انرژی خورشیدی فضایی چیست؟ / انتقال برق از فضا به زمین تا سال ۲۰۲۸

رشد سریع هوش مصنوعی فقط رقابت بر سر مدل‌های قدرتمندتر را به دنبال نداشته است؛ حالا تأمین برق مورد نیاز مراکز داده نیز به یکی از چالش‌های اصلی صنعت فناوری تبدیل شده است. مراکز داده بزرگ برای فعالیت شبانه‌روزی به حجم زیادی از برق پایدار نیاز دارند و همین مسئله باعث شده سرمایه‌گذاری روی فناوری‌های جدید انرژی افزایش پیدا کند.

به گزارش تجارت نیوز، در میان این فناوری‌ها، انرژی خورشیدی فضایی یکی از بلندپروازانه‌ترین گزینه‌هاست. ایده اصلی ساده به نظر می‌رسد: پنل‌های خورشیدی به جای قرار گرفتن روی زمین، در مدار زمین مستقر شوند؛ جایی که بتوانند برای مدت بسیار بیشتری در معرض نور خورشید باشند. سپس انرژی تولیدشده به زمین منتقل شود.

اگر این فناوری بتواند از مرحله آزمایش عبور کند، ممکن است تعریف ما از نیروگاه خورشیدی تغییر کند؛ نیروگاهی که بخش اصلی آن نه روی زمین، بلکه در فضا قرار دارد.

انرژی خورشیدی فضایی چگونه کار می‌کند؟

مشکل اصلی نیروگاه‌های خورشیدی زمینی این است که تولید برق آنها دائمی نیست. با غروب خورشید، تولید برق متوقف می‌شود و در طول روز نیز میزان تولید به شرایط آب‌وهوایی و شدت تابش خورشید وابسته است.

در مدل انرژی خورشیدی فضایی، پنل‌ها روی ماهواره‌هایی در مدار زمین نصب می‌شوند. این ماهواره‌ها می‌توانند مدت بسیار بیشتری نور خورشید دریافت کنند و انرژی تولیدشده را از طریق فناوری‌های انتقال بی‌سیم به زمین بفرستند.

برای این کار، بسته به طراحی سامانه، می‌توان از امواج مایکروویو یا پرتوهای نوری و لیزری استفاده کرد. انرژی دریافت‌شده در زمین نیز می‌تواند وارد شبکه برق شود.

به این ترتیب، هدف فقط تولید برق خورشیدی نیست؛ بلکه تولید برق خورشیدی در ساعاتی است که نیروگاه‌های خورشیدی زمینی معمولاً با کاهش تولید یا توقف کامل مواجه می‌شوند.

چرا هوش مصنوعی به انرژی خورشیدی فضایی علاقه‌مند شده است؟

گسترش هوش مصنوعی به معنای ساخت مراکز داده بزرگ‌تر و پرمصرف‌تر است. شرکت‌های فناوری برای آموزش و اجرای مدل‌های هوش مصنوعی به زیرساخت‌های محاسباتی عظیمی نیاز دارند و این زیرساخت‌ها بدون برق فراوان امکان فعالیت ندارند.

به همین دلیل، شرکت‌های بزرگ فناوری در کنار منابع سنتی‌تر، به سراغ فناوری‌هایی رفته‌اند که بتوانند برق پاک و پایدار تولید کنند.

یکی از نمونه‌های قابل توجه، Meta است که با استارتاپ آمریکایی Overview Energy وارد همکاری شده است. این توافق می‌تواند زمینه تأمین حداکثر ۱ گیگاوات انرژی خورشیدی فضایی را فراهم کند؛ ظرفیتی که در مقیاس تولید برق بسیار بزرگ محسوب می‌شود و تقریباً با ظرفیت یک واحد بزرگ نیروگاهی قابل مقایسه است.

البته نباید این قرارداد را به معنای آماده بودن فناوری دانست. سامانه مورد نظر هنوز باید در محیط واقعی فضا آزمایش شود و مشخص شود که آیا می‌تواند انرژی را با اطمینان و در مقیاس تجاری به زمین منتقل کند یا خیر.

وعده Overview Energy برای سال ۲۰۲۸

یکی از شرکت‌هایی که روی تجاری‌سازی انرژی خورشیدی فضایی کار می‌کند، Overview Energy در ایالت ویرجینیاست. این استارتاپ معتقد است می‌تواند در چند سال آینده فناوری خود را به مرحله آزمایش مداری برساند.

برنامه اعلام‌شده این شرکت برای سال ۲۰۲۸، آزمایش سامانه انتقال انرژی از فضا به زمین است. هدف این است که ماهواره خورشیدی انرژی دریافت‌شده از خورشید را به یک تأسیسات زمینی منتقل کند و عملکرد این فرایند در شرایط واقعی آزمایش شود.

مدیرعامل Overview Energy معتقد است این فناوری در صورت موفقیت می‌تواند در مقیاس بسیار بزرگی مورد استفاده قرار گیرد. حتی برآورد شده است که این شرکت بتواند در طول دهه آینده بخشی قابل توجه از رشد تقاضای انرژی در آمریکا را پوشش دهد.

با این حال، باید میان «آزمایش فناوری» و «تولید تجاری برق» تفاوت قائل شد. موفقیت یک آزمایش مداری به این معنا نیست که نیروگاه‌های خورشیدی فضایی از همان سال به شکل گسترده برق تولید خواهند کرد.

مشکل بزرگ انرژی خورشیدی زمینی؛ زمین کافی وجود دارد؟

یکی از دلایلی که انرژی خورشیدی فضایی بار دیگر مورد توجه قرار گرفته، محدودیت زمین است.

نیروگاه‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ به زمین زیادی نیاز دارند. با افزایش تقاضا برای برق، توسعه پروژه‌های جدید خورشیدی در برخی مناطق با مخالفت‌های محلی و مشکلات مربوط به زمین و خطوط انتقال روبه‌رو شده است.

بر اساس گزارشی که مک‌کینزی در سال ۲۰۲۲ منتشر کرد، پروژه‌های بادی و خورشیدی در مقیاس صنعتی برای تولید هر واحد انرژی می‌توانند به میزان قابل توجهی زمین بیشتری نسبت به نیروگاه‌های فسیلی نیاز داشته باشند؛ در این گزارش، رقم مورد اشاره برای پروژه‌های تجدیدپذیر در مقیاس صنعتی حداقل ۱۰ برابر عنوان شده است.

مزارع خورشیدی بزرگ نیز می‌توانند هزاران هکتار زمین را اشغال کنند. بنابراین یکی از جذابیت‌های انرژی خورشیدی فضایی این است که بخش تولید انرژی را از سطح زمین به مدار منتقل می‌کند.

برای کشوری مانند ایران نیز این موضوع از منظر توسعه زیرساخت انرژی اهمیت دارد. ایران از ظرفیت بالای تابش خورشیدی برخوردار است، اما توسعه نیروگاه‌های بزرگ خورشیدی علاوه بر سرمایه‌گذاری، به زمین مناسب، خطوط انتقال و زیرساخت شبکه نیاز دارد. البته این به معنای آن نیست که انرژی خورشیدی فضایی در حال حاضر راه‌حل اقتصادی یا آماده‌ای برای مشکلات انرژی ایران محسوب می‌شود؛ این فناوری هنوز در مرحله توسعه و آزمایش قرار دارد.

یک ماهواره می‌تواند برق را به نقاط مختلف بفرستد؟

یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌های نظری انرژی خورشیدی فضایی، انعطاف‌پذیری آن است. ماهواره‌ها در مدار می‌توانند بخش بزرگی از سطح زمین را پوشش دهند و انرژی را به مناطق مختلف ارسال کنند.

در صورت توسعه زیرساخت مناسب، چنین سامانه‌ای می‌تواند انرژی را به شبکه‌ای منتقل کند که در یک زمان مشخص با کمبود برق مواجه است. این ویژگی در تئوری می‌تواند به مدیریت بهتر عرضه و تقاضای برق کمک کند.

با این حال، انتقال انرژی میان کشورها یا شبکه‌های مختلف به هماهنگی فنی، زیرساخت‌های انتقال و توافق‌های حقوقی و سیاسی نیاز دارد. بنابراین این بخش از ایده هنوز فاصله زیادی با اجرای واقعی دارد.

آیا انرژی خورشیدی فضایی ارزان خواهد بود؟

بزرگ‌ترین سؤال درباره این فناوری، نه فقط امکان‌پذیری فنی، بلکه هزینه آن است.

ساخت ماهواره‌های خورشیدی، انتقال آنها به مدار، نگهداری تجهیزات در محیط خشن فضا و ساخت سامانه‌های دقیق برای انتقال انرژی، همگی هزینه‌بر هستند. در مقابل، هزینه تولید برق خورشیدی روی زمین طی سال‌های گذشته کاهش چشمگیری داشته و نیروگاه‌های خورشیدی زمینی در بسیاری از بازارها به یکی از ارزان‌ترین روش‌های تولید برق تبدیل شده‌اند.

به همین دلیل، حتی اگر انرژی خورشیدی فضایی از نظر فنی موفق شود، باید ثابت کند که می‌تواند از نظر اقتصادی نیز با فناوری‌های موجود رقابت کند.

آموری لاوینز، فیزیکدان دانشگاه استنفورد و از بنیان‌گذاران اندیشکده RMI، درباره اقتصاد این فناوری ابراز تردید کرده و در عین حال به منابع دیگری مانند انرژی هسته‌ای و زمین‌گرمایی اشاره کرده است که می‌توانند برق پایدار تولید کنند.

برخی برآوردها نیز نشان می‌دهند که انرژی خورشیدی فضایی ممکن است تا پیش از سال ۲۰۴۰ نتواند از نظر هزینه با منابع متعارف انرژی رقابت کند. این موضوع نشان می‌دهد که حتی در صورت موفقیت فنی پروژه‌های فعلی، تجاری‌سازی گسترده آن احتمالاً به زمان بیشتری نیاز خواهد داشت.

انرژی خورشیدی فضایی؛ رویای قدیمی در عصر هوش مصنوعی

ایده تولید برق خورشیدی در فضا چند دهه قدمت دارد و دانشمندان سال‌هاست امکان اجرای آن را بررسی می‌کنند. تفاوت امروز با گذشته در این است که هم هزینه فناوری فضایی کاهش یافته و هم تقاضا برای برق به‌دلیل رشد هوش مصنوعی و مراکز داده افزایش پیدا کرده است.

شرکت‌های فناوری اکنون به دنبال منابعی هستند که بتوانند برق پاک و پایدار را در مقیاس بزرگ تأمین کنند. همین نیاز باعث شده فناوری‌هایی که سال‌ها بیشتر در حد پژوهش و ایده بودند، بار دیگر مورد توجه سرمایه‌گذاران قرار بگیرند.

با این حال، انرژی خورشیدی فضایی هنوز در ابتدای مسیر تجاری‌سازی قرار دارد. آزمایش‌های مداری سال‌های آینده مشخص خواهند کرد که آیا این ایده می‌تواند از یک فناوری جذاب به یک صنعت واقعی تبدیل شود یا خیر.

آیا برق از فضا به زمین خواهد رسید؟

انرژی خورشیدی فضایی می‌تواند یکی از جاه‌طلبانه‌ترین راهکارها برای پاسخ به رشد تقاضای برق در عصر هوش مصنوعی باشد. قرار دادن پنل‌های خورشیدی در مدار، امکان دریافت نور خورشید برای مدت طولانی‌تر را فراهم می‌کند و انتقال بی‌سیم انرژی نیز می‌تواند برق تولیدشده را به زمین برساند.

شرکت‌هایی مانند Overview Energy امیدوارند در ۲۰۲۸ آزمایش‌های مهم خود را در مدار انجام دهند و همکاری این شرکت با Meta نیز ظرفیت ۱ گیگاواتی انرژی خورشیدی فضایی را هدف گرفته است.

اما هنوز نمی‌توان با قطعیت گفت که انرژی خورشیدی فضایی به یک منبع اقتصادی و گسترده برق تبدیل خواهد شد. هزینه پرتاب و ساخت تجهیزات، انتقال انرژی و رقابت با منابع ارزان‌تر انرژی، چالش‌های بزرگی هستند که باید حل شوند.

در واقع، سال ۲۰۲۸ را باید بیشتر یک نقطه عطف آزمایشی برای این فناوری دانست، نه پایان مسیر. اگر آزمایش‌های آینده موفق باشند و هزینه‌ها نیز کاهش پیدا کند، شاید در دهه آینده بخشی از برق مورد نیاز زمین از نیروگاه‌هایی تأمین شود که کیلومترها بالاتر از سطح زمین قرار دارند.