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un l'énergie solaire spatiale il est hypothétique centrale électrique constitué d'un ou plusieurs satellites que, par cellules photovoltaïques convertir la lumière du soleil en courant électrique par l'intermédiaire d'une antenne et ensuite transmettre l'énergie sous forme de micro-onde ou laser. L'avantage d'avoir des cellules photovoltaïques dans l'espace par rapport à les installer sur la Terre est due à la constance de l'éclairage et de l'absence de conditions atmosphériques (nuages, pluie, etc.) qui réduisent l'apport d'énergie aux cellules. De toute évidence, le principal inconvénient est le coût élevé du transport orbite satellites et des infrastructures connexes.

Centrale solaire orbitale
Vue d'artiste d'une énergie solaire spatiale

[1]

histoire

L'idée de ce type de satellites est né à la fin de 1968 mais d'abord il a été jugé impraticable en raison de l'impossibilité de transmettre efficacement la puissance générée à partir du satellite vers la Terre. Le problème de la transmission à la terre est fixée dans 1974 Lorsque Peter Glaser a reçu le numéro de brevet 3781647. Ce brevet lié à un procédé de transmission d'énergie de l'espace à la Terre en utilisant des micro-ondes et une antenne d'appel particulier rectenna.

Glasser a travaillé pour Arthur D. Little Inc. avec la maison vice-président. la NASA Au départ, il était intéressé par ce type d'applications, et en fait dans 1972 Elle a été attribuée à quatre entreprises pour étudier ces infrastructures spatiales. Ces études evidenziarono deux problèmes fondamentaux. La première était en raison du coût élevé du transport en orbite des structures plus grandes et le deuxième problème était le manque d'expérience dans le montage et la gestion de grandes infrastructures en orbite. Ces problèmes ne semblent pas insurmontables et donc les études continues.

La plupart effectué ce type d'études des industries de l'aérospatiale sous la pression de la NASA, qui a fourni des fonds pour financer des projets et en cas de mise en oeuvre aurait des contrats attribués qui préfigure pharaonique. Au début de soixante-dix la demande d'électricité est en hausse constante et les nouvelles formes d'énergie étaient les bienvenus, mais vers la fin de la décennie, la demande d'électricité était stabilisée et donc l'intérêt de ces études disparu.

Récemment, ces études ont regagné intérêt en raison de l'augmentation du coût des produits énergétiques. Dans le même temps, les améliorations technologiques pichets et les techniques de construction dans l'espace ont fait la réalisation de ces systèmes moins chers, mais à l'heure actuelle ne sont pas encore compétitifs avec d'autres sources d'énergie.

description

Centrale solaire orbitale
art avec Depiction capteur solaire en évidence

Une centrale solaire orbital se compose de trois parties:

  1. Un grand collecteur d'énergie solaire, typiquement construit avec cellules photovoltaïques
  2. Une antenne pour émettre des micro-ondes de la Terre
  3. Une antenne de hauteur sur la Terre qui reçoit micro-onde et les convertit en énergie électrique

La construction de la centrale solaire dans l'espace conduirait de nombreux avantages techniques, l'espace central recevait un éclairage direct et constant pour 99% de l'année, ne recevrait pas seulement la lumière du soleil pendant la éclipse et pendant la équinoxes. En outre, dans ce cas ce serait une interruption d'éclairage de quelques heures, puis compensé par des centrales électriques conventionnelles ou d'autres centrales orbitale disposées en différents endroits sur Terre.

Technologiquement ce type d'installation est beaucoup plus simple qu'un Centrale thermique, n'a ni turbines, ni des circuits de refroidissement à régler, la conversion de l'énergie électromagnétique en courant continu est réalisée directement par les cellules photovoltaïques qui sont des composants qui ne nécessitent pas pratiquement aucun entretien. La structure de ce centre pourrait être aussi très léger parce que l'espace ne doit pas gagner gravité Terre.

L'antenne terrestre installé (rectenna) est la pierre angulaire du projet. Il se compose d'une série de tribunaux antennes dipôles connecté à la diodes. L'énergie des micro-ondes émis par le satellite serait reçu par les antennes avec un rendement de 85-90%. Vous pouvez utiliser une antenne micro-ondes classique, mais ce type d'antenne serait très coûteux, comme l'antenne installée sur le sol doit être de grandes dizaines de kilomètres. Les cultures et les animaux ne seraient pas pris la peine par le rectenna car cela réduirait légèrement l'éclairage, en substance cette antenne en termes d'espace occupé au sol est pas cher que cela puisse paraître.

Pour une efficacité maximale de l'antenne de transmission doit avoir un diamètre compris entre 1 et 1,5 km. L'antenne installée sur la terre doit avoir un diamètre compris entre 10 et 14 km. Ce type d'antenne serait capable de transmettre entre 5 et 10 gigawatts puissance. Pour être pratique à l'antenne doit être utilisée à pleine puissance, puis le collecteur satellite doit avoir une superficie comprise entre 50 et 100 kilomètres carrés en utilisant les cellules photovoltaïques standards (avec un rendement de 14%). En utilisant le meilleur actuellement disponible pour les cellules photovoltaïques, vous pouvez réduire de moitié la zone occupée donnée (ces composants ont une efficacité de 28%), mais est considérablement augmenter les coûts seraient. Dans les deux cas, les structures à construire en orbite seraient grandes dizaines de kilomètres, il est pas au-delà des capacités de l'ingénierie moderne, mais vous devez prendre en compte que des installations similaires ont jamais été construites en orbite.

questions

les coûts de lancement

Sans doute le principal problème de la centrale solaire orbitale est le lancement du matériau. Sur la base de ce qu'il en coûte en orbite un navette spatiale les frais de transport entre 8 000 et 11 000 US $ par kilogramme, le prix exact dépend du nombre de pistes nécessaires pour mettre en orbite l'objet. Avec ces coûts mis en orbite une structure telle que l'énergie solaire spatiale n'est pas possible d'un point de vue économique. Nous devons développer un lanceur qui coûte environ 400 $ par kilogramme.

En supposant un typique panneau solaire, Ce pèse 20 kilogrammes par produit kilowatts, sans tenir compte de la masse des structures de soutien. En supposant de construire une station de quatre gigawatts vous auriez un poids de 80.000 tonnes en 1600, puis la navette spatiale lance seulement pour déplacer le matériel dans 'orbite terrestre basse la planète (comme portant le matériau orbite geostazionale Il est une autre question). Une version légère des panneaux pèserait 1 kg par kilowatt, puis 4 000 tonnes, puis 80 lancements de la navette spatiale. Une version allégée de la centrale solaire orbitale ne coûterait que pour la mise en orbite basse des panneaux de 40 milliards $. La façon d'assembler la structure, les structures de soutien et amener le satellite en orbite geostazionale ont plus de problèmes à traiter.

Gerard O'Neill a remarqué le problème soixante-dix et a proposé de construire la centrale solaire en utilisant un matériau produit et lancé par lune. Cette solution apporterait les coûts de lancement, de la lune de mettre en orbite une structure coûte cent fois moins que la Terre en raison de la faible gravité et de l'absence de frottement avec l'air. La Lune pourrait être utilisé roquettes la lumière ou un puissant canon de rail qui accélère les capsules pour l'envoyer en orbite. Mais cette solution serait de sens que si l'on décide de construire au moins une centaine de centrales solaires orbitales, sinon le coût de l'installation de la lune toutes les infrastructures nécessaires pour le projet ne serait pas remboursé. Il semble que O'Neill a suggéré cette solution comme une excuse pour justifier la la colonisation de l'espace qui, comme une solution au problème de la centrale solaire.

Récemment, il a été suggéré d'utiliser un ascenseur spatial pour résoudre le problème de transport. Un ascenseur spatial serait la construction de l'énergie solaire abordable et probablement économique avec d'autres sources d'électricité. À l'heure actuelle, cependant, les problèmes techniques de cette infrastructure sont énormes et certains sont encore à résoudre mais il semble que l'achèvement de Les nanotubes de carbone Ils peuvent fixer dans un avenir. Cependant, cette solution à court terme ne semble pas être utilisé.

sécurité

L'utilisation des micro-ondes dans le projet est le choix de la technologie la plus controversée, bien que la crainte que tout ce qui entre en contact avec le faisceau est incinéré est injustifiée et excessive. La zone de l'intensité maximale (centre) ne parvient pas à des niveaux mortels d'exposition pour même indéfiniment des expositions[citation nécessaire]. tout avions irradié par le faisceau ne seront pas affectés et même les passagers qui, étant protégé par le fuselage de l'avion métallique ne serait pas affecté l'irradiation. Plus de 95% de la puissance du faisceau serait interceptée par la rectenna et la partie restante du micro-ondes serait dispersé dans l'environnement avec des concentrations très faibles pour les normes de sécurité dans le monde entier pour l'exposition aux micro-ondes[citation nécessaire]. Cependant, la plupart des chercheurs conviennent que d'autres recherches doivent être effectuées par irradiation micro-ondes et l'influence possible de ce rayonnement dans l'environnement. Ils doivent également effectuer des études en profondeur de l'atmosphère avec un rayonnement micro-ondes. L'intensité maximale du rayonnement est commandée par le système mais il est conçu pour être comparable à celle d'un téléphone. Les micro-ondes ne doivent pas être trop intense pourrait autrement nuire aux oiseaux. Des expériences avec des pouvoirs de Irradiation raisonnables ont montré aucun effet secondaire même après plusieurs générations chez les animaux de laboratoire[citation nécessaire]. Il a été suggéré de déployer l'antenne au large, mais cette solution est très problématique.

Une méthode couramment proposé pour assurer que le faisceau est de générer un faisceau pilote de la Terre pour guider l'émission à partir de la centrale orbital. Le faisceau de guidage serait émise à partir de l'antenne au centre de la Terre, l'antenne en orbite recevrait et pourrait l'utiliser comme signal de référence au point correctement le faisceau. Lorsque le faisceau émis et celui reçu par la Terre sont correctes deux seraient phase les uns avec les autres et ce serait le signe d'un pointage correct. Si le faisceau pilote était absent (l'antenne peut être mise à tort ou à l'échec de guidage de faisceau) le faisceau envoyé par le central de ne pas avoir une référence ne peut pas se concentrer correctement sur le rectenna réduire l'efficacité du système et de dispersion environnement micro-ondes.

Il est important pour le système que le faisceau est collimaté autant que possible en raison de cela dépend de l'efficacité du système de transmission. En dehors des niveaux de micro-ondes rectenna très rapidement et diminue même une ville près de la rectenna ne serait pas rayonné.

Les effets à long terme de rayonnement de l'ionosphère par micro-ondes doivent être étudiés de manière adéquate.

Effets sur le centre économique

Le prix actuel fluctue tous les jours en Amérique du Nord, mais est généralement de l'ordre de 5 cents le kilowattheure. En supposant que l'unité de commande a une durée de vie de 20 ans et une puissance de 5 gigawatts instantanée sa valeur commerciale est 5.000.000.000/1000 = 5000000 kilowatt-heure, multiplié par 0,05 $ génère 250 000 $ par heure. 250 000 $ pour 24 heures pour 365 jours pour 20 ans donnent 43,8 milliards de dollars.

Pour être compétitif dans ce centre fait face à deux obstacles redoutables. Ou doit coûter peu ou il doit durer pendant une longue période de temps. La réduction des coûts dépend principalement de la réduction du coût de la mise en orbite alors que, pendant toute la durée de certains commentateurs ont fait valoir que cette plante pourrait avoir une durée infinie. En réalité, la réparation des dommages causés par les micrométéorites et la réduction progressive de l'efficacité des cellules photoélectriques, il est impossible pour une très longue vie du centre, qui est actuellement en fait, on estime à 20 ans de durée de vie utile, extensible accepter une dégradation de la puissance fournie au fil des ans.

Une centrale électrique traditionnelle puis construite sur la terre coûterait beaucoup moins et ne nécessiteraient pas d'importantes innovations technologiques. Si elle a été construite dans un environnement ouvert et ensoleillé (par exemple le désert du Sahara) Ensuite, peut fournir un bon niveau de continuité de service.

Cependant, cette solution, souffrent de plusieurs inconvénients. La première est la présence de la nuit qui réduirait (environ) 50% de l'efficacité du système. L'efficacité du système serait également réduit par l'alignement imparfait du Soleil à l'aube et au crépuscule. La présence éventuelle de nuages ​​rendrait le système inefficace et dans tous les cas, la nuit devrait prévoir le courant électrique avec d'autres méthodes, par exemple avec des centrales hydroélectriques que pendant le jour où il y a beaucoup d'énergie de pompage de l'eau dans leur bassin et la nuit en faisant glisser l ' l'eau dans le bassin de récupération d'électricité. Il faut se rendre compte que ces stations sont coûteuses et inefficaces. Il faut également tenir compte des conditions météorologiques qui pourraient endommager le système: une tempête de sable peut être dévastateur pour un système ouvert. Ensuite, l'irradiation micro-ondes permet d'apporter directement l'énergie où il est nécessaire et si vous étiez une plante dans le désert doit alors surveiller la construction de lignes électriques à longue distance qui augmenteraient les coûts et à dissiper l'énergie.

Les innovations technologiques qui peuvent réduire le coût de fabrication des cellules solaires spatiales pourraient réduire les coûts de construction par les plantes terrestres. Mais, alors que les plantes terrestres peuvent être réalisées directement par l'homme et par conséquent, ne pas en soi trop coûteux implants en orbite doivent être effectuées automatiquement et donc par conséquent, à l'heure actuelle, ils sont très chers. Par conséquent, le coût d'un lot peuvent également être soumis à des réductions considérables des coûts en cas d'améliorations technologiques, ce qui est pas le cas pour les plantes terrestres.

Un autre problème des centrales orbitales est qu'ils occupent une grande orbite géostationnaire spatiale. Cette orbite est très important pour télécommunications et donc il doit être utilisé avec parcimonie. Le problème peut être surmonté en utilisant la centrale également un satellite de télécommunication avec l'avantage que les antennes répéteurs jouirait d'une alimentation haute et constante.

Les projets actuellement en développement

la JAXA (Agence nationale du Japon pour l'espace) a prévu de faire une centrale orbitale 1 gigawatt d'ici 2040[2]. en 2001 Il a annoncé qu'il a lancé l'étude et le développement d'un prototype satellite solaire sera lancé en orbite capable de générer une puissance de 10 kilowatts et mégawatts.[1] En 2009, Pacific Gas and Electric (PGE) a annoncé qu'il tente d'obtenir l'autorisation, ainsi que la société Solaren, acheter 200 MW d'électricité à partir d'une station spatiale solaire, à partir de 2016.[3][4][5]

notes

  1. ^ Sans titre
  2. ^ (FR) TELEGRAPH: Le Japon prévoit la centrale solaire dans l'espace (10 novembre 2009)
  3. ^ Cassandra Sweet, MISE À JOUR: ÉGP Looks de l'espace pour l'énergie solaire, en Le Wall Street Journal, 13 avril 2009,. Consulté le 14 Avril, 2009 (Déposé par 'URL d'origine 17 avril 2009).
  4. ^ Jonathan Marshall, Espace Solar Power: The Next Frontier?, sur Suivant 100, Pacific Gas and Electric (PGE), le 13 Avril 2009. Consulté le 14 Avril, 2009 (Déposé par 'URL d'origine 15 avril 2009).
  5. ^ Utilitaire pour acheter l'électricité produite orbite de Solaren en 2016, sans risque, MSNBC, 13 avril 2009. Extrait le 15 Avril, 2009.

bibliographie

  • (FR) Glaser, Peter E:. L'énergie du Soleil, son avenir, science, vol. 162, no.3856, le 22 novembre, 1968, pp. 857-861.
  • (FR) Satellites énergie solaire (Livre relié) Peter E. Glaser, Frank P. Davidson et Katinka Csigi, 654, 1998 PGS John Wiley Sons ISBN 047196817 X

Articles connexes

  • transfert d'énergie sans fil
  • Transmetteur renforcement
  • Wardenclyffe Tour

D'autres projets

liens externes