Los paneles solares son una forma cada vez más popular de generar energía renovable y limpia. Sin embargo, ¿alguna vez te has preguntado si los paneles solares son más eficientes en el espacio?
¿Qué es la energía solar basada en el espacio?
La energía solar basada en el espacio (SBSP, por sus siglas en inglés) implica recolectar la energía del sol en el espacio y luego transmitirla de forma inalámbrica a la Tierra. Este proceso tecnológico incluye el uso de paneles solares para recolectar la energía solar en el espacio con reflectores o espejos inflables que dirigen la radiación solar hacia los paneles solares, y luego la transmiten a la Tierra a través de microondas o láser. La energía se recibe en la Tierra mediante una antena de microondas (una rectena).
Según la Sociedad Nacional del Espacio, la energía solar basada en el espacio tiene el potencial de superar a todas las demás fuentes de energía combinadas. Argumentan que la energía solar basada en el espacio puede proporcionar grandes cantidades de energía con muy poco impacto ambiental negativo. También puede resolver nuestros problemas actuales de energía y emisiones de gases de efecto invernadero.
Consumo energético global actual y tendencias
El consumo de energía mundial sigue creciendo. Según un informe de Our World in Data de la Universidad de Oxford, el consumo mundial actual de energía primaria es de más de 160,000 TWh anualmente. La energía solar contribuye solo con 585 TWh.
Aunque hay un aumento en las soluciones de energía renovable, las inversiones y el uso, el petróleo, el carbón y el gas todavía generan más del 80% de la energía global que se consume, mientras que la energía solar genera menos del 1%.
Entre 2004 y 2015, las inversiones en energías renovables aumentaron un 600%, pasando de £32 mil millones (US$47 mil millones) a £220.6 mil millones (US$288 mil millones).
Las predicciones actuales indican que la población mundial alcanzará los 7 mil millones para 2050. Con el aumento de la población, también se prevé un aumento del 50% en el consumo de energía mundial para 2050.
Además, los impactos del cambio climático se están acelerando. Aunque generamos un gran porcentaje de la energía mundial a partir de combustibles fósiles, estos contribuyen significativamente al aumento del cambio climático. Muchos países verdes están modificando sus políticas climáticas para reducir la dependencia de los combustibles fósiles para la producción de energía.
En comparación, la energía solar es la fuente de energía más segura hoy en día, aunque aún contribuye con un pequeño porcentaje de la producción de energía global. Las tasas de mortalidad por la producción solar son 1,230 veces más bajas que las del carbón, y tiene una de las emisiones de CO2 más bajas, con 5g de CO2 eq por kWh.
¿Por qué la energía solar basada en el espacio?
La energía solar basada en el espacio tiene varias ventajas. A diferencia de los paneles solares en nuestros techos que solo pueden generar electricidad durante el día, la energía solar basada en el espacio puede generar electricidad continua, las 24 horas del día, el 99% del año.
Esto se debe a que, a diferencia de la Tierra, el ambiente espacial no tiene noche y día, y los satélites están en la sombra de la Tierra solo durante un máximo de 72 minutos por noche.
Los paneles solares basados en el espacio pueden generar constantemente 2,000 gigavatios de energía. Esto es 40 veces más energía de la que generaría un panel solar en la Tierra anualmente. También es varias veces más eficiente que los paneles solares actuales.
Además, la energía solar basada en el espacio generaría un 0% de emisiones de gases de efecto invernadero, a diferencia de otras fuentes de energía alternativas como la nuclear, el carbón, el petróleo, el gas y el etanol. La fuente actual de energía que genera el menor CO2 es la energía nuclear, que genera 5g de CO2 eq por kWh.
La energía solar basada en el espacio genera casi un 0% de residuos peligrosos para nuestro medio ambiente en comparación con la energía nuclear.
¿Por qué aún no hemos llegado allí?
Aunque la energía solar basada en el espacio es un concepto innovador, aún no podemos lanzar completamente un sistema al espacio. El lanzamiento de un sistema solar basado en el espacio es muy costoso. De hecho, se estima que el costo es aproximadamente 100 veces demasiado alto para competir con los costos actuales de servicios públicos.
Una de las causas de los altos costos es el alto costo de lanzar los paneles al espacio, que se debe principalmente al alto peso por vatio generado por los paneles solares actuales. En otras palabras, los paneles solares actualmente son demasiado pesados por vatio generado para que sea factible.
Actualmente, el costo de lanzamiento al espacio se estima en £7,716 por kilogramo, aproximadamente £154 por vatio. En comparación con el costo que pagan los propietarios de viviendas hoy en día, que es de aproximadamente £2 por vatio pico, el costo en el espacio es extremadamente alto para ser competitivo. En los hogares del Reino Unido, el costo de instalación de paneles solares puede ser tan bajo como £5 por vatio.
Otras razones para los altos costos incluyen los altos costos de transporte en general hacia el espacio. Esto se debe a que transportar todos los demás materiales necesarios al espacio requeriría muchos lanzamientos de transbordadores espaciales, y estos transbordadores espaciales actualmente no son reutilizables. Por lo tanto, no solo el lanzamiento de los paneles solares en sí es costoso, sino que también es costoso transportar los materiales adicionales necesarios.
En el espacio exterior también existen varios peligros que podrían dañar los paneles solares. Estos incluyen restos espaciales y radiación solar extrema, que podrían degradar los paneles solares hasta 8 veces más rápido que los paneles instalados en la Tierra.
Finalmente, existe la posibilidad de desperdiciar grandes cantidades de energía durante el transporte o durante la transmisión desde el espacio hasta la Tierra. Por lo tanto, los científicos e ingenieros deben continuar sus esfuerzos de investigación y desarrollo para garantizar que se pierda poca o ninguna energía durante el proceso.
Proyectos y avances actuales de SBSP
Los principales actores en SBSP incluyen China, Estados Unidos y Japón, quienes han mostrado avances en términos de avances tecnológicos, asociaciones y planes de lanzamiento.
China ya está avanzando para lanzarse al espacio. La Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China planea lanzar satélites solares pequeños a medianos en la estratosfera que pueden aprovechar la energía en el espacio entre 2021 y 202
China también planea generar un megavatio de energía a partir de paneles solares basados en el espacio para 2030, y operar una estación espacial solar comercialmente viable para 2050.
En Estados Unidos, hay asociaciones e inversiones en curso. Por ejemplo, se ha establecido una asociación de $100 millones entre Northrop Grumman y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para proporcionar tecnología avanzada para SBSP.
También en Estados Unidos, se estableció una colaboración de $15 millones entre Northrop Grumman Corporation y Caltech para desarrollar el proyecto de energía solar espacial llamado 'The Space Solar Power Initiative'. El objetivo de la iniciativa era desarrollar innovaciones científicas y tecnológicas que permitieran que un sistema de energía solar basado en el espacio generara electricidad a un costo comparable a las fuentes actuales de electricidad.
Se ha estado investigando y avanzando tecnológicamente. En Estados Unidos, se está desarrollando el concepto SPS-ALPHA Mark-II. Si tiene éxito, esto permitiría la construcción de grandes plataformas en el espacio que pueden entregar de forma remota decenas de miles de megavatios de electricidad a la Tierra, utilizando transmisiones de energía inalámbrica. Esto también permitirá la entrega de energía asequible a la Tierra y en misiones espaciales.
Además, se está progresando en la construcción de sistemas de lanzamiento reutilizables. El éxito en esto reducirá el costo de transporte al espacio y el costo total de la energía solar basada en el espacio. Un ejemplo es SpaceX, que actualmente está trabajando en vehículos de lanzamiento reutilizables que se pueden utilizar para el transporte al espacio.
En Japón, los investigadores transmitieron con éxito energía eléctrica de forma inalámbrica utilizando microondas. Los investigadores transformaron 8 kW de energía eléctrica en microondas y la transmitieron de manera precisa a un receptor que se encontraba a 55 metros de distancia. Este fue un avance tecnológico que acerca la SBSP a la realidad. Japón también incluyó los sistemas de energía solar basados en el espacio en su visión futura de exploración espacial.
Perspectivas futuras para SBSP
Los combustibles fósiles son finitos y eventualmente pueden agotarse. Según las predicciones, el petróleo y el gas natural podrían agotarse en 50 años y la producción de carbón en 115 años. Con la investigación y las inversiones en curso, existe una alta posibilidad de que la energía solar basada en el espacio sea el futuro viable de la energía solar.
Si se puede reducir el costo de la energía solar basada en el espacio, es probable que sea una fuente importante de energía sostenible que no pueda disminuir. Jugadores importantes como China, que ya tienen líneas de tiempo para implementar la tecnología en el espacio, pueden proporcionar algunos aprendizajes clave para futuras mejoras en la tecnología.