ความพยายามในการส่งพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศสู่โลก

นักวิจัยกำลังทำการทดลองเพื่อสร้างพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศและส่งแบบไร้สายมายังโลก

การจำลองดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ CASSIOPeiA ที่ออกแบบโดยอังกฤษ ภาพ: สเปซโซลาร์ — การจำลองดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ CASSIOPeiA ที่ออกแบบโดยอังกฤษ ภาพ: *สเปซโซลาร์*

อาลี ฮาจิมิริ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) ใช้เวลาหนึ่งทศวรรษในการค้นคว้าวิธีการส่งเซลล์แสงอาทิตย์ไปยังอวกาศและส่งพลังงานกลับมายังโลก ตามรายงานของ CNN ปีนี้ ฮาจิมิริและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ก้าวอีกก้าวในการทำให้การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศกลายเป็นจริง ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2566 พวกเขาได้เปิดตัว Maple ต้นแบบยาว 30 เซนติเมตรที่ติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณแบบยืดหยุ่นและน้ำหนักเบามาก เป้าหมายของพวกเขาคือการรวบรวมพลังงานจากดวงอาทิตย์และส่งไปยังอวกาศแบบไร้สาย ปริมาณไฟฟ้าที่ทีมวิจัยรวบรวมได้เพียงพอที่จะเปิดหลอดไฟ LED ได้สองหลอด

อย่างไรก็ตาม เป้าหมายกว้างกว่าของนักวิจัยคือการดูว่าเมเปิ้ลสามารถส่งพลังงานกลับมายังโลกได้หรือไม่ ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2566 ทีมงานได้ตัดสินใจทำการทดลองเพื่อค้นหาว่าจะเกิดอะไรขึ้น บนดาดฟ้าของวิทยาเขต Caltech ในเมืองพาซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ฮาจิมิริและนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนสามารถรับสัญญาณของเมเปิลได้ พลังงานที่พวกเขาตรวจจับได้มีขนาดเล็กเกินไปจนไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ แต่พวกเขาก็ประสบความสำเร็จในการส่งไฟฟ้าแบบไร้สายจากอวกาศได้

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศไม่ใช่แนวคิดที่ซับซ้อนมากนัก มนุษย์สามารถควบคุมพลังงานมหาศาลของดวงอาทิตย์ในอวกาศได้ นี่คือแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่สามารถใช้งานได้ตลอดเวลา โดยไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศเลวร้าย เมฆปกคลุม เวลากลางคืน หรือฤดูกาล มีแนวคิดที่แตกต่างกันในการทำสิ่งนี้ แต่วิธีการทำงานมีดังนี้ ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1.6 กม. จะถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรระดับสูง เนื่องจากโครงสร้างมีขนาดใหญ่มาก จึงประกอบด้วยโมดูลขนาดเล็กที่ผลิตเป็นจำนวนมากจำนวนหลายแสนชิ้น เช่น อิฐเลโก้ ประกอบขึ้นในอวกาศด้วยเครื่องจักรหุ่นยนต์อัตโนมัติ

แผงโซลาร์เซลล์ของดาวเทียมจะรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ แปลงเป็นคลื่นไมโครเวฟ และส่งแบบไร้สายมายังโลกผ่านเครื่องส่งสัญญาณขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถส่งไปยังตำแหน่งเฉพาะบนพื้นดินได้อย่างแม่นยำสูง คลื่นไมโครเวฟสามารถผ่านเมฆและสภาพอากาศเลวร้ายได้อย่างง่ายดาย จนไปถึงเสาอากาศรับสัญญาณบนโลกได้ จากนั้นไมโครเวฟจะถูกแปลงกลับเป็นไฟฟ้าและป้อนเข้าสู่ระบบไฟฟ้า

เสาอากาศรับสัญญาณมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 กม. และสามารถสร้างบนบกหรือชายฝั่งทะเลได้ เนื่องจากโครงสร้างคล้ายตารางเหล่านี้แทบจะโปร่งใส พื้นที่ด้านล่างจึงสามารถใช้เป็นแผงโซลาร์เซลล์ ฟาร์ม หรือใช้ประโยชน์อื่นๆ ได้ ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 2 กิกะวัตต์ เทียบเท่ากับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดกลาง 2 แห่งในสหรัฐอเมริกา

อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งของเทคโนโลยีนี้คือต้นทุนที่สูงในการวางโรงไฟฟ้าไว้ในวงโคจร ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา สิ่งนั้นเริ่มเปลี่ยนไป เนื่องจากบริษัทต่างๆ เช่น SpaceX และ Blue Origin ได้เริ่มพัฒนาจรวดที่สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ ต้นทุนการปล่อยยานในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 1,500 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลกรัม น้อยกว่าในยุคกระสวยอวกาศในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ประมาณ 30 เท่า

ผู้สนับสนุนแนวคิดนี้โต้แย้งว่าการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศสามารถเป็นแหล่งพลังงานสำหรับประเทศพัฒนาแล้วที่มีความต้องการพลังงานมหาศาลแต่ขาดโครงสร้างพื้นฐานได้ แหล่งพลังงานนี้ยังสามารถให้บริการแก่เมืองและหมู่บ้านห่างไกลในอาร์กติกหลายแห่งที่ต้องประสบปัญหาความมืดมิดเป็นเวลานานหลายเดือนในแต่ละปี และยังช่วยเหลือชุมชนที่ประสบปัญหาไฟฟ้าดับเนื่องจากภัยธรรมชาติหรือความขัดแย้งอีกด้วย

แม้ว่าจะยังมีหนทางอีกยาวไกลระหว่างแนวคิดและการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ แต่รัฐบาลและบริษัทต่างๆ ทั่วโลกเชื่อว่าพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศสามารถตอบสนองความต้องการไฟฟ้าสะอาดที่เพิ่มมากขึ้น และช่วยแก้ไขวิกฤตสภาพภูมิอากาศได้ ในสหรัฐฯ ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศมีแผนจะเปิดตัวยานทดสอบขนาดเล็กที่เรียกว่า Arachne ในปี 2025 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ ได้เปิดตัวโมดูลในยานทดสอบในวงโคจรในเดือนพฤษภาคม 2020 เพื่อทดสอบฮาร์ดแวร์ผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในสภาพอวกาศ สถาบันเทคโนโลยีอวกาศแห่งประเทศจีนมีเป้าหมายที่จะส่งดาวเทียมแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นสู่วงโคจรต่ำในปี 2028 และขึ้นสู่วงโคจรสูงในปี 2030

รัฐบาลอังกฤษได้ดำเนินการศึกษาวิจัยโดยอิสระและสรุปได้ว่าการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศมีความเป็นไปได้ในทางเทคนิคด้วยการออกแบบ เช่น CASSIOPeiA ซึ่งเป็นดาวเทียมขนาด 1.7 กิโลเมตรที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 2 กิกะวัตต์ สหภาพยุโรปยังได้พัฒนาโปรแกรม Solaris เพื่อพิจารณาความเป็นไปได้ทางเทคนิคของพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศอีกด้วย

ในแคลิฟอร์เนีย ฮาจิมิริและเพื่อนร่วมงานของเขาใช้เวลาหกเดือนที่ผ่านมาในการทดสอบต้นแบบเพื่อรวบรวมข้อมูลสำหรับการออกแบบรุ่นถัดไป เป้าหมายสูงสุดของฮาจิมิริคือชุดใบเรือที่ยืดหยุ่นและมีน้ำหนักเบาซึ่งสามารถเคลื่อนย้าย ปล่อย และกางออกในอวกาศได้ โดยมีชิ้นส่วนนับพันล้านชิ้นทำงานสอดประสานกันอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อส่งมอบพลังงานไปยังที่ที่ต้องการ

อัน คัง (ตามรายงานของ CNN )

ลิงค์ที่มา