In het AD van 2023-06-03 staat een artikel over hoe de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA) met het projekt Solaris de elektra-oogst uit de intense zonnestraling in de ruimte (1367W/m2) op de aarde wil brengen. Althans , dit onderzoeken ze daar….
- Men wil daarvoor een netwerk in de ruimte brengen van satellieten voorzien van zonnepanelen. Voordelen :
- in principe is er geen dag/nacht ritme , dus is de instraling daar 24/24 beschikbaar
- de paneel-beleggingsgraad kan flink hoog zijn , want
- er is geen schaduw , en
- voor eventueel onderhoud of vervanging kunnen de panelen van boven benaderd worden (omdat de zwaartekracht daar hoegenaamd geen rol speelt)
Voor het “aan land” brengen van de geoogste energie zijn waarschijnlijk meerdere ontvangst-stations nodig omdat de aarde nueenmaal draait tov. de zon , en waarschijnlijk ook tov de satellieten
Het zal duidelijk zijn dat er geen bekabelde verbinding mogelijk is tussen de aarde en de satellieten.
Voor “draadloze” verbinding worden als potentiële mogelijkheden gezien :
a- elektromagnetische straling
b- lasers
c- zonlicht-reflektie
ad c :
Om met de laatste te beginnen : de reden dat het zonlicht met een faktor 8,23 lagere intensiteit op het aardoppervlak landt is juist de aanwezigheid van de dampkring. Daarin vinden allerlei ingewikkelde reflekties en absorpties plaats , zie het plaatje 9.11.1 , met als resultaat dat van de oorspronkelijke 1367 W/m2 slechts gemiddeld ca 166 W/m2 op het aardoppervlak landt.
Als je nu gereflekteerd zonlicht door de dampkring heen gaat sturen kun je verwachten dat er weer veel verloren gaat. Misschien dat hoge koncentratie in een bundel naar verhouding meer oplevert , maar evengoed kan die koncentratie ook bijzondere neven-effekten te weeg brengen die we niet welkom achten….
ad b :
Ook dit is een kwestie van licht door de dampkring sturen , zij het dan wel zéér gekoncentreerd. Twee opmerkingen :
– net als in het bovenstaande zal ook hier in de dampkring een deel van de energie ge-absorbeerd en gereflekteerd worden , en
– in een artikel over data-kommunikatie tussen de aarde en satellieten via lasers las ik dat luchtwervelingen in de atmosfeer storend optraden. Nu gaat het hier niet over data , maar -minder fijnzinnig- over een forse energie-stroom. Het is echter onwaarschijnlijk dat er geen verstrooiing zal optreden. Dus zal niet alle energie op het grondstation ontvangen worden
ad a :
Op de satelliet moet de opgewekte gelijkstroom omgezet worden in elektromagnetische straling. Dit kost rendement.
In het AD-artikel wordt ervan uitgegaan dat de bundel gericht kan worden op een grondstation (te vergelijken met de straalverbindingen tussen TV-torens ?). Dit richten vergt aparte technieken , want het PV-oppervlak moet steeds op de zon gericht zijn , terwijl de aarde in een baan om de zon draait en zelf ook om zijn as.
Misschien dat in het netwerk de opbrengst van de ene satelliet eerst overgebracht wordt naar een andere satelliet die op dat moment gunstiger staat tov een grondstation ?
Verder gaat het hier niet over een bundel signalen (relatief laag-energetisch) , maar om een hoogvermogensbundel. Hebben we hier ervaring mee ?
- Stand van zaken
- – In Amerika is al een satelliet gelanceerd waarop een aantal tests worden uitgevoerd. Zo wordt er gekeken naar
- – bruikbare meterialen voor de draagstruktuur van de satelliet
- – de resultaten van 32 verschillende soorten PV-panelen
- – een aantal lichtgewicht microgolfzenders
- – Ook Japan en China werken aan testen. En Groot-Brittanië onderzoekt met Saoedi-Arabië de mogelijkheden voor stroomvoorziening uit de ruimte voor de te bouwen megastad Neom
- Gegevens
- In het artikel staan weinig konkrete gegevens , bovendien nog verwarrend ook. Er is sprake van
- – “het zonlicht in de ruimte is 10x krachtiger dan het zonlicht dat panelen op de aarde opvangen”
- straling in de ruimte is 1367 W/m2. Op de aarde gemiddeld 166 W/m2 (faktor 8,25) , maar afhankelijk van de afstand tot de evenaar.
In de buurt van de evenaar ca 210 W/m2 (faktor 6,5) , in Nederland ca 120 W/m2 (faktor 11,2) , en Noordelijker nog minder
- straling in de ruimte is 1367 W/m2. Op de aarde gemiddeld 166 W/m2 (faktor 8,25) , maar afhankelijk van de afstand tot de evenaar.
- – “een geraamde opbrengst van 2 GW aan energie”
- wat wordt bedoeld : 2 GW vermogen , of 2GWh energie ?
- (zoals “bijna te doen gebruikelijk” zijn vermogen en energie weer door elkaar gehaald)
- als het energie betreft , in welke tijd wordt die dan geoogst ?
- Wordt hier bedoeld wat een satelliet oplevert , of het netwerk
- wat wordt bedoeld : 2 GW vermogen , of 2GWh energie ?
- – “op aarde meer dan 6 miljoen panelen nodig om dezelfde energie op te wekken” (2GW !!)
- Panelen van hoeveel Wp ? Waar neergelegd tov de evenaar ?
- – “de satellieten zullen een doorsnede hebben van meer dan een kilometer”
- In onderstaande “Rekensommen” probeer ik daarom wat duidelijker data te vinden
- Rekensommen
- ** ad opbrengst
- – Eerst afspreken wat een redelijke basis is voor vergelijking. Ik neem hiervoor een PV-park in de buurt van de Middellandse Zee , dus met een bestraling van 4 kWh/m2.etmaal (zie Fig.9.11.2).
Onderaan in App. 9.12.01 toon ik aan dat daar de paneeldekking hoger dan 64% zal zijn , bijv. 67% (schatting). - Voor de omvormer van gelijk- naar wisselstroom reken ik met een rendement van bijv. 98,5%
- Dit geeft aldaar een dagopbrengst in kWh per oppervlakte-eenheid van 2,64 x paneelrendement (4 x 0,67 x 0,985)
- – In de ruimte hebben we een bestraling van 1367 W/m2 , dus 32,8 kWh/m2.etmaal
- Door bevestiging van het paneel aan de draagstruktuur schat ik de dekking van het oppervlak op 90% (want ook voor eventuele onderhoud-robots moet “aanhecht-plek” zijn)
- En voor het transport naar de aarde , plus omzetting naar onze gebruikelijke wisselstroom neem ik een rendement van 90% aan (pure aanname , ik weet niets van deze techniek)
- De dagopbrengst in kWh per oppervlakte-eenheid bedraagt dan 26,57 x paneelrendement (32,8 x 0,9 x 0,9)
- – Bij gelijke paneelrendementen is de opbrengst uit de ruimte per m2 dus 10x groter !
- Vraag : zijn er redenen waarom de paneelrendementen verschillend ingeschat moeten worden ?
- – Eerst afspreken wat een redelijke basis is voor vergelijking. Ik neem hiervoor een PV-park in de buurt van de Middellandse Zee , dus met een bestraling van 4 kWh/m2.etmaal (zie Fig.9.11.2).
- .
- ** ad investering
- – In eerste benadering mag de de ruimte-installatie nu tot 10x duurder zijn.
- – Minder goed te kwantificeren is het voordeel van het kontinu en konstant elektra-aanbod op de aarde , ten gevolge van
- – geen dag/nacht ritme
- – geen seizoens-fluktuaties , door
- minder of meer bedrijfs-uren , en
- rendements verschillen door temperatuurfluktuaties
- – geen afhankelijkheid van lokaties (lokale mini-klimaat fluktuaties , en situering tov de evenaar)
- Vooralsnog ga ik er van uit dat de paneelkosten gedeeld door het paneelrendement ongeveer konstant is.
- Kontrole :
- – In Appendix 09.12 bereken ik in punt 2* voor een zonnepark in Nederland een investering van 88 miljoen euro/km2 voor een netto opbrengst van 129 miljoen kWh/jr (met paneelrendement 20,4%)
- Als die km2 verplaatst wordt zoals hierboven zou door de hogere dekking de investering voor de panelen zelf met 67/64 toenemen , dus 85,6 miljoen euro worden (81,8 x 67/64). In totaal ca 92 miljoen euro
- maar ook in de nieuwe omgeving een verhoogde opbrengst van 184 miljoen kWh/jr (129 x 67/64 x 4/2,93)
- – Er valt in de ruimte op één km2 ca 1,367[miljoen kW]*(24*365) = 11975 miljoen kWh/jr aan energie. Bijna 12 TWh/jr !
Neem hier ook een paneelrendement van 20,4%. Met een paneel-beleggingsgraad van 90% oogst je dan ca 2200 miljoen kWh/jr (= 18,4%) . Bruto , want moet nog wel naar de aarde…. - Met een transportrendement van 90% tussen satelliet en aarde (zie hierboven) , wordt dan de netto opbrengst ca 1980 miljoen kWh (bijna 2 TWh/jr)
- – 7,6% opbrengstverschil ?!?!?!
- Hoe dan ook , de investering voor dezelfde opbrengst uit de ruimte zou niet meer dan 920 miljoen euro mogen zijn. Of zeg 1 miljard euro
- Ik betwijfel of dit haalbaar is….. want als de massa van de installatie slechts 2 kg per m2 zou zijn , moet je voor die ene km2 al 2000 ton materiaal naar de ruimte brengen. Mij lijkt dat hier wel heel veel transport-energie en -kosten mee gemoeid zijn….
- Als dit niet haalbaar is kun je goedkoper PV-parken op aarde bouwen !!!
- En als het net wel haalbaar is , kun je je afvragen of alle moeite en ontwikkelwerk niet beter besteed konden zijn (aan bijv technieken voor opslag van aardse “elektra”))
- Vragen/opmerkingen
- – Welk rendement mag je verwachten voor die PV-panelen in de ruimte ?
- – Welke levensduur mag je verwachten voor die ruimte-panelen ?
- – Welk onderhoud eraan is te voorzien ?
- – Hoe zit het met beschadiging door meterieten, etc ?
- – Waar laten we beschadigde of opgebruikte materialen ?
- – Kun je ook de elektromagnetisch straling ipv op stations richten op ongeveer Europa , zodat “overal” en door “iedereen” die energie omgezet kan worden in voor ons bruikbare vorm ?
- – Hiermee voorkom je dat er nauwkeurig op grondstations gemikt moet worden ; en dat van daaruit weer distributie moet worden opgezet.
- – Nadeel is wsl. dat er dan uitgezonden energie verloren gaat ?
- – Of is deze vermogens-straling zelfs gevaarlijk voor onze biosfeer (mens-dier-plant) ?
- – Wat gebeurt er als zo’n vermogensbundel een TV- of een GPS-satelliet kruist ?
- – Hoe zit het met de EROI ?
Het lijkt me dat er gigantisch veel energie nodig is om alle materialen voor zo’n grote satelliet in de ruimte te krijgen. Verder zal het samenbouwen en het onderhoud ook niet vanzelf gaan.
In het artikel wordt hier al op gepreludeerd met de veronderstelling dat de transporten veel goedkoper zullen worden , en dat met robotika in bouw en onderhoud ook veel bespaard kan worden. - Zie ook de poging tot kosten-vergelijking hierboven