Nejhustěji obydlená místa planety, tedy vysoce urbanizované městské aglomerace na východním pobřeží USA, v západní Evropě a v Číně, denně zkonzumují nesmírné množství elektrické energie, která může být vyrobena několika způsoby. Tradiční fosilní zdroje jsou trvale neudržitelné a každý, kdo má trochu rozumu, se snaží je co nejdříve nahradit. Obnovitelné neboli zelené zdroje, jak jsou v současné době nazývány, jsou sice trvale udržitelné, avšak prozatím neposkytují dostatečný výkon pro mnohamilionové megalopole a také je nutné je co nejvíce kombinovat kvůli jejich nestabilitě. Posledním velkým hráčem je energie jaderná, která sice bezpečně pokryje požadovanou spotřebu, avšak má mnoho odpůrců, kteří se bojí o životní prostředí a bezpečnost obyvatelstva. Jak takové dilema vyřešit? Pomohlo by snad přesunutí tohoto problému mimo naši planetu? Co kdybychom postavili obří elektrárnu na oběžné dráze?
Světoznámý autor vědecko-fantastické literatury Isaac Asimov se o této možnosti zmínil už v roce 1941 ve své povídce Rozum, ve které velká vesmírná stanice získává energii ze Slunce a pomocí mikrovlnných paprsků ji rozesílá na různé planety. Jako mnoho sci-fi technologií má i tato reálný vědecký základ. Jeden z prvních vědců, který se touto možností vážněji zabýval, byl americký vědec Peter Glasner, který v roce 1968 publikoval v časopise Science teze o proveditelnosti a realistickém návrhu vesmírné solární elektrárny.
Čas od času se v různých koutech světa objeví stručná zpráva o možnostech či plánech stavby takovéto elektrárny. Japonsko je nejdále s technologiemi bezdrátového přenosu elektrické energie a má za sebou i úspěšné testy ve vesmíru. V šuplících NASA existují vážně míněné koncepty zabývající se stavbou obří vesmírné elektrárny. V nedávné době se svou trochou do mlýna přispěla i Čína. Není tajemstvím, že čínská velkoměsta jsou sužována smogem, přeplněna skleníkovými plyny a výjimkou není ani nedostatek energie. Není proto divu, že čínští vědci vážně přemýšlejí nad plánem, jak tento náročný boj přesunout mimo planetu.
Zdroj: http://images.techhive.com/
Pokud by se se stavbou skutečně začalo, vesmírná elektrárna by překonala velikost všech doposud uskutečněných vesmírných projektů včetně Mezinárodní vesmírné stanice i lunárního programu Apollo. Vesmírná elektrárna by představovala stavbu gigantických rozměrů, která by vyrostla na geostacionární nebo geosynchronní oběžné dráze ve výšce přibližně 37 000 km a i z takové výšky by byla lehce pozorovatelná pouhým okem. Většinu elektrárny by tvořily velké solární panely. Generovaná elektrická energie by pak byla odesílána pomocí mikrovlnných nebo laserových paprsků do pozemských kolektorů. Wang Xiji, který možnosti využití vesmírné elektrárny studuje více než 50 let, spočítal, že ekonomicky výhodná elektrárna by musela být skutečně obrovská a její solární panely by měly mít souhrnnou plochu 5 – 6 km2. Takový kolos by však vážil přibližně 10 000 tun. I při existenci super těžké rakety CZ-9, kterou Čína chystá, by tak muselo být uskutečněno nejméně sto jejích startů! Je tedy jasné, že alfou a omegou celého projektu bude velice levný nosič (znovupoužitelný?) s velkou nosností.
Výhody vesmírné solární elektrárny jsou nesporné. Na rozdíl od těch pozemních, které jsou závislé na střídání dne a noci či na rozmarech počasí, by elektrárna na vhodné oběžné dráze mohla vyrábět elektrickou energii na plný výkon po 99 % času. Solární články navíc ve vesmíru dokážou generovat až desetkrát více energie na jednotku plochy než stejné články na Zemi. Je jasné, že energetickou krizi budeme muset dříve nebo později definitivně vyřešit a najít opravdu silný a udržitelný zdroj energie pro nenasytnou populaci může mít strategický význam. Ať už se Čína nebo kdokoliv jiný pokusí postavit solární kolos, je vysoce pravděpodobné, že ovládne celosvětový trh s elektrickou energií.
Stavba elektrárny by si vyžádala astronomické investice, mnoho let práce a zajisté by si přichystala také nemálo problémů. Na druhou stranu by znamenala množství nových technologií, značné pokroky v energetice, materiálech, vesmírné dopravě a využívání vesmírných zdrojů. Mimo jiné bude nutné minimalizovat váhu solárních panelů, což znamená minimalizovat jejich tloušťku. Jako vhodná hmotnost se udává alespoň 200 gramů na jeden čtvereční metr. Dále je pak nutno dosáhnout vysoké efektivity při bezdrátovém přenosu energie. Aby mohla být elektrárna ekonomicky výhodná, musejí mikrovlnné či laserové paprsky dosáhnout efektivity alespoň 50 %.
I přes veškeré překážky jsou Číňané přesvědčení, že jsou schopni elektrárnu postavit. Prezident Čínské akademie vesmírných technologií uvedl, že velká vesmírná stanice, kterou Čína postaví na začátku 20. let bude ideálním odrazovým můstkem pro tento projekt. Bude poskytovat perfektní platformu pro studium a testování technologií pro vesmírnou elektrárnu. Členové Čínské akademie věd a Čínské akademie energetiky sepsali v roce 2010 zprávu, že by měla Čína postavit do roku 2030 experimentální vesmírnou solární elektrárnu a do roku 2050 pak ekonomicky výhodnou a životaschopnou obří elektrárnu.
Většině z nás asi takovýto projekt ještě dnes přijde jako science fiction. Ať už ale bude na oběžné dráze elektrárna kroužit v roce 2050 nebo 2500, zcela jistě půjde o jeden z největších počinů lidstva. Jen si představte naprosto čistou energie, která je k dispozici všude a navíc bez drátů.
Zdroje informací:
http://english.cas.cn/newsroom/news/201503/t20150331_145878.shtml
http://www.computerworld.com/article/2903588/china-considering-space-based-solar-power-station.html
Zdroje obrázků:
http://www.chinadaily.com.cn/china/images/attachement/jpg/site1/20150330/a41f726b0511168326d02a.jpg
http://images.techhive.com/images/article/2015/03/nasa_solar_power_satellite_concept-100576146-primary.idge.jpg
Představa je to hezká, ale přenosy energie o takovém výkonu bude také ovlivňovat prostředí v okolí přijímacího místa. Ale jinak dobře, každý podobný projekt minimálně zvýší povědomí veřejnosti o důvodech k letům do vesmíru…
A prečo generujú vo vesmíre až 10-násobok energie?
Odpověď je prostá, světlu nestojí v cestě atmosféra a na tak vysoké orbitě nejsou půl dne ve stínu Země..
To ovšem vysvětluje pouze malou část rozdílu. Realita je poněkud jiná, v porovnání s trackerem ve vhodné lokalitě může vesmírná elektrárna generovat tak maximálně čtyřnásobek. Kupříkladu 1 kWp systém v trvalém optimálním osvětlení ve vesmíru 1 AU od Slunce vygeneruje za rok něco přes 10000 kWh, ale 2D tracker v Albuquerque vygeneruje za stejnou dobu až asi 2600 kWh, tedy zhruba čtvrtinu. Drtivou většinu toho rozdílu ale způsobuje zeměpis (Slunce pod obzorem), nikoli atmosféra.
To, že sama atmosféra (s výjimkou mraků, pochopitelně) nějakým způsobem redukuje procházející sluneční záření a způsobuje tak masivní, ekonomicky nepřijatelný pokles fotovoltaického potenciálu je poměrně oblíbený omyl. Atmosféra má totiž významné „okno“ propustnosti právě v rozsahu „ekonomicky významných“ fotonů blízkých šířce zakázaného pásu praktických polovodičů využívaných ve fotovoltaice:
Tedy velká část poklesu celkové intenzity dopadajícího záření probíhá v pásmech, která bychom stejně nedokázali dostatečně ekonomicky využít, a i jinak je považujeme spíš za nežádoucí (třeba o něco snížený podíl IR záření oceníme kvůli o něco nižší teplotě osluněných panelů, a téměř eliminované UV záření oceníme kvůli trvanlivosti použitých materiálů). Totiž nějaký měřitelný pokles tam tedy jistě bude, ale je dost dobře možné, že už jen nárůst životnosti FV článků kvůli příznivějším provozním podmínkách ho více než vykompenzuje (a tedy že přesunem FV článku by průměrná cena kilowatthodiny spíše vzrostla, i kdyby cesty do vesmíru byly úplně zadarmo).
Mohou využívat spektra, pro které je atmosféra nepropustná a které je lépe využitelné pro tvorbu elektřiny. Čím více-energetické záření, tím více elektřiny. Atmosféra je prospustná převážně pro viditelné spektrum, které ale nemá dostatek energie.
Více např. zde:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Fotoelektrick%C3%BD_jev
…a pak zjistíte, jak skutečně fotoelektrický jev funguje a jak vypadá sluneční spektrum, a z toho vlhkého snu o vysokoenergetických fotonech se probudíte. 😀
Ono by bylo asi ekonomicky výhodnější postavit solární nebo větrné elektrárny všude po Zemi např. na pouštích ale úplně nejlepší by bylo to jádro, to může být elektrárna prakticky kdekoliv bohužel strach nám to nedovolí. Postavit solární elektrárnu mimo Zemi je fakt hodně velká scifi, za ty peníze co se do toho vloží by bylo na Zemi elektráren se souhrnym výkonem daleko vyšším i když jsou půl času potmě.
No, on existuje plán na stavbu pozemní solární superelelktrárny, která by dokázala bez akumulace utáhnout velkou část či dokonce veškerou spotřebu planety… Ovšem znamenalo by to obrovskou soustavu elektráren kolem celého rovníku propojených silovým rozvodem(aby elektřina šla i v noci) a další úplně nové rozvody směrem od rovníku… Něco takového jde jen v mezinárodní spolupráci, zatímco do soláru na orbitě Číně nikdo kecat nebude…
Pak vám přijde jeden uragán a jste v řiti.
není to tak trochu vojensky zneužitelné? Co když se ten koncentrovaný paprsek odchýlí?
Mě by se hrozně líbilo, kdyby něco takového vzniklo, a budu Číňanům fandit, ale nejsem úplně přesvědčený o smysluplnosti takového projektu.
Ten údaj o desetkrát větší efektivitě se mi nezdá, ale i pokud je solár na orbitě o tolik výhodnější, je velkou otázkou, zda to stojí za ty problémy. V první řadě bezdrátový přenos energie rozhodně není bezztrátový, v jednom ze zdrojových článků se zmiňuje, že taková technologie bude mít smysl, AŽ bezdrátový přenos dosáhne padesáti procentní efektivity (nevím, na jaké úrovni jsme teď).
Kdesi jsem viděl článek, který zmiňoval plán postavit elektrárnu na Měsíci s využitím místních zdrojů. Měsíc tedy rozhodně není ideální místo pro takovou elektrárnu, zvlášť pokud má zásobovat jedno konkrétní místo na Zemi. Možná by se daly kolektory vyrábět na Měsíci a odtud dovážet na geostacionární dráhu. To by samozřejmě zkomplikovalo už tak náročný projekt, ale pokud je alternativou sto startů neznovupoužitelné superrakety, pak by to mohlo vyjít levněji.
Další možností je samozřejmě to, že Číňané postaví znovupoužitelný supernosič, pak by takovýto projekt byl ideální pro rozložení nákladů (podobně, jako SpaceX plánuje obří konstelaci satelitů).
Solární elektrárny na Zemi jsou sice méně efektivní, ale když se vezme v úvahu o kolik levnější je jejich instalace, mohou být v kombinaci s levnými bateriemi dostatečně dobrým řešením. Vůbec není potřeba pokrýt všechny pouště kolem dokola rovníku články, ta plocha potřebná k nasycení veškerých potřeb dnešního světa je relativně malá, ikdyž v případě opravdu velkých měst dále od rovníku by to pořád mohl být problém. Osobně mi jako nejrozumnější řešení přijde jaderná energie, smutné je, že ji v cestě stojí v podstatě nepodložené obavy (v přepočtu na množství vyrobené energie jsou jaderné elektrárny vůbec nejbezpečnější zdroj).
Každopádně rád bych jednou zaklonil hlavu a viděl na nebi zářit hvězdu vyrobenou člověkem. To by bylo fajn.
No mne sa podobné nápady teda vôbec nepáčia!
Zem nepotrebuje obrie elektrárne na obežnej dráhe, potrebujeme skôr efektívne nakladať s energiou čo máme k dispozícií.
A bezdrôtový prenos…
Stáť pred veľkým vysielačom 24h denne by si asi nechcel ani ty.
Energie je tu dolu dostatok, len ju treba rozumne využívať.
Vynášanie panelov na obežnú dráhu je sci-fi a rovnako aj vyrábať na mesiaci.
S tým jadrom súhlas.
Rozhodně souhlasím s tím, že zefektivnit naše využití energie – a nejen energie, všech zdrojů – je potřeba.
K tomu scifi – není to tak dávno, co byla scifi představa trvale obydlené základny mimo Zemi… nebo počítačová síť pokrývající celý svět, kapesní zařízení, které mně spojí s kýmkoliv na planetě… Žijeme ve scifi. Ale souhlasím, že takováto elektrárna je trochu náročnější projekt 🙂
„Vynášanie panelov na obežnú dráhu je sci-fi a rovnako aj vyrábať na mesiaci.“
Zdá se, že jsme nepoučitelní. Ano, zatím to sci-fi je, ale jen do té doby, než se uskuteční. A realizovatelná tato záležitost také je, i když asi ve vzdálenější budoucnosti. V historii se neustále opakují stejné věci – toto nejde, tamto nejde, zrušme patentový úřad, protože vše už bylo vynalezeno, jsme na vrcholu pokroku atd…. A nakonec to bylo zcela jinak a nepředstavitelné, nebo něco, co ani ve sci-fi nebylo zmiňováno, se náhle objevilo. Myslím, že by se příkladů dalo uvést mnoho.
Pokud odhlédnu od technických výzev, spojených s vynesením a stavbou tak obrovského objektu na GEO a z toho plynoucí gigantickou investicí, tak mám celkem problém s konečnou účinností takové elektrárny. Docházelo by v ní k mnoha přeměnám energie a tím i rapidním ztrátám a snižování účinnosti : 1) přeměna slunečního záření na elektřinu ve FV panelech, 2) transformace elktřiny na mikrovlné, nebo laserové záření (s tím spojené zahřívání a potřeba transformaci chladit), 3) vyslání paprsku na zemský povrch – ztráty v ionosféře a atmosfěře, 4) zachycení mikrovlného, nebo laserového záření na zemi a opět jeho transformace zpět na elektřinu.
Moc bych se divil, kdyby tato série přeměn měla nakonec vysší účinnost a byla cenově výhodnější, než mnohem levnější instalace kvalitníchh fotovoltaických panelů přímo na zemi.
Je s podivem, jak lidé jsou schopni vytvářet argumenty proč něco nejde místo toho, aby přemýšleli proč by to mělo jít.
Myslíte (a několik dalších diskutujících) příliš ,,in the box“. To neberte pejorativně, prosím.
Nemíním Vám Vaši krabičku nijak brát, ani o tom nehodlám diskutovat, protože ani jeden z nás nemá dost informací na to, aby dělal prognózy na XY let dopředu – na to nemá dostatek informací snad žádný člověk, snad mimo prognostika na Hradě.
Ilustruji, jak myšlení ,, in the box“ probíhá na Vašem příspěvku:
1) nikdo neříká, že se musí solární články vynášet ze Země na GEO. Ve chvíli, kdy se složí např. na Měsíci, odpadne velké množství energie potřebné na umístění na příslušnou dráhu.
2) Uvádí se, že diodové lasery mají efektivitu přeměny elektřina-optický výkon až 60% (pravda, titan-safírové mají méně než 0,1%). Přiznejme si ale, ani jeden z nás neví, jakou efektivitu budou mít právě testované a vyvíjené kvantové lasery.
3)Tvrzení: ,,atmosféra je propustná alespoň pro jednu vlnovou délku“ je pravdivé. Přemýšlejte o tom.
4)Ano, to je výzva. Na druhou stranu, před 150 lety byla výzva dostat do vzduchu cokoli těžší než samotný vzduch.
Nemám rád definitivní predikce a prognózy dělané, byť s dobrou vůlí, na základě mizivých znalostí. Říká se tomu konfirmační zkreslení, a člověk, jedinec, je tomu od přírody náchylný: stačí pár informací a lidská mysl nabyde dojmu, že dané problematice rozumí. To není pravda. Bohužel konfirmačním zkreslením trpí všichni lidé, Vy, já i Váš soused. Sama vědomost existence tohoto zkreslení ale může pomoci překonat omezenost myšlení v přihrádkách(,,in the box“). Ve skutečnosti totiž žádné tyto přihrádky neexistují a lidé si sami staví bariéry poznání.
Třeba tato elektrárna bude prvním krokem k Dysonově sféře, stejně je možné, jak píšete, že to bude slepá větev evoluce. Tím spíše je troufalé odsoudit projekt na základě dnešních představ a znalostí.
Nevhodnost konceptu kosmické solární elektrárny z důvodu minimálně třech nutných transformací formy energie a z toho pramenící nízká účinnost není čistě z mé hlavy, tudíž není to zase až takové konfirmační zkreslení, jak popisujete. Tento koncept rozebírali na reddit AMA s Elonem Muskem, který jak určitě víte o solární energetice a kosmonautice „něco málo“ ví. V podstatě jsem zde použil jeho protiargumenty, proč to podle něj nemá ekonomický smysl, podobně jako technicky velmi stěží realizovatelný kosmický výtah. Koncepty jsou to zajímavé a na první pohled lákavé, ale vyžadují velký až průlomový pokrok v technologiích, aby šly vůbec realizovat, případně obrovskou investici do realizace, která bude muset konkurovat mnohem levnějším technickým řešením dosažení téhož cíle.
Oč snadnější je pracovat na vývoji vícevrstvých flexibilních FV fóliích, nebo dokonce nátěrových hmotách s vysokou účinností, které pak mohou být použité v globálním měřítku na oknech, nebo fasádách budov.
Osobně spíš věřím tomu, že za 10-15 let si budu moci takové fólie pořídit a polepit s nimi okna v domě, který se tím stane z 80-90% elektricky soběstačným.
Bohužel mám malé pochopení Vaši výmluvu ,,není to z mojí hlavy“.
Pakliže formuluji nějakou tezi, tak bez ohledu na jeho správnost vždy najdu tvrzení, ba dokonce i uznávaného člověka, které můj úhel pohledu podporuje. Ať už je to Elon Musk, Carl Gauss, či většina ,,velkých fyziků“ 19. a 20. století, kteří tvrdili např. že úkolem budoucí fyziky bude pouze zpřesňování jednotek. Máme je považovat za nedovzdělance? Či mávnou rukou nad tím, jak ti lidé před 100lety byli hloupí?
Jedná se o konfirmační zkreslení par excellence, neboť informaci dáváte přehnaný význam, protože to řekl ten, nebo onen, a ten je uznávanou kapacitou. Nic proti Elonu Muskovi, samozřejmě, ale ani on (a zároveň tím pádem ani nikdo jiný) nedovede předvídat, co se stane. Citovat kapacity je v době googlu a wikipedie přeci jen velice snadné a značí to jen o nevoli užívat vlastní myšlení.
Popírání příchodu průlomové technologie-dost možná ta technologie je již na světě, jen nenašla uplatnění. To je stejné, jako kdybyste v 17. století tvrdil, že zprávu nelze poslat rychleji než řekněme 70km/h, neb je to maximální cestovní rychlost poštovního holuba. A Isaac Newton by Vám to potvrdil, a to- uznejte sám- o problematice pohybu ,,něco málo ví“.
Ohledně energeticky soběstačných budov Vás jen a jen podporuji. Jedním dechem ale musím dodat, že toto může být realizováno zároveň při současném razantním snížení energetické spotřeby objektů, neboť množství energie, které lze transformovat z viditelného (a jemu blízkého) spektra záření je omezeno samotnou energii tohoto záření. Proto vysoká účinnost bude vždy limitována energií samotného záření, které je prostupné skrze atmosféru.
A propos, vývoj těchto hmot a folií lidstvo nejspíše neposune k výraznému vývoji kupředu, bude se jednat o zdokonalování již existujících technologií, zatímco realizace takovéto stavby na oběžné dráze přinese ve svém důsledku mnohem více pokroku.
Sorry Adame Windsore, tedy pokud se tak skutečně jmenujete, ale váš silně negativní přístup k jinému názoru na věc mi nepřijde moc férový a debatu kupředu posunující. Například se stále vyhýbáte reakci/komentáři na mé (Muskovy) protiargumenty.
Odpovězte prosím jasně, zda si myslíte, že trojí konverze energie u kosmické solární elektrárny může někdy dosáhnout menších ztrát a tedy vyšší účinnosti, než pouze jediná konverze u FV elektrárny pozemní.
A dále, zda si myslíte, že postavit a provozovat FV elektrárnu v kosmu bude kdy levnější / snazší, než provozovat totéž na Zemi.
Obhajoba v tom smyslu, že za 35 let budou technologie jinde moc neobstojí – to platí pro pozemní FV technologie stejně tak, jako pro potenciální kosmickou FV elektrárnu, ergo je to argument planý.
Promiňte mi mé pozastavení nad papouškováním cizích mouder.
Odpověď Vám samozřejmě rád poskytnu, avšak dám přednost ověřitelným faktům.
Z fyzikálního hlediska konverze ponese kumulativní ztrátu počtu N jednotlivých konverzí, v případě tedy třech o velikosti (například) 90% bude výsledná efektivita 73%. Samozřejmě, v reálných procesech je 90% účinnosti velice dobré skóre, ve skutečnosti bude pravděpodobně menší a o jejich velikostech můžeme bez výsledku debatovat mnoho hodin.
Takže k Vaší otázce, jistě, trojí přeměna je méně efektivní, na druhou stranu však hypotetická solární elektrárna bude moci využít v tomto procesu 100% záření ze Slunce a navíc toho, které je pro fotoelektrický jev vhodné (tj. záření o vysoké energii) a fotovoltanický jev bude dosahovat velmi vysoké účinnosti (okolo zmíněných 90%, protože je zde přítomno záření o vysokých energiích).
Oproti tomu solární elektrárna na Zemi může využít pouze ten zbytek záření, který dorazí na Zemi, kdy cca 25% se odrazí, dalších 25% se rozptýlí, a z ze zbylé poloviny následně fotovoltanický článek na Zemi přemění s účinností kolem 15%, protože tu nemáme vysokoenergetické částice, které by fotovoltanický jev zprostředkovali – resp. máme, ale ne v požadovaném množství. Povšimněte si, prosím, že i když technologie půjde kupředu, jsme stále omezeni propustností atmosféry pro jednotlivá spektra. Účinnost solárních panelů se na Zemi těžko přiblíží 50% jen z podstaty rozložení energií v toku záření.
Takže čistě z logické úvahy:
pokud budu mít vysoké zisky z důsledky velmi efektivní výroby, je možné (ale nikoli jisté)dosáhnout větší produktivity na jednotku plochy i za cenu následné trojí přeměny, než mít velmi neefektivní výrobu bez následných konverzí.
S druhou otázkou nevím, jestli ji myslíte vážně a jestli má nějaký větší smysl. Samozřejmě, že je dnes jednodušší postavit a provozovat téměř cokoli (vč. elektráren) na Zemi. Problém ale je, že toto nelze škálovat do nekonečna, těmito panely nelze pokrýt celou planetu (ad absurdum lze..).
Protože proč vymýšlet sporák, když lze vařit i na ohni – a rozdělat oheň je snažší, než vyrobit sporák vč, nutné infrastruktury potřebné k jejímu fungování. Problém ale je, když se najdou lidé, kteří tvrdí: ,,proč stavět sporák, když lze vařit na ohni?“. A pak mi tedy odpusťte mou negativní reakci,k dyž jsem poznamenal, že to není pravda: jako hlavní argument mi bylo odkázání se na ,,někoho, kdo tomu přeci jen rozumí“. To jste mohl rovnou vložit odkaz na přednášku s Elonem Muskem věnující se této problematice, udělal byste radost více lidem.
Video, ze kterého berete argumenty je zde:
https://www.youtube.com/watch?v=gVgM2BlMczY
Proto doporučuji (abych tedy dle Vašich slov posunul diskuzi dále) tyto odkazy:
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/ACT-RPR-NRG-2005-RASTS-SPS_for_21st_Century_Energy_Systems.pdf
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/GSP-RPT-SPS-0503%20LBST%20Final%20Report%20Space%20Earth%20Solar%20Comparison%20Study%20050318%20s.pdf
Přeji hezký den,
Adam Windsor
Máte tam několik nepřesných údajů, napřiklad atmosférou za jasného dne projde cca 1 kW/m^2 z celkových 1,361 kW/m^2 v 1AU. Je pravdou, že toto je maximum a bude se vlivem denní doby, zeměpisné šířky a počasí jen zhoršovat. U křemíkových FV panelů první generace ale již dosahujeme účinnosti 25% s potenciálem na zvýšení na 30%, čili ne 15% jak uvádíte. Drahé, vícevrstvé polovodíčové FV články třetí generace dokáží konvertovat záření o různých vlnových délkách a mohou dosáhnout až 65% účinnost. A pak tu máme samozřejmě cenu za vynesení celé konstrukce a její montáž na GEO, které se tak posmíváte. Samozřejmě, že tato část „projektu“ se musí započítat do celkové studie proveditelnosti a návratnosti. Bez této části rovnice by to bylo jen lhaní do kapsy. A vaše přirovnání ke sporáku vs. ohništi dost kulhá – já vůbec nejsem proti inovacím a v energetice už vůbec ne, ale musí to dávat smysl, fyzikální, ekonomický, environmentální a bezpečnostní.
Ne pane, ani 10 let stará studie ESA o 439 stranách mě nepřesvědčila, že by mohla solární elektrárna v kosmu z technického a ekonomického hlediska být výhodnější než terrestrické řešení. Vyrábět použitelnou energii co nejblíže místu spotřeby a s co nejlepším poměrem cena/výkokon/dopad na prostředí, to je podle mého vhodnější cesta.
To s tým lepením fólií na okna nebude. Veľké korporácie nedopustia, aby sme si boli každý sám sebestačný do miery 80 až 90 %.
Navyše celé je to nezmysel. Skôr objavíme spôsob, ako využiť energiu vákua. 😉
Pre Adam Windsor:
Cely cas pouzivate vase ‚logicke‘ argumenty ale nikde ste nevysvetlili preco je postavenie mega-super-tuti-fruti solarnej elektrarne take (ekonomicky, ekologicky) vyhodne? Pan Pospisil sa odvolava na Muska a vy mu tvrdite,ze ma pouzivat vlastny rozum. Vy ste sa odvolal na studiu ESA, kde je vas rozum?
Pouzijem vasu logiku. Ak by bolo mozne a ekonomicko-ekologicky vyhodne postavit taku elektraren (v sucasnej dobe so sucasnymi technologiami, nie o 30 rokov s buducimi) nemyslite, ze by ju uz niekto postavil? 😀
Probíjení atmosféry paprskem, nebo paprsky s tak obrovskou energií by znamenalo její soustavně ničení. Nebylo by to nic nového, v současné době zaostalé státy s populační explozí ničí pralesy, malé využití druhotných surovin vyčerpává jejich zdroje, intenzivní hospodaření ničí krajinu, atd., zkrátka lidstvo je jako cikán co sedí na větvi kterou řeže u kmenu.
Máte docela zajímavé představy o tom, co s atmosférou jsme nebo nejsme schopni dělat… Slunce „probíjí“ atmosféru mnohem „obrovštější“ energií, než jsme toho schopni my.
Slunce to nedělá koncentrovaně na jednom místě. To je zatraceně velký rozdíl. Lupou zapálíte papír, když koncentrujete sluneční energii z plochy lupy na jednom místě. S molekulami plynů a znečištění ve vzduchu to taky bude něco dělat.
Máte samozřejmě pravdu v tom, že takový systém by mohl mít poměrně silný lokální účinek. Proto by se nejspíše stavěl stranou od lidí. Ovšem jedním z vedlejších účinků takové pozemní instalace by bylo, že by poslala do důchodu obrovské množství „klasických“ elektráren, které mají samy velký negativní vliv na životní prostředí. Troufám si říci, že když zvážíte pozitiva a negativa obou možností (pokračovat v chrlení hromady emisí do atmosféry vs. osvítit malý kousek Země o něco více), pozitiva bohatě převáží.
to gg:
Tak jistě. Rušení klasických elektráren na fosilní paliva by bylo plus. Navíc by ta energie byla stále stejně stabilní, narozdíl od slunečních elektráren a větrníků na zemi. Výpadek by měla pravidelně jen okolo půlnoci, v době kolem rovnodennosti. A to maximálně (tedy přesně v den rovnodennosti) na hodinu a dvacet minut.
V tomto případě není důležitý finální produkt, ale cesta k němu. I kdyby se to nepovedlo, tak ten co se o tento projekt pokusí, získá know how a technologický náskok.
Podle mně je to naprostá hloupost. Především z pohledu složitosti těch elektráren (plus údržby) a jejich poměru výkon/hmotnost. Mnohem zajímavější řešení je Ehrickeho energosoleta – velké zrcadlo ve vesmíru odrážející sluneční záření na pozemní instalaci. Protože jsme schopni vyrobit velmi lehké zrcadlové plochy (pod deset gramů na metr čtvereční), mohlo by třeba dvaceti-třicetitunové zrcadlo (jediný Falcon Heavy) odrážet na pozemní instalaci několik gigawattů světelného toku. Ten se na elektřinu přemění až na zemském povrchu. Třeba těch citovaných deset tisíc tun – ovšem v podobě zrcadel – by mohlo vydat na dejme tomu alespoň několik set gigawattů světelného toku, nebo alespoň 100 GW po konverzi. Určitě několikrát více než v případě elektrárny stejné hmotnosti přímo ve vesmíru, přitom jednu pozemní elektrárnu by osvětlovalo mnoho zrcadel současně (redundance) a na Zemi by se snáze opravovala a udržovala.
Absolutny suhlas s prvymi dvoma vetami. O ostatnom vela neviem :-(. Cely takyto humbuk je absolutne neekonomicky a financie vrazene do stavby monstra sa nikdy nevratia.
Můžete se s námi, běžnějšími smrtelníky, prosím podělit o Vaše znalosti solárních panelů za 35 let?
Počítáte s dosavad neobjevenými aplikacemi dnešního výzkumu na poli nanotechnologií, kvantové fyziky a metamateriálů? Zahrnul jste do Vašeho tvrzení o naprosté hlouposti a absolutní nevhodnosti umístění solární elektrárny i socio-ekonomický vývoj lidstva v následujícím období(pro uvážení z hlediska realizovatelnosti)?
Máte pravdu v tom, že zrcadlo o ploše zhruba 1000m2 by nějaký ten GW dalo (asi jeden). Ale mohu se zeptat, zda-li uvažujete s odrážením viditelného spektra (pro atmosféru propustné, pro výrobu pomocí fotovoltanického efektu velmi nevhodné – malá energie záření). Nebo přemýšlíte o jiných zrcadlech, které odráží třeba UV,či rentgenové záření (pro FV jev mnohem lepší, ale neprostupné atmosférou)? Víte, jak by takové zrcadlo vypadalo?
Prosím, rozveďte to. Můžeme pánům do Číny poslat drahocenné tipy.
„Můžete se s námi, běžnějšími smrtelníky, prosím podělit o Vaše znalosti solárních panelů za 35 let?“
To se s vámi podělím velice rád, je to moje oblíbené téma. Většina odborníků se shoduje v tom, že solární panely, které budeme provozovat za 35 let, budou v zásadě principiálně tytéž, co používáme dnes, ovšem se spoustou inkrementálních změn. Tedy budou výrazně levnější, než jsou ty dnešní (odhaduje se, že by v dané době měly být více než o polovinu levnější), a budou mít poměrně výrazně větší účinnost – jestliže dnes se pohybujeme typicky mezi 15-20%, může to v budoucnu být řekněme mezi 19-25%. Tedy hodnoty, které dnes jsou best-of-class (19% u polykrystalických a 22% u monokrystalických článků), budou v budoucnu nevýrazným průměrem (jako dnes je 16% u polykrystalických článků).
„Počítáte s dosavad neobjevenými aplikacemi dnešního výzkumu na poli nanotechnologií, kvantové fyziky a metamateriálů?“
Nepočítám. Za prvé proto, že takovéhle přelomové změny nejsou předvídatelné, za druhé proto, že jsou nepravděpodobné, za třetí proto, že uvedení čehokoli do praxe trvá hodně dlouhou dobu. Třeba přesně ty solární články, které používáme dnes, byly v 60. letech laboratorní prototypy, a v 70. letech sériová malovýroba. Tedy spekulace o tom, že do deseti let objevíme nějaký přelomový typ článků, které do dalších pětadvaceti let dosáhnou komerční vyspělosti křemíkových buněk a navíc je překonají v ceně, o podílu na trhu nemluvě, se jeví jako mimořádně nerealistická.
Všimněte si, že tohle se již dvakrát stalo s buňkami založenými na CdTe a CIGS, a ani těm se nepodařilo křemík „zabít“, kvůli masivním pokrokům křemíkové technologie a kvůli nedostatku materiálů pro buňky založené na CdTe a CIGS. A to na tom byly tyto buňky díky své jednoduchosti mnohem lépe než cokoli založeného na nanotechnologiích.
„Zahrnul jste do Vašeho tvrzení o naprosté hlouposti a absolutní nevhodnosti umístění solární elektrárny i socio-ekonomický vývoj lidstva v následujícím období(pro uvážení z hlediska realizovatelnosti)?“
Je mimořádně nepravděpodobné, že v průběhu několika desítek let vznikne až tak levný dopravní systém, že by se vyplatilo solární panel o dané hmotnosti poslat do vesmíru. V každém případě je nutné zvážit *celkovou cenu* obou řešení na jednotku vyprodukované energie.
Konzervativní přístup (jednoduché, levné, jednopřechodové křemíkové buňky) se u pozemních solárních panelů ukázal jako optimální. Vede sice na větší hmotnost (řádově deset wattů na kilogram), ale to u pozemního řešení nevadí. Při přesunu solárního systému do vesmíru musíte zaplatit za dopravu (což stojí hromadu peněz navíc), nebo zaplatíte o něco méně peněz za dopravu (ale stále hodně) a spoustu peněz za změnu technologie (kvůli snížení hmotnosti panelu). Přitom se dá očekávat, že solární instalace ve vesmíru bude mít nižší životnost než pozemní (degradace buněk vysokoenergetickým zářením), dokonce i kdyby náklady na průběžnou údržbu byly nulové, což dále nepřispívá ceně.
Bohužel, zlevňování solárních panelů je v přímé opozici proti jejich přemístění do vesmíru. Přemístění do vesmíru zvětší vyrobenou energii maximálně N-krát, kde N je konstanta zcela nezávislá na technologii panelů i jejich ceně, jakož i ceně vesmírné dopravy. To znamená, že jsou-li vaše dvě možnosti 1) rozšíření stávající solární instalace na zemi nebo 2) její přesun do vesmíru, pak v době, kdy byly solární panely drahé, se vesmír jevil jako zajímavá alternativa. Bohužel ceny solárních panelů spadly mnohem rychleji, než ceny vesmírných letů, takže představy futurologů ze 70. a 80. let dávají ještě mnohem menší smysl než kdykoli předtím, protože dodatečná cena za dopravu do vesmíru zůstala téměř stejná, kdežto cena panelů spadla na setinu. Takže poměr ceny elektřiny ze solární elektrárny ve vesmírů vůči solární elektrárně na zemi masivně roste.
Vezměme příklad: 70. léta, 10 W na kilogram panelu, cena panelu $50/W, cena dopravy do vesmíru $1000/kg (buďme zde velcí optimisté! ;-)), tedy $100/W, tedy celková cena solární elektrárny je minimálně trojnásobná (pokud by *jediným* výdajem navíc byla raketa). Panel na Zemi vyrobí za den X joulů, které stojí Y dolarů. Pokud panel ve vesmíru vyrobí 5X joulů (předpokládám pozemní kapacitní faktor 20%) za 3Y dolarů, cena solární elektrárny mírně klesne.
Vezměme druhý příklad: Rok 2015, také zhruba 10 W na kilogram panelu, cena panelu $0,5/W, cena dopravy do vesmíru $1000/kg, tedy opět $100/W, tedy celková cena solární elektrárny je minimálně dvousetnásobná (pokud by *jediným* výdajem navíc byla raketa). Panel na Zemi vyrobí za den X joulů, které stojí Y dolarů. Pokud panel ve vesmíru vyrobí 5X joulů za 200Y dolarů, cena solární elektrárny neudržitelně vzroste. Mnohem levnější řešení: rozšířit elektrárnu na čtyřnásobnou velikost (a případně doplnit bateriemi pro „zploštění“ dodávek elektřiny, cena již dnes méně než poloviční proti ceně samotné fotovoltaické elektrárny). Účinek stejný, ovšem za mnohem méně peněz.
Závěr: opportunity cost tedy jednoznačně hovoří PROTI vesmírné elektrárně, pokud cena vesmírné dopravy neklesne pod deset dolarů za kilogram. A jelikož cena solárních systémů za příštích 35 let klesne v ještě níže, musí úměrně klesnout i cena vesmírné dopravy, určitě pod pět dolarů za kilogram. Naproti tomu u mnou navrhovaných zrcadel (lehká, jednoduchá zařízení) je poměrně dobře myslitelné, že by mohly odrážet na zemský povrch solární tok o ceně menší než $0,1/W, protože jedna tuna zrcadla může mít až stovky tisíc metrů čtverečních.
Není mi úplně jasné, zda jste tuto problematiku domyslel do důsledků. Já o ní s přestávkami přemýšlím nějakých dvacet let. A nedávné masivní poklesy ceny solární techniky kosmické aplikaci fotovoltaiky pro pozemské účely rozhodně neprospívají.
„Máte pravdu v tom, že zrcadlo o ploše zhruba 1000m2 by nějaký ten GW dalo (asi jeden). Ale mohu se zeptat, zda-li uvažujete s odrážením viditelného spektra (pro atmosféru propustné, pro výrobu pomocí fotovoltanického efektu velmi nevhodné – malá energie záření). Nebo přemýšlíte o jiných zrcadlech, které odráží třeba UV,či rentgenové záření (pro FV jev mnohem lepší, ale neprostupné atmosférou)?“
Netuším, proč považujete viditelné světlo za „nevhodné“, když z Planckova zákona plyne, že je v něm k dispozici více energie, než ve vámi navrhovaném UV nebo rentgenovém záření, a navíc je blízké šířce zakázaného pásu běžných polovodičů.
Kromě toho netuším, jak by tyto kratší vlnové délky mohly být pro FV jev „mnohem lepší“, když vedou k materiálovým změnám. Jedním ze základních (a žádoucích) vlastností moderní fotovoltaiky je mimořádně dlouhá životnost a bezúdržbový provoz. To by snadno vzalo za své, kdybychom provedli změny, které navrhujete.
už jen chybí, aby někdo navrhl, že z té elektrárny povede dolů kabel (ala vesmírný výtah) 😀
Ak si to tak vezmeš za cca. 100 rokov by sme mohli mať dostatočne dlhé grafenove vlákno na geostacionarnu orbitu a určite aj solídne supravodiče potom by to taká sprostosť byť nemusela 🙂
Zní to podobně jako když prezident Kennedy vyzval k přistání na Měsíci do konce desetiletí. A Číňani mají vědeckou, ekonomickou i technickou sílu něco realizovat. Udělají si z toho věc národní hrdosti, jako Američani z Měsíce.
To by bylo skvělé!
Američani s tím Měsícem těžce něco nedomysleli.
Predstava, že nejaká krajina ma hore slnečný kolektor ktorý gigawattovým MW alebo laserovým lúčom ožaruje pozemskú prijímaciu stanicu, je asi neprijatelná pre akúkolvek vládu na svete okrem tej ktorá túto technológiu vlastní. Každá technológia sa dá zneužiť, ale asi som ešte nepočul o lahšie zneužitelnej technológii ako je toto. To vyrábate energiu pre svoje obyvateľstvo a o pár sekúnd už môžete ožarovať ktoré koľvek mesto na danej pologuli. Viem si predstaviť tú hystériu, keby takúto technológiu chceli reálne uviesť do prevádzky Čína alebo dokonca Rusko.
Nevím proč chci napsat… že se mi ta dnešní diskuze a především ten „kultivovaný konflikt názorů“ velice líbil. Myslím, že to byla krásná ukázka argumentací na dané téma se spoustou zajímavých myšlenek a informací. Děkuji pánové.
Pokud bych mohl přidat svůj názor, tak bych to viděl tak, že v budoucnosti dojde na remízu nastíněných řešení,… kdy některé procesy nepůjdou tak rychle jak se projektuje a na druhou stranu se toto veliké energetické dilema nakonec bude řešit úplně jinou myšlenkou a inovací. Osobně bych lidstvu přál, aby muselo v budoucnosti řešit pouze takové lehčí rébusy.
Jak by mohla takova elektrarna vyrabet elektrinu po 99% casu na geosynchronni nebo geostacionarni draze? Myslim ze by ve stinu byla mnohem dele nez jen to jedno procento.
V době kolem slunovratů nebude ve stínu nikdy během celého dne. V době kolem rovnodennosti bude procházet stínem Země na dráze dvou poloměrů Země z celkové oběžné dráhy, tedy asi 6 procent celkového denního času (=100*2*6378/(2*3.14*36000)). Po rovnodennosti to procento zastínění zase klesá k nule. Těch 99 procent by mohlo sedět.
A jak si takový koncentrovaný paprsek poradí se zákonem o omezené hustotě energetického toku, nebo tak něco? Má nějaké teoretické omezení, kolik energie je možné přenést?
Ale tu predsa nejde o to či to bude ekonomicky výhodné alebo nie. Aj keď z debaty hore vyplýva, že by to ekonomicky výhodné byť mohlo. Ide o to že ak by sme zvládli výstavbu takejto elektrárne na obežnej dráhe okolo Zeme, zvládli by sme to kdekoľvek. Bol by to obrovský krok k ďalšiemu dobývaniu vesmíru. Ďalej je to obrovská výzva po všetkých stránkach ale ktorá je realizovateľná(môj názor).
Čo sa týka E.M. – usúdil, že to ekonomicky výhodné nebude, čo je naprosto v poriadku. Ale práve preto si myslím, že hlavná ťarcha výskumu vesmíru bude na pleciach klasických kozmických agentúr.