우주기반 태양광 발전. 이미지 출처: Caltech

최근 몇 년 동안 우주 기반 태양열 발전은 정부와 기업 모두의 관심을 끌었다. 위성 기술, 재료 과학 및 에너지 전송 방법의 발전에 힘입어 전문가들은 위성이 향후 20년 이내에 상업적 현실이 될 청정 에너지에 대한 실행 가능한 옵션으로 점점 더 보고 있다.

궤도형 태양광이 성공적으로 개발된다면 기존의 지상 기반 태양광에 비해 많은 잠재적인 이점을 제공하게 된다. 후자와 달리 야간, 날씨 또는 대기 조건에 영향을 받지 않고 1년 365일, 하루 24시간 계속 작동할 수 있다. 우주에서는 흡수 및 산란이 부족하기 때문에 햇빛의 강도가 훨씬 더 높다. 즉, 더 많은 빛을 포착하여 전기로 변환할 수 있다.

지상 기반 태양열 발전소는 또한 넓은 토지를 필요로 하므로 농업 및 보존과 관련된 갈등이 발생할 수 있다. 우주 기반 시스템에서는 이 문제가 발생하지 않는다. 우주로부터의 태양 에너지는 잠재적으로 전 세계 거의 모든 곳으로 보낼 수 있으므로 기존의 전력 인프라를 구축하기 어렵거나 불가능한 외딴 지역에 특히 유용하다. 이 동일한 기능은 지상 기반 에너지 공급이 중단되었을 수 있는 재난이나 긴급 상황에서도 유용할 수 있다.

마지막으로 우주 기반 태양광 발전은 일반적으로 우주 경제에도 도움이 될 것이다. 그것의 개발 및 운영은 우주선 제조, 발사 서비스 및 우주 자원 개발 분야를 포함한 많은 산업의 성장을 자극할 것이다. 더 먼 미래에 카르다셰프 척도에서 유형 1로의 인류의 발전은 본질적으로 지구에 닿는 모든 사용 가능한 햇빛을 포착하는 데 의존할 것으로 예측된다.

풍부한 태양 에너지가 제공하는 잠재적인 미래는 매우 흥미로워 보인다. 그러나 거기에 도달하기 전에 중요한 기술, 물류, 재정 및 규제 문제를 해결해야 한다. 매우 유망한 개발에서 캘리포니아 공과대학(Caltech)은 처음으로 우주에서 지구로 무선으로 전송되는 "감지 가능한 전력"을 통해 성공으로 가는 긴 여정의 주요 이정표를 발표했다.

1월에 Caltech는 우주 태양광 발전 실증기(SSPD-1)를 고도 약 525km(326마일)의 태양 동기 궤도로 발사했다(비교를 위해 국제 우주 정거장의 평균 높이는 408km로 다소 낮음). 또는 253마일). 아래 그림과 같이 실험은 미국 회사인 Momentus Space에서 개발한 Vigoride 우주 예인선 위에 있다.

SSPD-1은 세 가지 주요 구성 요소로 구성된다.

• DOLCE(배치 가능한 궤도상 초경량 복합 실험), 원형 삽입물에서 작동하는 모습, 단단히 접힌 구조로 태양열 패널과 전력 송신기를 위한 견고한 사각형 플랫폼에 배치된다.

• ALBA, DOLCE 오른쪽 아래에 보이는 32가지 유형의 태양광 셀 스트립. 이를 통해 열악한 우주 환경에서 가장 효과적인 세포 유형을 평가할 수 있다.

• 플랫폼 왼쪽 하단에 보이는 실험의 핵심인 MAPLE. 정밀한 타이밍 제어가 가능한 32개의 유연하고 가벼운 마이크로파 송신기의 위상 배열.

올해 초에 배포한 후 이제 첫 번째 결과를 사용할 수 있다. 동료 평가 저널에 아직 발표되지는 않았지만 우주 기반 태양열 발전이 실행 가능한 기술임을 확인한 것으로 보인다.

Ali는 "지금까지 진행한 실험을 통해 메이플(MAPLE)이 우주에 있는 수신기에 성공적으로 전력을 전송할 수 있다는 확인을 받았다. 또한 에너지를 지구로 향하도록 어레이를 프로그래밍할 수 있었으며 여기 Caltech에서 감지했다."고 하지미리(Hajimiri) 전기공학과 교수가 말했다. "우리가 아는 한, 고가의 견고한 구조로도 우주에서 무선 에너지 전송을 시연한 사람은 아무도 없다. 우리는 유연한 경량 구조와 자체 집적 회로로 이를 수행하고 있다. 이것은 처음이다."

메이플(MAPLE)에는 어레이가 에너지를 방출할 수 있는 작은 구멍이 있다. (산란이나 흡수로 인한 큰 손실 없이) 마이크로파로 변환된 이 전송된 에너지는 로스앤젤레스 북동쪽 패서디나에 있는 Caltech 캠퍼스의 고든과 베티 무어 공학 연구소 지붕에 있는 수신기에 의해 감지되었다. 수신된 신호는 예상된 시간과 주파수로 나타났으며 궤도에서 내려오는 이동을 기반으로 예측한 대로 올바른 주파수 편이를 가졌다.

전력 전송 안테나는 16개의 그룹으로 클러스터링되어 있으며 각 그룹은 하나의 완전히 맞춤형 유연한 집적 회로 칩에 의해 구동된다. 하지미리(Hajimiri) 팀은 현재 소규모 그룹의 간섭 패턴을 평가하고 다양한 조합 간의 차이를 측정하여 시스템 내 개별 요소의 성능을 평가하고 있다. 완전히 완료하는 데 최대 6개월이 걸릴 수 있는 이 힘든 프로세스를 통해 팀은 불규칙성을 분류하고 이를 개별 장치로 역추적하여 차세대 시스템에 대한 통찰력을 제공할 수 있다.

SSPD-1은 무게가 50kg(110lbs)에 불과하고 너비가 2미터에 불과한 소규모 실험이지만 확장성이 매우 뛰어나도록 설계되었다. 향후 버전은 잠재적으로 표면적을 수백 또는 수천 평방미터로 확장할 수 있다.

항공우주 및 토목 공학 교수이자 이 프로젝트의 공동 책임자인 세르히오 펠레그리노(Sergio Pellegrino)는 "유연한 전력 전송 어레이는 일단 궤도에 도달하면 펼쳐지는 돛 모양의 태양 전지판 별자리에 대한 Caltech의 비전의 현재 설계에 필수적이다."고 말했다.

하지미리(Hajimiri) 교수는 "인터넷이 정보에 대한 액세스를 민주화한 것과 같은 방식으로 무선 에너지 전송이 에너지 액세스를 민주화하기를 희망한다."라고 설명했다. "이 전력을 받기 위해 지상에 에너지 전송 인프라가 필요하지 않을 것이다. 이는 우리가 전쟁이나 자연 재해로 황폐화된 외딴 지역과 지역에 에너지를 보낼 수 있음을 의미한다."

"세계의 미래에 중요한 재생 에너지로의 전환은 오늘날 에너지 저장 및 전송 문제로 인해 제한된다. 우주에서 태양 에너지를 전송하는 것은 [...] 인류를 위한 놀라운 보상을 약속하는 우아한 솔루션이다. 재생 가능 에너지"라고 Caltech의 토마스 F. 로젠바움 (Thomas F. Rosenbaum) 회장은 말했다.