Van sciencefiction tot torenhoog: zijn ronddraaiende zonnepanelen een slim idee?

Stel je voor dat je de kracht van de zon niet alleen van de aarde benut, maar ook van de ruimte zelf. Dat is de essentie van Space Solar Power (SSP). 

Het is een geavanceerd concept waarbij zonne-energie wordt verzameld in de uitgestrektheid van de ruimte en vervolgens naar de aarde wordt gestraald. Deze methode omzeilt aardse beperkingen zoals het vallen van de avond en de weersomstandigheden en zorgt voor een constante, onbelemmerde stroom van zonne-energie. 

Hoewel het misschien klinkt als een futuristisch idee, zijn de fundamentele principes achter SSP net zo tijdloos als de zon zelf.

Om zonne-energie in de ruimte te definiëren: het is een bron van schone energie waarbij energie uit zonlicht in de ruimte draadloos naar de aarde wordt verzonden. 

De zon, met een geschatte levensduur van 4-5 miljard jaar, biedt een echte energieoplossing voor de lange termijn. Bovendien stoot Space Solar Power geen broeikasgassen uit en is het niet afhankelijk van de steeds schaarser wordende zoetwaterbronnen, waardevolle landbouwgrond of uit aardgas afkomstige meststoffen. 

Het produceert ook geen gevaarlijk afval en wordt, in tegenstelling tot traditionele oplossingen op zonne-energie, niet beïnvloed door bewolking, variaties in het daglicht of windsnelheid.

De kansen die Space Solar Power ons biedt, hebben veel organisaties geïnspireerd om er oplossingen omheen te bouwen. Enkele prominente spelers op de markt voor zonne-energie in de ruimte zijn onder meer Airbus, Azur Space Solar Power GmbH, Fralock LLC, Japanese Aerospace Exploration Agency, Northrop Grumman, Borrego Energy, LLC., Solaren Corporation, Space Tech GmbH, Space Canada, DHV Technology, en meer. 

Maar voordat we dieper ingaan op het begrijpen van hoe deze bedrijven en hun oplossingen werken, moeten we eerst eens kijken wat ruimtegebaseerde zonne-energiesystemen zijn en waarom ze levensvatbaar worden geacht voor de productie van schone, hernieuwbare energie. 

Klik hier voor de lijst met de tien beste zonne-energieaandelen.

De wetenschap achter in de ruimte gebaseerde zonne-energiesystemen

Uit onderzoek blijkt dat de aarde elk uur meer zonne-energie ontvangt dan de mensheid in een heel jaar verbruikt. Interessant is dat de atmosfeer van de aarde reflecteert 30% van deze zonne-energie terug de ruimte in. 

Systemen voor de opwekking van zonne-energie in de ruimte profiteren van de overvloedige zonne-energie die anders onaangetast in de ruimte verloren zou gaan. De afwezigheid van atmosferische interferenties zoals wolken en de constante blootstelling aan zonlicht zonder onderbreking van de nacht maken deze op satellieten gebaseerde systemen immers uitzonderlijk efficiënt. Ze kunnen aanzienlijk meer energie opvangen en terugsturen naar de aarde dan traditionele zonnepanelen.

In deze in de ruimte gestationeerde systemen voor het opvangen en verzenden van zonne-energie beschikken satellieten uitgerust met panelen ook over mogelijkheden voor het overbrengen van energie. Ze gebruiken grote spiegels om enorme hoeveelheden zonnestralen op kleinere zonnecollectoren te concentreren. Deze ononderbroken zonnestraling met hoge intensiteit wordt vervolgens veilig en gecontroleerd draadloos naar de aarde gestuurd.

De levensvatbaarheid van zonne-energie in de ruimte: technische innovaties

De transmissie van zonne-energie in de ruimte is levensvatbaar geworden dankzij de technische innovaties die de laatste tijd zijn bereikt. Er zijn twee soorten transmissiesystemen. 

De eerste zijn de microgolfzendende zonnesatellieten, terwijl de andere de laserzendende zonnesatellieten zijn. In satellieten die microgolven uitzenden, reflecteert het zonlicht door de grote spiegels naar het midden van de satelliet, waar het wordt omgezet in ononderbroken microgolfenergie die naar de aarde wordt gestraald. 

Als we naar het tweede type gaan, gebruiken de laserzendende satellieten, zoals hun naam al doet vermoeden, lasers in plaats van microgolfstralen. Deze satellieten werken doorgaans in groepen met andere kleinere satellieten, vanwege hun kleinere formaat.

Als het gaat om de economische levensvatbaarheid van deze twee opstellingen, hebben laserzonne-satellieten relatief lage opstartkosten, variërend van 500 miljoen tot 1 miljard dollar. Door de kleinere diameter van de laserstraal is deze eenvoudig en goedkoop op de grond te implementeren. 

Microgolf-zonne-satellieten dienen echter het doel als het gaat om het opvangen en verzenden van stabiele, ononderbroken stroom door regen, wolken en andere atmosferische omstandigheden. Het kan meer dan 1 gigawatt aan energie leveren aan zijn terrestrische ontvanger, wat genoeg energie is om een ​​grote stad van stroom te voorzien. 

Terwijl we al deze ontwikkelingen bespreken, mogen we nooit vergeten dat deze technologische wonderen niet in één dag tot stand zijn gekomen. Er is sprake van een lange traditie van wetenschappelijk en technologisch onderzoek. Om het toekomstige potentieel van zonne-energie in de ruimte te begrijpen, moeten we het in een context plaatsen. 

Evolutie van het Space Solar-concept: begin tot huidige staat

1970:

• In de Verenigde Staten werden concepten voor zonne-energie in de ruimte bestudeerd.

1980:

• Azië begon concepten voor zonne-energie in de ruimte te bestuderen.

Eind jaren negentig – begin jaren 1990:

• 1998: De Space Solar Power Concept Definition Study identificeert geloofwaardige, commercieel haalbare zonne-energieconcepten in de ruimte en de daarmee samenhangende technische en programmatische risico's.

• 1998: De Japanse ruimtevaartorganisatie ontwikkelt een zonne-energiesysteem voor de ruimtevaart, dat actief blijft.

• 1999: NASA's Space Solar Power Exploratory Research and Technology Program is gestart.

Begin 2010 tot 2020

• 2010: De Indian Space Research Organization begint met de basiswerkzaamheden voor zonne-energie in de ruimte.

• 2012: China stelt een gezamenlijke ontwikkeling van zonne-energie in de ruimte met India voor.

• 2015: Caltech en Northrop Grumman Corporation hebben het Space Solar Power Initiative opgericht, waarbij in drie jaar tijd ongeveer 17.5 miljoen dollar wordt toegewezen voor de ontwikkeling van een in de ruimte gebaseerd zonne-energiesysteem.

2020s

• 2022: Het Verenigd Koninkrijk kondigt zijn Space Energy Initiative aan, met als doel om halverwege de jaren 2040 zijn eerste ruimtekrachtcentrale te lanceren en 30% van zijn elektriciteitsvraag uit deze bron te halen.

• 2022: De European Space Agency kondigt het Solaris-programma aan, dat van plan is om vanaf 2030 zonne-energiesatellieten te exploiteren.

• 2023: CalTech's Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) straalt met succes detecteerbare stroom naar de aarde.

Gedurende deze jaren hebben verschillende nationale overheden, universitaire onderzoeksafdelingen en door de staat gefinancierde organisaties de infrastructuur en mogelijkheden van zonne-energie in de ruimte onderzocht.

Er zijn ook belangrijke bijdragen gekomen van bedrijven en bedrijven als Northrop Grumman, Airbus en Solaren Corporation bij de ontwikkeling van deze transformatieve energiebron.

Hoewel veel van deze Space Solar-programma's afkomstig zijn van nationale overheden, universitaire onderzoeksafdelingen en door de staat gefinancierde autonome organisaties, hebben bedrijven en bedrijven als Northrop Grumman, Airbus en Solaren Corporation een cruciale rol gespeeld bij het aanboren van deze transformerende energiebron. 

Bedrijven met transformatieve initiatieven op het gebied van zonne-energie in de ruimte

1. Northrop Grumman

Het Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) Project-team van het in Baltimore, Maryland gevestigde bedrijf Northrop Grumman werkt eraan om de transmissie van zonne-energie vanuit de ruimte naar waar dan ook op aarde werkelijkheid te maken. 

Het project heeft tot doel zeer efficiënte fotovoltaïsche cellen in een baan om de aarde te gebruiken om zonne-energie te verzamelen en deze om te zetten in radiofrequentie (RF) energie die naar een ontvangststation op aarde kan worden gestraald. 

Het bedrijf is toonaangevend geweest in de ontwikkeling van kant-en-klare zonnepanelensystemen die geschikt zijn voor de ruimte. De fotovoltaïsche subassemblages zijn voorzien van de nieuwste technologieën voor lassen of solderen met robotautomatisering, waarbij zonnecellen worden aangesloten op circuits met een lengte van maximaal XNUMX meter. 

De overdekte onderling verbonden cellen bieden integratie van zonnecellen en dekglaasjes voor CIC-assemblages. 

Het bedrijf produceert ook zonnecelstrings, resistieve vleugelisolatiebordconstructies voor de meest extreme omgevingen in de ruimte, geschikt voor een volledig temperatuurbereik (-185 tot >300 graden C), platina weerstandsthermometerconstructies en meer. 

Deze innovaties hebben ervoor gezorgd dat Space Solar Power-initiatieven snel vooruit zijn gegaan en hun potentieel hebben bereikt. 

In 2022, Northrop Grumman boekte een omzet van 36.6 miljard dollar en boekte een voor transacties gecorrigeerde winst per aandeel van 25.54 dollar. De nettowinst van het bedrijf bedroeg in boekjaar 5 bijna 2022 miljard dollar. 

2. luchtvliegtuig

Een ander bedrijf dat op dit gebied beter presteerde, was Airbus. De krachtige oplossingen zijn bedoeld om Europa te helpen zelfstandig toegang te krijgen tot meer duurzame energie, met nieuwe energienetwerken in de lucht die onafhankelijke en duurzame energievoorziening de klok rond. De eerste werkende Power Beaming-prototypes van Airbus zouden begin 2030 in gebruik kunnen zijn.

Daarnaast is Airbus ook een toonaangevende Europese fabrikant van zonnepanelen, fotovoltaïsche assemblages en zonnecelassemblages voor institutionele en commerciële toepassingen. Het heeft stroomconditionerings- en distributie-eenheden voor satellieten vervaardigd. Het levert ook elektrische voortstuwingssystemen en een reeks elektronica voor elektrische voortstuwing, waaronder vermogensregelings- en energieverwerkingseenheden die nodig zijn in zonne-energiesystemen in de ruimte.

Airbus werkt ook aan de bouw van geavanceerde fotovoltaïsche zonnepanelen die lichter en flexibeler zijn en meer energie op het oppervlak kunnen vastleggen. Zijn vlaggenschipprogramma, Zephyr, is een pseudo-satelliet op grote hoogte die uitsluitend wordt aangedreven door zonne-energie. 

Dit alles draagt ​​in grote mate bij aan het bevorderen van de zaak van Space Solar Power, in een sneller tempo en met verbeterde efficiëntie. 

In boekjaar 2022, luchtvliegtuig boekte een omzet ter waarde van 58.8 miljard euro, met een gecorrigeerde EBIT van 5.6 miljard euro. De vrije kasstroom vóór fusies en overnames en klantfinanciering bedroeg 4.7 miljard euro. Het bedrijf stelde een dividend van 1.80 euro per aandeel voor.

3. Solaren Corporation

Een opkomende innovator op dit gebied, Solaren Corporationheeft manieren ontwikkeld om kostenconcurrerende, emissievrije elektriciteit vanuit de ruimte te transporteren. 

De komende tien jaar zal Solaren de eerste SSP-centrale ontwikkelen, lanceren en exploiteren en elektriciteit verkopen. Solaren heeft ook geavanceerde SSP-systeempatenten verworven in landen als de Verenigde Staten, de Europese Unie, China, Japan, India, Canada en de Federatie van Rusland.

De Space Solar Power-oplossingen van Solaren hebben veel voordelen. Het omvat een 24/7 schone basislastelektriciteitsvoorziening, die kostenconcurrerend en emissievrij is en de reikwijdte van nucleaire straling ontbeert. Er is ook geen water nodig voor thermische koeling, waardoor de kans op opwarming van oceanen, rivieren en meren wordt verkleind. 

De Space Solar Power-oplossing van Solaren bestaat uit twee componenten: de Solar Power Satellite en het grondontvangststation. De satelliet maakt gebruik van zonnepanelen en RF-array/antenne om te vangen en te verzenden. Het grondontvangststation ontvangt het uitgezonden vermogen via zijn ontvangstantennes. 

In juli 2023 kondigde Solaren de succesvolle afronding aan van zijn laatste financieringsronde, geleid door Skyseed Ventures. Solaren opgetrokken $ 2.46 miljoen in die ronde. 

Mondiale impact en levensvatbaarheid van zonne-energie in de ruimte

De komst van zeer geavanceerde technologieën rond in de ruimte gestationeerde zonne-energiesystemen heeft geholpen ruimtevoertuigen, satellieten, rovers en andere ruimte-infrastructuur van stroom te voorzien. Zonne-energie uit de ruimte kan ervoor zorgen dat deze systemen langere tijd kunnen blijven werken zonder dat ze regelmatig moeten bijtanken via energiebronnen aan boord.

De innovaties hebben de kosten voor het ontwikkelen van herbruikbare raketten verlaagd, waardoor de kosten voor het lanceren van apparatuur in de ruimte zijn verminderd. De onderhoudskosten van in de ruimte gestationeerde architectuur voor het opvangen en verzenden van zonne-energie zijn ook gedaald. Een toenemend gebruik van robotica en automatisering zou een cruciale rol spelen bij het verder terugdringen van de kosten en het verhogen van de efficiëntie. 

Volgens schattingen domineert Noord-Amerika de sector, met bijna twee vijfde van de mondiale inkomsten die uit de regio worden gegenereerd. Als het echter om toekomstige groeimotoren gaat, beschikken China en India over een groot potentieel. 

Uitdagingen om te overwinnen

In de toekomst zullen oplossingen voor zonne-energie in de ruimte een aantal cruciale knelpunten moeten overwinnen. Eén daarvan is het bereiken van de perfecte balans tussen productiekosten en prestaties. De goedkopere oplossingen voor lasertransmissie hebben te lijden onder het lage vermogen van elke satelliet, waardoor er meerdere satellieten nodig zijn om een ​​opmerkelijke impact te maken. De duurdere oplossingen voor het uitzenden van microgolven kunnen daarentegen tientallen miljarden dollars aan lanceringskosten kosten. 

Lasertransmissieoplossingen zijn weliswaar innovatief, maar kunnen veiligheidsgerelateerde uitdagingen met zich meebrengen, zoals verblinding en mogelijke bewapening. Aan de andere kant vereisen oplossingen voor microgolftransmissie, hoewel deze specifieke veiligheidsproblemen worden vermeden, veel ruimte, waardoor terrestrische ontvangers een diameter van enkele kilometers nodig hebben.

Laserzendende satellieten hebben ook het zwaarst te lijden onder atmosferische onregelmatigheden zoals zware bewolking of regen. De microgolf-uitzendende oplossingen zijn vanwege hun vereiste afstand tot de aarde vrijwel onmogelijk te repareren. 

Al deze problemen moeten naar behoren worden aangepakt en opgelost. De omvang van de satellieten en terrestrische ontvangers zal drastisch moeten worden teruggebracht zonder dat hun capaciteiten voor het opvangen en uitzenden van energie afnemen. 

De kosten moeten gematigd zijn, zodat de ontwikkelingslanden meer vertrouwen kunnen hebben in het testen en uitproberen van deze technologieën. Reparatievoorzieningen moeten krachtiger worden opgezet en de oplossingen moeten onafhankelijk worden van de heersende weersomstandigheden. 

Een veelbelovende weg vooruit

Nu grote overheidsbedrijven zwaar investeren in de productie van Space Solar Power-producten en -oplossingen, ziet de weg die voor ons ligt veelbelovend uit. Innovatie zal gedijen en het systeem zal efficiënter en optimaal worden. 

De kracht die Space Solar Power-missies wereldwijd aandrijft, is tenslotte de grotere oorzaak van het bereiken van duurzaamheid voor de planeet door middel van hernieuwbare energie. 

Wanneer Space Solar Power zijn volledige potentieel heeft bereikt, kan het tegen dezelfde kosten aan elk land elektriciteit leveren zonder dat er nieuwe uitgaven nodig zijn voor de aanleg van langeafstandstransmissielijnen. 

Analisten zijn van mening dat Space Solar Power de komende twintig jaar meer dan 250,000 permanente hightech-banen kan creëren. In werkelijkheid zou dit aantal zelfs nog groter kunnen zijn. 

Daarom zullen oplossingen voor zonne-energie in de ruimte een steeds groter deel van de bestaande mondiale elektriciteitsmarkt van 2 biljoen dollar blijven innemen. Naarmate het bereik groter wordt, zullen steeds meer aanbieders van oplossingen op de SSP-bandwagon springen. Het zal een economisch levensvatbare manier worden om de energie-uitdagingen waarmee de planeet vandaag de dag wordt geconfronteerd, op te lossen. 

Klik hier voor de lijst met beste duurzame energieaandelen.