Хотя солнечная энергия используется уже более 50 лет, ее широкое распространение остается ограниченным из-за технических и логистических проблем. Трудности заключаются, например, в отсутствии подходящего места для установки фотоэлектрических панелей, ухудшении состояния установок со временем и в зависимости от погодных условий, цикла день-ночь. Чтобы восполнить производственный дефицит, пользователи по-прежнему вынуждены переходить на ископаемое топливо.
По мнению отдельных экспертов, космическое производство солнечной энергии, впервые предложенное Питером Глейзером, бывшим инженером миссии Аполлона, может помочь преодолеть эти ограничения. В отличие от большинства земных технологий экологически чистой энергетики, космические солнечные электростанции могли бы, по мнению ученых, вырабатывать энергию непрерывно, поскольку они не зависели бы от погодных условий и от дневного/ночного цикла (в зависимости от типа размещения на орбите).
Однако производство солнечной энергии из космоса обычно считается непрактичным и слишком дорогостоящим. Это связано с тем, что оно требует установки на орбите огромной инфраструктуры, для доставки которой потребовались бы десятки ракет. Тем не менее, исследователи из Japan Space Systems считают, что недавние достижения в области космической техники и солнечных технологий могут изменить правила игры, не говоря уже о настоятельной необходимости обезуглероживания мировой энергетической отрасли.
В этих условиях Япония планирует запустить солнечную электростанцию на низкой околоземной орбите для передачи энергии на Землю к 2025 году. Первый демонстрационный прототип будет весить около 180 кг и передавать около 1 киловатта энергии, что достаточно для питания бытового прибора. Это первый шаг к расширению производства, направленный на значительное снижение зависимости от ископаемого топлива.
Разработанный в рамках проекта Ohisama, аппарат Japan Space Systems состоит из небольшого 180-килограммового спутника, который будет вращаться на высоте 400 километров. Он будет оснащен фотоэлектрической панелью площадью 2 квадратных метра, которая будет заряжать встроенный аккумулятор. Накопленная энергия будет преобразована в микроволновую, а затем отправлена на приемную антенну на Земле. Поскольку спутник будет двигаться с высокой скоростью (28 000 км/ч), элементы приемной антенны будут расположены на расстоянии 40 километров друг от друга и на расстоянии 5 километров.
Однако важно отметить, что это всего лишь демонстрационный прототип, который позволит отправлять только один киловатт энергии, то есть достаточный для питания небольшой посудомоечной машины или чайника в течение часа. Кроме того, «передача займет всего несколько минут, но после разрядки аккумулятора потребуется несколько дней, чтобы зарядить его», - пояснил Коичи Иджичи, советник Japan Space Systems, во время презентации Дорожной карты проекта на международной конференции по космической энергетике в Лондоне.
С другой стороны, исследователи уже провели первую демонстрацию беспроводной передачи солнечной энергии от стационарного наземного источника. В декабре этого года они планируют осуществить передачу с самолета, установив на нем солнечную панель, идентичную той, которой будет оснащен спутник. Самолет будет передавать энергию на расстояние от 5 до 7 километров на наземную приемную антенну.
Кроме того, по мнению японских экспертов, достижения в области фотоэлектрических элементов (таких как гибкие солнечные элементы) позволят расширить этот тип технологии до коммерчески жизнеспособных масштабов. В соответствии с этим видением соответствующий правительственный проект предусматривает запуск спутников, оснащенных гигантскими солнечными панелями площадью 2 квадратных километра, которые могут генерировать в 10 раз больше энергии, чем наземные панели. Таким образом, каждый спутник мог бы ежемесячно производить продукцию, эквивалентную суточной мощности атомной электростанции.
Тем не менее, реальный потенциал космической солнечной энергии является предметом споров. Согласно недавнему докладу НАСА, инвестиции, необходимые для строительства и запуска космических электростанций, были бы слишком велики по сравнению с объемом производимой энергии, что ставит под сомнение их рентабельность. С учетом вложенного капитала выработанная энергия может стоить примерно 0,61 доллара за киловатт-час по сравнению с 0,5 доллара за солнечную энергию на суше. С другой стороны, выбросы углекислого газа, производимые ракетами, необходимыми для их запуска, делают их гораздо менее экологически чистыми, чем можно было бы подумать. Действительно, для вывода на орбиту электростанции, способной вырабатывать один гигаватт-час электроэнергии, потребуется 68 космических аппаратов.
Тем не менее, другие исследовательские центры и космические агентства, такие как Европейское космическое агентство (ЕКА) и ВВС США, в настоящее время работают над различными стратегиями практической реализации космических солнечных электростанций.