Космические солнечные электростанции станут новым этапом в развитии энергетики

Практика использования солнечных батарей набирает все большие обороты. Потребительский рынок с каждым днем пополняется новыми, улавливающими энергию солнца устройствами. Причем габариты этих систем пестрят своим разнообразием – от маленьких светоулавливающих наклеек до огромных систем, занимающих достаточно обширные площади. Но в последнее время становится все актуальней вопрос нехватки пахотных земель для удовлетворения все возрастающих потребностей увеличивающегося населения планеты, поэтому все чаще стали появляться проекты размещения солнечных электростанций в космическом пространстве.

Таким образом освобождаются столь необходимые земельные ресурсы, да и отдача от солнечных панелей многократно повышается, поскольку исчезает зависимость от природных катаклизмов и погодных факторов. Одна из таких идей по размещению солнечных электростанций мощностью от 1до 10 ГВт на геостационарной орбите с последующей беспроводной передачей электроэнергии потребителю принадлежит главному научному учреждению Роскосмоса – ЦНИИмаш. По словам главного научного сотрудника ЦНИИмаша Валерия Мельникова, в настоящее время в США создан консорциум, членами которого являются такие организации как Lockheed Martin, Центр Маршалла, Boeing, Центр Гленна, , JPL и ряд университетов. Главной целью создания организации стала реализация плана по строительству коммерческой КСЭС гигаваттного уровня к 2016 году. Японские корпорации под руководством Mitsubishi Corporation тоже всерьез занялись созданием КСЭС гигаваттного уровня. Проект получил название Solarbird. В его рамках намечена разработка КСЭС, стоимостью в 24 млрд. долларов. По плану разработчиков, завершение строительства должно состояться к 2025 году.

Основной принцип разрабатываемой зарубежными компаниями концепции КСЭС заключается в размещении огромной солнечной батареи, достигающей нескольких квадратных километров, в космическом пространстве, сбору электроэнергии и преобразовании ее в СВЧ-сигнал, который посредством передающей антенны транслируется на наземную антенну. Затем СВЧ-сигнал на Земле преобразуется в электричество со стандартными параметрами. Представители ЦНИИмаша считают, что направление создания КСЭС в новых экономических условиях может определять темпы развития космической техники в будущем. В последние годы успешное развитие инфракрасных полупроводниковых и особенно волоконных лазеров стало серьезным стимулом для внедрения концепции КСЭС с лазерным каналом передачи энергии. Эта концепция очень близка к СВЧ-варианту и заключается в следующем: твердотельные лазеры, распределенные по всей площади солнечных батарей, получают энергию, которая впоследствии по волоконным световодам собирается в центральной оптической системе, откуда она и передается на Землю. Затем наземные фотоэлектрические преобразователи снова превращают ее в электричество. Валерий Мельников отмечает, что у инфракрасных твердотельных лазеров имеется ряд существенных преимуществ. К примеру, в сравнении с СВЧ-сигналом, лазерный луч имеет значительно меньшую расходимость и небольшую площадь приемных и передающих систем, а малая площадь приема обеспечивает возможность энергоснабжения высокоширотных регионов Канады, России, Гренландии, Антарктиды и других северных островов от КСЭС, размещенной на геостационарной орбите.

Японские и американские разработчики решили использовать метод СВЧ-преобразования, который на данном этапе развития уже не является столь эффективным, как лазерный. Их концепции основываются на создании многокилометровых каркасных конструкций, значительно менее эффективных в сравнении с бескаркасными центробежными, опытом создания которых располагает только Россия. В 1993 году в рамках проекта «Знамя 2» по созданию искусственного солнца на орбите, освещающего дополнительно северные широты в полярную ночь и некоторые другие регионы России с недостатком солнечного света, был проведен космический эксперимент по раскрытию тонкопленочного центробежного отражателя массой 4 кг и диаметром 20 метров. Этот удачный опыт и может стать основой для разработки центробежных солнечных батарей, а также других космических крупногабаритных конструкций. Создание КСЭС на основе лазерного канала передачи энергии посредством бескаркасных центробежных солнечных панелей создает для России все предпосылки стать мировым лидером в процессе разработок промышленных КСЭС.