Energia solare nello spazio

Energia Solare nello Spazio: Rivoluzione Energetica oltre le Nuvole

Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), nel 2022 il solare ha registrato la crescita record del 26% a livello globale, superando tutte le altre fonti rinnovabili, tra le quali eolico e idroelettrico, e in base alle sue previsioni detronizzerà il carbone entro il 2027.

Tale espansione è agevolata dalla facilità di posizionamento dei pannelli solari, rispetto a strutture come le turbine eoliche, e dalla ricchezza della fonte primaria, il Sole.

Tuttavia, il fotovoltaico attuale non è privo di difetti: in primo luogo i parchi solari occupano notevoli superfici altrimenti destinabili alle coltivazioni, e in seconda istanza i risultati che raggiunge dipendono in larga parte dalla disponibilità di luce solare.

Come ovviare ad entrambi questi problemi?
Con l’impiego dell’energia solare spaziale.

Ti sembra fantascienza?
Leggi questo articolo, e scoprirai che si tratta di una realtà nemmeno troppo prossima a realizzarsi!

 

 

• Indice articolo
• Fotovoltaico Spaziale: Migliorie e Limiti…
• Energia Solare Spaziale: Il Progetto di JAXA
• Energia Solare dello Spazio: Gli Altri Progetti Asiatici
• Gli Stati Uniti e lo Sfruttamento dell’Energia Solare Spaziale
• Anche l’Europa Sta per Accogliere l’Energia del Sole Proveniente dallo Spazio
• La Strada Verso il Solare Spaziale…

Fotovoltaico Spaziale: Migliorie e Limiti…

La proposta è quella di posizionare pannelli nello spazio, circa 36.000 chilometri sopra il nostro pianeta, esposti costantemente alla luce solare.

L’energia raccolta, stabile e continua, verrebbe quindi trasmessa sulla Terra attraverso microonde, riducendo al minimo le perdite nel processo.

Questa tecnologia -space-based solar power (Sbnp)-, che pur potrebbe sembrare avveniristica, in realtà affonda le sue radici nelle prime fasi dello sviluppo del fotovoltaico, quando nel 1958 le forze armate degli Stati Uniti posero sei celle solari sul satellite Vanguard 1.

Gli esperimenti attuali dimostrano la fattibilità delle centrali solari orbitali.

Ad esempio, a giugno, il California Institute of Technology (Caltech) ha annunciato il successo nel trasferire energia solare dallo spazio alla Terra in modalità wireless attraverso il prototipo chiamato Maple.

E tuttavia, nonostante la sua fattibilità, questa innovazione dovrà superare vari ostacoli per affermarsi.

A cominciare dalle condizioni severe dello spazio esterno, che accelerano il degrado dei pannelli, che comporta un maggiore impatto ambientale, dato dall’incremento delle sostituzioni che si renderanno necessarie, ma anche dall’accresciuto numero di lanci e in generale dal trasferimento di energia tramite microonde, sulla cui sicurezza e innocuità ancora non ci si è espressi in maniera certa…

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Energia Solare Spaziale: Il Progetto di JAXA

La sfida consiste quindi nel superare questi ostacoli attuali.

Ci sta lavorando l’Agenzia giapponese JAXA, con un ambizioso progetto che prevede la realizzazione di un impianto fotovoltaico nello spazio.

L’obiettivo è produrre energia solare 24 ore su 24, senza la minima influenza delle condizioni atmosferiche terrestri.

Il progetto prevede di inviare in orbita un gigantesco satellite, di circa 4 chilometri di diametro e 10mila tonnellate di peso, che sarà dotato di pannelli fotovoltaici per convertire la luce solare in energia elettrica.

Questa a sua volta sarà convertita in microonde e trasmessa sulla Terra.

Le microonde sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d’onda di circa 10 centimetri.

Sono abbastanza potenti da trasportare grandi quantità di energia, ma non abbastanza potenti da rappresentare un pericolo per la salute umana.

Per trasmettere l’energia a microonde, l’impianto spaziale sarà dotato di un’antenna parabolica, che concentrerà le microonde in un fascio stretto, inviato poi sulla Terra.

Qui l’energia a microonde verrà raccolta da una rectenna, una particolare antenna che converte le microonde in energia elettrica, a sua volta trasformata in corrente alternata (AC) utilizzata per alimentare case e industrie.

La JAXA ha compiuto progressi significativi nello sviluppo del progetto: nell’anno (2023) ha condotto con successo un test per la trasmissione di energia a microonde su una distanza di 55 metri.

Così, nel 2024 prevede di lanciare in orbita un prototipo del satellite, dotato di pannelli fotovoltaici e di un’antenna parabolica, il cui obiettivo sarà testare la tecnologia di trasmissione a microonde.

Il progetto è ancora in fase di sviluppo, ma ha il potenziale per rivoluzionare il settore dell’energia: se dovesse avere successo, l’energia solare spaziale potrebbe fornire una fonte di energia pulita e rinnovabile a livello globale.

Eppure le domande si rincorrono, ed è giusto provare a dare loro una risposta:

1. il fascio di microonde non “cuocerà” le persone o gli animali che si trovano sulla sua traiettoria?

La risposta è (dovrebbe essere!) no. Il fascio non è sufficientemente potente. Parliamo di una potenza di circa 1 chilowatt per metro quadrato, quasi uguale alla luce del sole. Il limite di sicurezza per la salute umana è di 10 watt per metro quadrato. Pertanto, le persone che si trovano nelle vicinanze di una rectenna dovranno indossare delle tute protettive solo a distanze inferiori a 2 chilometri.

2. Quanto costa produrre energia solare spaziale?

Il costo di produzione è ancora in fase di valutazione. Tuttavia, si stima che sia significativamente più alto rispetto a quello dell’energia solare terrestre. Questo perché è necessario costruire e lanciare in orbita un satellite molto grande e complesso.

3. Quando sarà disponibile l’energia solare spaziale?

Se il progetto della JAXA avrà successo, l’energia solare spaziale potrebbe essere disponibile a livello commerciale entro il 2037.

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Energia Solare dello Spazio: Gli Altri Progetti Asiatici

Non solo il Paese del Sol Levante si impegna in questa nuova tecnologia, ma anche Cina e India.

La società cinese State Power Investment Corporation (SPIC) sta sviluppando un progetto chiamato Space Solar Power Station, che prevede di inviare in orbita un satellite fotovoltaico da 1 GW entro il 2035.

La stazione catturerebbe l’energia solare e la convertirebbe in microonde o laser per trasmetterla successivamente senza fili alla superficie terrestre per il consumo umano.

“Speriamo di rafforzare la cooperazione internazionale e ottenere progressi scientifici e tecnologici in modo che l’umanità possa realizzare il sogno di un’energia pulita illimitata in tempi brevi” ha dichiarato Wang Li, ricercatore della CAST (Accademia cinese di tecnologia spaziale).

Con un investimento di 200 milioni di yuan (28,4 milioni di dollari), la Cina sta costruendo una base di test a Bishan, nella municipalità sudoccidentale di Chongqing, per la ricerca sulla trasmissione di energia senza fili ad alta potenza e il suo impatto sull’ambiente.

Il programma spaziale indiano ha segnato un altro importante passo nell’anno in corso (2023) con il lancio della prima missione di ricerca solare, Aditya-L1, condotta dall’Agenzia Spaziale Indiana (ISRO).

La missione contribuirà alla ricerca globale sul Sole, focalizzandosi sullo studio: del riscaldamento coronale, dei meccanismi per cui la corona solare presenta una temperatura molto più elevata rispetto alla superficie solare, dell’accelerazione del vento solare, delle eruzioni solari e delle espulsioni di massa coronale, della dinamica dell’atmosfera solare.

Aditya-L1 trasporta una suite di sette strumenti costruiti internamente dall’ISRO, e tra questi il coronagrafo della linea di emissione visibile (per osservare la corona solare) e il Solar Ultraviolet Imaging Telescope che consentirà lo studio delle lunghezze d’onda ultraviolette, facilitando la comprensione della fotosfera e della cromosfera solare.

Aditya-L1 opererà per almeno cinque anni.

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Gli Stati Uniti e lo Sfruttamento dell’Energia Solare Spaziale

Il concetto di raccogliere l’energia solare nello spazio è stato introdotto dallo scrittore di fantascienza Isaac Asimov nel 1941.

Nel 1968, Peter Glaser, un ingegnere aerospaziale americano, ha presentato una proposta formale per un sistema basato sul sole nello spazio.

E gli americani continuano ad essere sempre sull’onda (spaziale, in questo caso!).

La Solaren Corporation ha sviluppato una soluzione all’avanguardia per generare elettricità nello spazio, e si impegna nel corso del prossimo decennio a realizzare, lanciare e gestire il primo impianto al mondo di Space Solar Power (SSP), offrendo l’elettricità prodotta sul mercato.

L’impianto in questione, protetto da brevetto, è basato sulla conversione della luce solare nello spazio in elettricità sulla Terra.

Con un satellite a energia solare posizionato nell’orbita terrestre geostazionaria (GEO) a circa 22.300 miglia sopra l’equatore, i pannelli solari sul Solar Power Satellite (SPS) catturano la luce solare ininterrottamente, convertendola in elettricità.

Questa energia viene trasformata in radiofrequenza (RF) e trasmessa a una stazione ricevente terrestre, che converte la potenza RF direttamente in energia elettrica, consegnandola ai clienti attraverso la rete elettrica.

Gli elementi chiave del sistema Solaren SSP includono: il satellite per l’energia solare (SPS), la stazione di ricezione terrestre (GRS), il centro di comando, il controllo dell’impianto SSP.

Sempre in America aziende come SpaceX di Elon Musk e Blue Origin di Jeff Bezos stanno esplorando il settore aerospaziale e potrebbero avere un ruolo chiave nella riduzione dei costi e nell’implementazione di progetti di energia solare extraterrestre.

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Anche l’Europa Sta per Accogliere l’Energia del Sole Proveniente dallo Spazio

Per preparare l’Europa alle future decisioni in materia di Space-Based Solar Power*, l’ESA ha avviato un’iniziativa preparatoria chiamata SOLARIS, che ha l’obiettivo di gettare le basi per una possibile decisione nel 2025 su un programma completo di sviluppo, stabilendo la fattibilità tecnica, politica e programmatica dell’energia solare nello spazio per soddisfare i bisogni di energia pulita sulla Terra.

Verranno valutati i benefici, le opzioni di implementazione, le opportunità commerciali e i rischi di questa forma di energia, chiarendo anche potenziali problemi ambientali, di salute e sicurezza, nonché sfide legate alla regolamentazione e alla coordinazione internazionale delle politiche spaziali.

In tal modo l’Europa punta a diventare un attore chiave, e potenzialmente un leader, nella corsa internazionale verso soluzioni scalabili di energia pulita per mitigare il riscaldamento globale antropogenico.

* L’energia solare nello spazio, nota come Space-Based Solar Power (SBSP), è una proposta tecnologica che mira a raccogliere energia solare direttamente nello spazio e trasmetterla sulla Terra. L’idea prevede la collocazione di pannelli solari su satelliti o altre strutture nello spazio, dove la luce solare è continua, senza interruzioni notturne o stagionali. Questi pannelli solari catturerebbero l’energia solare, che verrebbe poi convertita in elettricità e trasmessa sulla Terra attraverso microonde o raggi laser. L’obiettivo è sfruttare in modo più efficiente e continuo l’energia solare rispetto ai tradizionali impianti fotovoltaici sulla superficie terrestre, contribuendo alla produzione di energia pulita e sostenibile.

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La Strada Verso il Solare Spaziale…

Diverse altre nazioni e aziende del settore aerospaziale e dell’energia stanno esplorando teorie e progetti legati all’energia solare nello spazio.

Tuttavia, molte di queste sono ancora in fase di studio e sperimentazione, e la realizzazione su larga scala potrebbe richiedere ulteriori progressi tecnologici, oltreché investimenti.

La strada verso il solare spaziale è indubbiamente affascinante, ma i suoi successi dipenderanno dalla capacità di superare le sfide che sono sin qui emerse.

Prime fra tutte quelle concernenti la sicurezza, la salute umana e ambientale, e le richieste economiche che ad oggi risultano, per molti versi, proibitive…

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