Rośnie popularność dużej i małej fotowoltaiki umieszczanej na gruncie i dachach. Cyklicznie pojawiają się również pomysły przeniesienia instalacji słonecznych na orbitę geosynchroniczną, dzięki czemu byłoby możliwe ich funkcjonowanie przez całą dobę, ze zdecydowanie większą efektywnością niż na Ziemi. Oczywiście od razu pojawia się pytanie, jak umieścić taką ogromną strukturę na orbicie i efektywnie przesyłać wyprodukowaną energię na Ziemię? Problematyką interesuje się NASA, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), a od pewnego czasu również Chińska Akademia Technologii Kosmicznej. Analizy ESA wskazują, że opłacalność tej technologii nastąpi do 2040 roku, a pojedyncza instalacja zastąpi w przyszłości elektrownię jądrową o mocy 2 GW o dyspozycyjności 90 proc. Złoży się na nią 600 tys. paneli o łącznej średnicy około kilometra. Gdyby umieścić elektrownię na Ziemi, niezbędne byłoby 6 mln paneli i dziesięć razy większa średnica obiektu.
Żeby pojawiła się możliwość wykonania projektu na Starym Kontynencie, najpierw musiałby być zrealizowany europejski plan budowy ciężkich rakiet nośnych, konkurencyjny do Starship firmy SpaceX, a nie ma na to większych szans. Po drugie, transfer mocy musiałby się odbywać za pośrednictwem promieniowania mikrofalowego przez gigantyczną antenę siatkową. Zakładając sprawność konwersji energii elektrycznej z paneli na mikrofale na poziomie 80 proc., należy również uwzględnić konieczność rozproszenia około 400 MW mocy cieplnej oraz dodatkowe straty przesyłu mikrofal przez atmosferę i ich kolejną konwersję na energię elektryczną. Należy również pamiętać o konieczności ochrony kanału transmisji energii, który mógłby być zabójczy dla organizmów żywych. Po uwzględnieniu wszystkich strat, instalacja PV o nominalnej mocy 2000 MW dostarczy na Ziemię około 500-700 MW, w zależności od warunków pogodowych, a więc mniej niż nasze oczekiwania. Wyniesienie jednego kilograma ładunku przez SpeceX kosztuje obecnie 100 dolarów. Kompletna elektrownia PV 2 GW będzie cięższa niż cała stacja ISS. Dodajmy do tego koszty budowy instalacji w przestrzeni kosmicznej i jej serwisowania, a z genialnego planu może wyjść… biznesowa klapa. Co gorsze, nawet dziesięciokrotnie niższy koszt wysłania ładunku w kosmos nie uczyni tej inwestycji atrakcyjną, gdyż pozostanie kłopotliwe usuwanie awarii i bieżąca konserwacja instalacji.
Z punktu widzenia dzisiejszych możliwości technicznych budowa jednej elektrowni powinna zająć 4-6 lat, przy założeniu możliwie szerokiego wykorzystania zrobotyzowanych i zautomatyzowanych narzędzi. To stawia ją na równi z czasem budowy tradycyjnych elektrowni jądrowych, jednak z trudną do określenia rzeczywistą żywotnością i niezawodnością instalacji. Panele słoneczne umieszczone w przestrzeni kosmicznej są bombardowane kosmicznymi śmieciami i mikrometeorytami, przez co ulegają degradacji znacznie szybciej niż instalacje naziemne i mogą zostać trwale uszkodzone przez pechowe trafienie w newralgiczną część elektrowni. Głównym źródłem informacji o degradacji paneli są dotychczas jedynie dane pochodzące z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, jednak stosowane tam instalacje mocno różnią się od wersji naziemnych, przez co są znacznie droższe od popularnych paneli krzemowych. Dotychczasowe próby naprawy urządzeń na ISS lub Kosmicznym Teleskopie Hubble’a miały charakter bez mała heroiczny, o bardzo wysokim poziomie ryzyka dla astronautów i ogromnej złożoności całego procesu.
Wynalazcy, zdając sobie sprawę z ograniczeń dostępnych rozwiązań, zaproponowali więc umieszczenie na orbicie ogromnych luster, które będą kierowały wiązkę światła na powierzchnię Ziemi, co znacznie uprościłoby i potaniło całe przedsięwzięcie. Uzysk energii były całodobowy, ale poziom strat związanych z wpływem atmosfery i górna granica sprawności ogniw fotowoltaicznych nadal nie są szczególnie obiecujące.
Pomimo trudności budowa kosmicznej elektrowni stanowi łakomy kąsek dla agencji kosmicznych, przede wszystkim z punktu widzenia statusu pioniera w tej dziedzinie. Najbliższe konkretnych działań są Chiny, które do 2025 roku zamierzają umieścić w przestrzeni instalacje testowe, a do 2030 roku pierwszą elektrownię w skali megawatowej. Wizja budowy kosmicznych siedlisk ludzkich, lansowana przez literaturę i filmy s-f, trafia bowiem znakomicie do naszych umysłów, budując narodową siłę i przewagę.
Czym innym jest wysyłanie na orbitę okołoziemską i w głąb kosmosu niewielkich satelitów do celów naukowych i komunikacyjnych, a zupełnie czym innym budowanie na orbicie ogromnych instalacji. Wymogi bezpieczeństwa i niezawodności takich obiektów nie pozwalają na drastyczne cięcie kosztów i zakładanie wymiany awaryjnych elementów w trakcie eksploatacji. Wręcz przeciwnie – wymagana jest redundancja elementów i stosowanie wzmocnionych konstrukcji. Moim zdaniem tego rodzaju instalacje wymagają zbyt dużych zasobów finansowych i czasowych, przy jednocześnie małej atrakcyjności biznesowej i społecznej. Na Ziemi jest nadal ogromna przestrzeń do zagospodarowania pod instalacje OZE, uzupełniające tradycyjne źródła wytwórcze działające w podstawie systemu.
Krzysztof Hajdrowski
