Een zonne-energiecentrale in de ruimte? Hier is hoe het zou werken – en de voordelen die het zou kunnen brengen

Een zonne energiecentrale in de ruimte Hier is hoe het zou

NASA, Publiek domein, via Wikimedia Commons

De Britse regering overweegt naar verluidt een voorstel van 16 miljard pond om een zonne-energiecentrale in de ruimte te bouwen.

Ja, je leest het goed. Zonne-energie uit de ruimte is een van de technologieën die deel uitmaakt van de Net Zero Innovation Portfolio van de regering. Het is geïdentificeerd als een potentiële oplossing, naast andere, om het Verenigd Koninkrijk in staat te stellen om in 2050 netto nul te bereiken.

Maar hoe zou een zonne-energiecentrale in de ruimte werken? Wat zijn de voor- en nadelen van deze technologie?

Lees meer:
Zonne-energiecentrales in de ruimte zouden het antwoord kunnen zijn op onze energiebehoefte

Zonne-energie uit de ruimte houdt in dat zonne-energie in de ruimte wordt verzameld en naar de aarde wordt overgebracht. Hoewel het idee op zich niet nieuw is, heeft de recente technologische vooruitgang dit vooruitzicht meer haalbaar gemaakt.

Het op zonne-energie gebaseerde systeem in de ruimte omvat een zonne-energiesatelliet – een enorm ruimtevaartuig dat is uitgerust met zonnepanelen. Deze panelen wekken elektriciteit op, die vervolgens draadloos via hoogfrequente radiogolven naar de aarde wordt gezonden. Een grondantenne, een zogenaamde rectenna, wordt gebruikt om de radiogolven om te zetten in elektriciteit, die dan aan het elektriciteitsnet wordt geleverd.

Een in de ruimte gestationeerde zonne-energiecentrale in een baan om de aarde wordt 24 uur per dag door de zon belicht en zou dus continu elektriciteit kunnen opwekken. Dit is een voordeel ten opzichte van terrestrische zonne-energiesystemen (systemen op aarde), die alleen overdag elektriciteit kunnen produceren en afhankelijk zijn van het weer.

Nu wordt verwacht dat de mondiale vraag naar energie tegen 2050 met bijna 50% zal zijn gestegen, zou zonne-energie uit de ruimte een sleutelrol kunnen spelen om aan de groeiende vraag naar energie in de wereld te helpen voldoen en de wereldwijde temperatuurstijging tegen te gaan.

Enkele uitdagingen

Een in de ruimte gestationeerde zonne-energiecentrale is gebaseerd op een modulair ontwerp, waarbij een groot aantal zonnemodules door robots in een baan om de aarde in elkaar worden gezet. Het transport van al deze elementen naar de ruimte is moeilijk, duur en zal een tol eisen van het milieu.

Het gewicht van zonnepanelen werd al vroeg als een uitdaging gezien. Maar dit is aangepakt door de ontwikkeling van ultralichte zonnecellen (een zonnepaneel bestaat uit kleinere zonnecellen).

Zonne-energie uit de ruimte wordt technisch haalbaar geacht, vooral dankzij de vooruitgang op het gebied van sleuteltechnologieën, waaronder lichtgewicht zonnecellen, draadloze stroomtransmissie en ruimterobotica.

Belangrijk is dat het assembleren van zelfs maar één zonne-energiestation in de ruimte vele lanceringen van het ruimteveer zal vereisen. Hoewel in de ruimte gestationeerde zonne-energie is ontworpen om op de lange termijn de koolstofemissies te verminderen, zijn er aanzienlijke emissies verbonden aan ruimtelanceringen, evenals kosten.

Space shuttles zijn momenteel niet herbruikbaar, hoewel bedrijven als Space X eraan werken om dit te veranderen. De mogelijkheid om lanceersystemen opnieuw te gebruiken zou de totale kosten van zonne-energie uit de ruimte aanzienlijk verlagen.

Zonne-energiesystemen op aarde kunnen alleen overdag energie produceren.
Diyana Dimitrova/Shutterstock

Als we erin slagen om met succes een zonne-energiecentrale in de ruimte te bouwen, staat de werking ervan ook voor verschillende praktische uitdagingen. Zonnepanelen kunnen beschadigd raken door ruimtepuin. Bovendien worden panelen in de ruimte niet afgeschermd door de atmosfeer van de Aarde. Omdat ze aan intensere zonnestraling worden blootgesteld, zullen ze sneller verslechteren dan die op aarde, waardoor ze minder vermogen kunnen opwekken.

De efficiëntie van draadloze energieoverdracht is een ander probleem. Het overbrengen van energie over grote afstanden – in dit geval van een zonnesatelliet in de ruimte naar de grond – is moeilijk. Op basis van de huidige technologie zou slechts een klein deel van de opgevangen zonne-energie de aarde bereiken.

Er zijn reeds proefprojecten aan de gang

Het Space Solar Power Project in de VS ontwikkelt hoogefficiënte zonnecellen en een omzettings- en transmissiesysteem dat geoptimaliseerd is voor gebruik in de ruimte. Het US Naval Research Laboratory heeft in 2020 een zonnemodule en stroomconversiesysteem in de ruimte getest. Ondertussen heeft China vooruitgang aangekondigd met betrekking tot hun Bishan-ruimtestation voor zonne-energie, met het doel om in 2035 een functionerend systeem te hebben.

In het VK wordt een ontwikkeling van zonne-energie in de ruimte ter waarde van 17 miljard pond als een levensvatbaar concept beschouwd op basis van het recente Frazer-Nash Consultancy rapport. Het project zal naar verwachting beginnen met kleine proefprojecten, die in 2040 moeten leiden tot een operationele zonne-energiecentrale.

De zonne-energiesatelliet zou een diameter hebben van 1,7 km en een gewicht van ongeveer 2000 ton. De grondantenne neemt veel ruimte in beslag – ruwweg 6,7 km bij 13 km. Gezien het gebruik van land in het Verenigd Koninkrijk, is het waarschijnlijker dat hij offshore wordt geplaatst.

Deze satelliet zou 2GW aan energie leveren aan het Verenigd Koninkrijk. Hoewel dit een aanzienlijke hoeveelheid stroom is, is het een kleine bijdrage aan de opwekkingscapaciteit van het VK, die ongeveer 76GW bedraagt.

Lees meer:
Van miniatuursatellieten tot gigantische zonneschilden – de extreme technologie die ruimtevaarttechniek transformeert

Gezien de extreem hoge initiële kosten en het trage rendement op investeringen, zouden voor het project aanzienlijke overheidsmiddelen en investeringen van particuliere bedrijven nodig zijn.

Maar naarmate de technologie vooruitgaat, zullen de kosten van lancering en fabricage gestaag dalen. En de schaal van het project zal massafabricage mogelijk maken, waardoor de kosten wat zouden moeten dalen.

Of ruimtegebaseerde zonne-energie ons kan helpen om in 2050 net nul te bereiken, valt nog te bezien. Andere technologieën, zoals diverse en flexibele energieopslag, waterstof en groei in hernieuwbare energiesystemen, worden beter begrepen en kunnen gemakkelijker worden toegepast.

Ondanks de uitdagingen is zonne-energie uit de ruimte een voorloper van opwindende mogelijkheden voor onderzoek en ontwikkeling. In de toekomst zal de technologie waarschijnlijk een belangrijke rol spelen in de wereldwijde energievoorziening.

Jovana Radulovic werkt niet voor, geeft geen advies aan, heeft geen aandelen in, en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel, en heeft geen andere relevante banden bekend gemaakt dan hun academische aanstelling.

Mobiele versie afsluiten