Dat we daar niet eerder aan hebben gedacht: buiten onze dampkring worden zonnepanelen niet meer gehinderd door wolken of de wisseling van dag en nacht. Wat als we die zonnestroom uit de ruimte nu eens zouden overbrengen naar het aardoppervlak?
Enter Solaris, een gloednieuw project van het Europees ruimtevaartagentschap waarin de haalbaarheid van ruimtezonne-energie de komende jaren zal worden onderzocht. En zo komt onze elektriciteit straks misschien niet van zonnepanelen op onze daken, maar van veel hoger, van panelen in reusachtige zonnecollectoren in een verre baan om onze planeet.
Ondanks dat het een futuristisch idee lijkt – de projectnaam Solaris is niet toevallig ook de titel van een sciencefictionfilm – gaat het toch al een tijdje mee. Satellieten en ruimtesondes wekken al decennialang hun eigen stroom op. En al in 1923 lanceerde de Russische raketwetenschapper Konstantin Tsiolkovski een concept waarin een netwerk van grote ruimtespiegels zonlicht reflecteert en dat in bundels naar het aardoppervlak stuurt.
Op het hoogtepunt van de (eerste) ruimtevaarthausse, eind jaren zestig, bedachten ingenieurs van de Nasa een betere manier om energie van de ruimte draadloos naar de grond te brengen: in de vorm van microgolven. Zonnestroom opgewekt met panelen in de ruimte wordt eerst omgezet in microgolven, waarna die naar een grondstation op aarde worden geseind. Om daar weer te worden omgezet in elektriciteit.
Een van de voordelen van microgolven, die overigens ook worden gebruikt voor de transmissie van telecomsignalen, is dat ze veel penetranter zijn voor bewolking. Want dat is natuurlijk het grote voordeel van ruimtezonne-energie: niet alleen is het zonlicht buiten de atmosfeer vele male intenser dan onderaan in de dampkring, de zonnepanelen in de ruimte kunnen zo worden geplaatst dat ze continu worden beschenen – het is er zowaar voortdurend ‘dag’, met non-stop stralend ‘ruimteweer’.
Hoe groot is zo’n ruimtezonnecollector?
Eén zonnepaneel, of een reeks panelen verzameld in één zonnecollector, zou meer dan een kilometer overspannen en duizenden tonnen zwaar zijn. Er zouden dus heel wat ruimtemissies (en lanceringen) nodig zijn om een collector te assembleren. Dat zou overigens niet gebeuren in een lage aardbaan, waar bijvoorbeeld het ruimtestation ISS zich bevindt, maar wel in een geostationaire baan, op zo’n 36.000 kilometer van de aarde. Het voordeel van zo’n baan is dat een object daarin synchroon meedraait met de aarde, waardoor de relatieve positie ten opzichte van het aardoppervlak steeds dezelfde blijft. Deze baan wordt trouwens ook gebruikt door communicatiesatellieten, om dezelfde reden.
Vergelijking tussen het International Space Station (ISS) en een
zonnepanelensatelliet. De eerste overspant ongeveer 100m (vergelijkbaar met een voetbalveld), de laatste zou tien keer zo lang worden.
Hoe komt de energie naar de aarde?
De vaste positie ten opzichte van het aardoppervlak is nodig om de door de zonnecollector opgewekte elektriciteit naar het grondstation te sturen. Zo hoeft de richting van de bundel microgolven niet steeds te worden bijgesteld. De microgolven worden door speciale antennes weer omgezet in elektrische stroom.
Dat de energie via microgolven wordt overgebracht, laat toe om de energiebundel enigszins te focussen, zodat die maar invalt op een beperkt deel van het aardoppervlak. Een gefocuste bundel is immers nodig om de efficiëntie van de transmissie hoog genoeg te houden. Maar bij een té strakke focus kan de energiedichtheid dan weer te hoog oplopen, vooral centraal in de bundel. Blootstelling daaraan kan gevaarlijk zijn voor menselijk of dierlijk leven. Daarom zouden de grondstations wellicht ver van de bewoonde wereld worden gebouwd, bijvoorbeeld in woestijnen of in zee. En daarom ook dat in het Solaris-project behalve de technische en economische haalbaarheid ook de veiligheid van de transmissie nader wordt bekeken.
Ook de grondstations zouden zich overigens flink uitstrekken in oppervlakte. Doordat de energiebundel niet optimaal kan worden gefocust op het aardoppervlak – daarvoor staan de zonnecollectoren veel te ver – zal een station minstens tien kilometer in diameter breed moeten zijn.
