Een orbitale satelliet die de technologische haalbaarheid test van het oogsten en een dag lang zonne-energie naar de aarde verzenden, heeft zijn missie van een jaar voltooid en onderzoekers willen graag in de resultaten duiken. Volgens de vandaag vrijgegeven missiesamenvatting van Caltech beschouwen de ingenieurs achter de Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) alle drie de ingebouwde gereedschappen van het 110-pond prototype als succesvol en geloven ze dat het project “zal helpen bij het plannen van de toekomst van zonne-energie in de ruimte.” stroom.” Die toekomst kan echter nog tientallen jaren duren, als dergelijke projecten gefinancierd worden.
SSPD-1 werd begin januari 2023 gelanceerd met een SpaceX Falcon 9-raket en bevatte drie experimenten: ten eerste onderzocht het UltraLight Composite Experiment (DOLCE) de duurzaamheid en efficiëntie van lichtgewicht, op origami geïnspireerde zonnepaneelstructuren, ALBA (Italiaans voor ‘dageraad’). ) werden 32 verschillende fotovoltaïsche celontwerpen getest om te bepalen welke het meest geschikt zou zijn voor de ruimte. Tegelijkertijd testte het Microwave Array for Low Orbit Experiment (MAPLE) microgolfzenders die waren ontworpen om zonne-energie die in een baan om de aarde werd verzameld terug naar de aarde te zenden.
[Related: A potentially revolutionary solar harvester just left the planet.]
Misschien wel het belangrijkste is dat MAPLE voor het eerst met succes heeft aangetoond dat zonne-energie kan worden geoogst door fotovoltaïsche cellen en via een microgolfstraal naar de aarde kan worden verzonden. In de loop van nog eens acht maanden verhoogden leden van het SSPD-1-team opzettelijk de MAPLE-stresstests, wat uiteindelijk leidde tot een afname van de overdraagbaarheid. De onderzoekers reproduceerden het probleem vervolgens in een laboratoriumomgeving en kwamen uiteindelijk tot de conclusie dat complexe elektrisch-thermische interacties en slijtage van individuele array-componenten de oorzaak waren.
Ali Hajimiri, mededirecteur van Caltech’s Space Solar Power Project (SSPP) en Bren hoogleraar Electrical and Medical Engineering, hebben vandaag aangekondigd dat de resultaten “al hebben geleid tot herzieningen in het ontwerp van verschillende elementen van MAPLE om de prestaties over langere tijd te maximaliseren periode.”
“Ruimtetesten met SSPD-1 gaven ons meer inzicht in onze blinde vlekken en meer vertrouwen in onze capaciteiten”, voegde Hajimiri eraan toe.
De huidige zonnecellen die in satellieten en andere ruimtetechnologieën worden gebruikt, zijn maar liefst 100 keer duurder in de productie dan hun terrestrische tegenhangers. Caltech legt uit dat dit voornamelijk te wijten is aan de kosten van het toevoegen van beschermende kristalfilms, bekend als epitaxiale groei. ALMA ontdekte dat perovskietzonnecellen, hoewel ze hier op aarde een veelbelovend ontwerp zijn, grote verschillen in prestaties in de ruimte laten zien. Tegelijkertijd presteerden galliumarsenidecellen consistent goed over lange perioden, maar zonder de noodzaak om epitaxiale groei mee te nemen.
Wat DOLCE betreft, gaven de onderzoekers maandag grif toe dat “niet alles volgens plan verliep”. Hoewel het oorspronkelijk de bedoeling was dat het in de loop van drie tot vier dagen zou worden geïmplementeerd, kwam DOLCE verschillende technische problemen tegen, zoals vastzittende draden en vastzittende mechanische componenten. Gelukkig kon het team de problemen oplossen door gebruik te maken van ingebouwde camera’s om de problemen op een volledige laboratoriumreplica na te bootsen. Ondanks de kopzorgen heeft de ruimtetest van DOLCE “de robuustheid van het basisconcept aangetoond”, aldus mededirecteur van SSPP en Joyce en Kent Cressa hoogleraar lucht- en ruimtevaart en civiele techniek Sergio Pellegrino.
[Related: Are solar panels headed for space?]
Maar zelfs met de algehele successen van SSPD-1 kan het nog jaren duren voordat zonne-energie efficiënt en betaalbaar kan worden geoogst met behulp van satellietarrays. Eerdere schattingen hebben aangetoond dat zonne-energie die in de ruimte wordt verzameld 1-2 dollar per kWh kost, terwijl deze momenteel minder dan 0,17 dollar per kWh bedraagt voor Amerikaanse elektriciteit. De materiaalkosten zullen drastisch moeten worden verlaagd, maar nog steeds sterk genoeg blijven om zonnestraling in de ruimte en geomagnetische activiteit te weerstaan.
Er zijn nog andere problemen die moeten worden opgelost voordat zonne-energie vanuit de ruimte ooit kan bijdragen aan de duurzame energie-infrastructuur van de mensheid. Als De New York Times Zoals vorig jaar werd opgemerkt, was de hoeveelheid energie die door SSPD-1 via de microgolfstraal wordt uitgezonden uiterst verwaarloosbaar vergeleken met wat nodig is voor dagelijks gebruik, en dergelijke orbitale zonnepanelen zouden waarschijnlijk enkele duizenden meters breed moeten zijn – het Internationale Ruimtestation bijvoorbeeld. referentie, het is slechts 357 voet lang. Er zijn ook zorgen over de veiligheid over het terugstralen van krachtige microgolf- en laserstralen naar de aarde.
SSPP-onderzoekers zijn zich ervan bewust dat al deze problemen oplossingen vereisen voordat orbitale zonneparken echt mogelijk zijn. Maar hun laatste vooruitgang geeft aan dat ze zich op zijn minst op een veelbelovend pad lijken te bevinden.