およそ 1 平方マイルの土地に、途切れることなく配列された広大なソーラー パネルを想像してみてください。次に、その画像を地球の表面から数万キロメートル上空に位置する巨大な構造物を含む宇宙空間に転送すると、宇宙ベースの太陽光発電が何を達成しようとしているのかが理解できるでしょう。
このエネルギー源の推進力は、地上太陽光発電に対する利点だけでなく、他のほとんどのエネルギー源とは異なる特徴からも来ています。
支持者らは、遠隔地にあるため、あるいは関連インフラが単純に存在しないため、より伝統的な形態のエネルギーを利用するのに苦労している世界の地域に電力を供給できると主張している。
これを書いた理由
宇宙にあるソーラーパネルは、遠隔地や自然災害の影響を受けた地域に電力を供給する可能性があります。民間企業などが技術向上に取り組んでいる。
「どこかに工場を構え、それをサポートするインフラを提供する必要がある」と、米国海軍研究所の元電子技術者ポール・ジャッフェ氏は言う。 「宇宙太陽光発電を使えば、衛星から地球上のあらゆる場所に電力を転送できる可能性があります。」
テクノロジーの進歩
この技術がSFの領域を超えつつある兆しとして、英国の新興企業スペース・ソーラー社は最近、アイスランドのエネルギー会社と世界初の提携を結び、2030年までに宇宙から太陽光発電を提供し、約3,000世帯に電力を供給するのに十分な衛星を構想している。
スペース ソーラーはまた、360 度の送電技術を初めて実証したことで、新たなマイルストーンを達成しました。これは、ソーラー パネルが太陽に面し続けるためにどのように回転しても、地球に電力を送信できることを意味します。
一方、カリフォルニアに本拠を置く新興企業は、地球上のソーラーパネルが利用できる太陽光の時間を延長するために、2025年までに複数の鏡群を軌道上に打ち上げると発表している。
そして昨年、カリフォルニア工科大学のプロトタイプが宇宙で太陽エネルギーを収集し、初めて検出可能な量の太陽エネルギーを回収した。中国と日本も、それぞれ2028年と2025年までにこれに続く計画を立てている。
「私は非常に楽観的です」とスペース・ソーラーの共同CEO兼共同創設者であるマーティン・ソルタウは言う。 「現在、宇宙には火星探査車のような、もっと複雑なロボット工学が存在しますが、私たちはこれほど複雑なものは必要ありません。」
宇宙ベースの太陽光発電のアイデアは、地球の気象システムの変動をはるかに超えて、ソーラーパネルからの太陽の視界がほとんど遮られることがないほど高い位置で太陽エネルギーを収集することです。
これらの太陽電池アレイによって捕捉されたエネルギーは、電波 (場合によってはレーザー) に変換され、ワイヤレス電力伝送の概念を使用して地球上の受信ステーションに送信され、そこで電波が電気に変換されます。
一部のバージョンでは、ハードウェアは単に巨大な鏡として機能し、太陽の光を地表のソーラーパネルまで反射し、朝や夕暮れに太陽が直接当たる前にエネルギーを電気に変換できるようにします。
これらの太陽光を収集する構造物は、現在軌道上にあるものと比べものにならない規模となり、代表的な設計に関するNASAの研究によれば、国際宇宙ステーションの面積の3,000倍となる。
コストが最大の障害です。実際、NASAの報告書では、宇宙利用の太陽光発電は地上利用の代替手段に比べて12～80倍高価になる可能性があることがわかっています。しかし報告書は、この技術が非常に新しいため、仮定を置く必要があったと述べている。
「コストは打ち上げと製造によって大きく左右されることが分かりました」と、NASAの技術・政策・戦略局の先端プログラムのディレクターであり、報告書の主執筆者でもあるエリカ・ロジャース氏は言う。
打ち上げコストの点では、10月中旬に史上最も強力なロケットであるスペースX社のスターシップの5回目の試験飛行があり、打ち上げコストが上昇した。世界初として、ブースターセクションは宇宙の端に到達し、発射台タワー上の2つの鋼鉄アームに捕捉されるまで降下しました。
11月の再実験はあまり成功しなかったが、スペースXの小型ファルコンロケットはすでに再利用可能性を実証している。ただし、これらのロケットは海上のプラットフォームに戻り、陸地まで曳航して数週間かけて改修する必要があります。数時間以内に再打ち上げするというこの宇宙船の願望は、その巨大な能力とともに、宇宙へのアクセスコストを大幅に削減する可能性がある。
「スターシップはこれから必要とされる能力だ」とスペース・ソーラー社のソルタウ氏は言う。 「回復力を高め、競争力を維持するには、さまざまな打ち上げプロバイダーを用意する必要がありますが、その市場は急速に進化しています。」
一部の批評家が懸念として挙げているのは、宇宙太陽光発電システムを軌道に乗せることによって生じる温室効果ガスの排出量だ。しかし、NASAの報告書は、発電単位あたりの排出量は、陸上のクリーンエネルギーシステムの構築によって生成される排出量と一致する可能性が高いと結論付けている。
また、高価になる可能性は高いものの、宇宙ベースの太陽光発電機能によりコストが軽減される可能性があります。
たとえば、送電網から遠く離れた遠隔地の採掘作業では、平均よりもはるかに高い電力料金を支払わなければなりません。送電網に接続したり自家発電したりするためのインフラを費やすよりも、宇宙ベースの太陽光受信ステーションを構築した方が安価になる可能性があります。
同様に、自然災害が発生し、送電網が壊滅的な被害を受けた場合、宇宙の太陽光発電施設から電力を得るために一時的な受信機が派遣される可能性があります。
このようなシナリオでは、初期段階ではコストが依然として高いとしても、この技術が最初のニッチ分野を見つける可能性があると言う人もいます。
懸念には人の健康への影響が含まれる
しかし、たとえ価格が許容され、技術が問題なく発展したとしても、懸念される問題は依然として存在します。
国際的な規範と標準を確立することは、いくつかの理由から重要です。ソルタウ氏によると、その1つは相互運用性を確保することであり、「例えばアフリカの国がアンテナを建設し、それが標準に準拠して構築されていることが分かるようにすることで、太陽光発電の衛星から電力を受け取ることができる」という。
他の懸念には、地球に電力を送信することで、たとえば通信に干渉が生じたり、人間の健康に被害が及んだりするかどうかが挙げられます。
宇宙ベースの太陽電波で使用される周波数は、他のシステムへの混乱を最小限に抑える帯域幅に設定できます。オペレーターは、使用する機器が発する最大雷強度が、有害な可能性のある雷強度を大幅に下回っていることを確認できます。たとえば、スペース・ソーラー社は、自社の技術では正午の太陽の強度の4分の1より強力なものを伝達することはできないと主張している。
「ここでの例えは、家に電気乾燥機がある場合、絶縁と規制がなければ、そこに流れる電気は明らかに非常に危険であるということです」と現在国防高等研究計画局のジャッフェ博士は言う。 「宇宙太陽光発電についても同様のことを行う必要があるかもしれません。」
