، ثمره بیشتری نسبت به ساختن آرایه‌های خورشیدی بیشتر در اینجا روی سطح زمین داشته باشد. در واقع، اگر یک آنتن انتقال انرژی از فضا مستقر شود، آرایه یکسو کننده زمینی به احتمال زیاد باید چندین کیلومتر عرض داشته باشد تا مقدار مفیدی انرژی دریافت کند.

گفتنی است که در سال ۲۰۱۲ نیز ناسا پروژه‌ای مشابه با این پروژه موسوم به "OMEGA" را به نام "SPS-ALPHA"را اعلام کرد و در وبسایت خود نوشت که این پروژه در صورت موفقیت، ساخت پلتفرم‌های عظیم از ده‌ها هزار عنصر کوچک را ممکن می‌سازد که می‌توانند از راه دور و به صورت مقرون به صرفه برق را با استفاده از انتقال بی‌سیم به روی زمین و همچنین برای ماموریت‌های فضایی منتقل کنند.

در عین حال شرکت‌هایی مانند "امرود"(Emrod) در نیوزلند، انتقال بی‌سیم انرژی مایکروویو را برای کاربردهای نزدیک‌تر به زمین مانند جایگزینی خطوط برق ولتاژ بالا در زمین‌های صعب‌العبور پیش می‌برند.