الطاقة الشمسية هي أسرع أشكال الطاقة المتجددة نمواً وتشكل حالياً نسبة 3.6٪ من إنتاج الكهرباء العالمي، وهذا يجعلها ثالث أكبر مصدر لسوق الطاقة المتجددة، تليها الطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح، ومن المتوقع أن تنمو هذه الطرق الثلاث بشكل كبير في العقود القادمة، لتصل إلى 40٪ بحلول عام 2035 و 45٪ بحلول عام 2050. وإجمالاً، من المتوقع أن تشكل مصادر الطاقة المتجددة 90٪ من سوق الطاقة بحلول منتصف القرن الحالي، على أن يشكل استخدام الطاقة الشمسية نصف إنتاج الطاقة المتجددة تقريباً، ومع ذلك، يجب التغلب على العديد من التحديات والمشكلات الفنية حتى يحدث هذا الانتقال.
أول عملية نقل للطاقة الشمسية لاسلكياً عبر الفضاء
العامل المحدد الرئيسي للطاقة الشمسية هو الانقطاع، مما يعني أنه لا يمكن تجميع الطاقة إلا عندما يتوفر ضوء الشمس الكافي، ولمعالجة هذا الأمر، أمضى العلماء عقوداً في البحث عن الطاقة الشمسية الفضائية SBSP، حيث ستجمع الأقمار الصناعية في المدار الطاقة على مدار 24 ساعة في اليوم، وطوال 365 يوماً في السنة، دون انقطاع، ولتطوير هذه التكنولوجيا، أكمل الباحثون في مشروع الطاقة الشمسية الفضائية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، مؤخراً، أول عملية نقل طاقة لاسلكي باستخدام مصفوفة الميكروويف لتجربة مدار منخفض لنقل الطاقة MAPLE.
تقنية MAPLE لنقل الطاقة الشمسية الفضائية
تم تطوير MAPLE بواسطة فريق معهد معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا "كالتيك" بقيادة علي هاجيميري، أستاذ الهندسة الكهربائية والهندسة الطبية والمدير المشارك لمشروع الطاقة الشمسية الفضائية، MAPLE هي واحدة من ثلاث تقنيات رئيسية تم اختبارها من أجل نقل الطاقة، وتتكون هذه المنصة من مجموعة من أجهزة الإرسال المرنة وخفيفة الوزن التي يتم التحكم فيها بواسطة شرائح إلكترونية مخصصة وتعمل بطريقة الميكروويف، كما تم بناء غلافها باستخدام تقنيات السيليكون منخفضة التكلفة المصممة لحصد الطاقة الشمسية وإرسالها إلى محطات الاستقبال الموجودة في جميع أنحاء العالم.
بدأ برنامج SSPP في عام 2011 عندما اتصل "دونالد برين"، وهو عضو مدى الحياة في مجلس أمناء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا برئيس معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا آنذاك "جان لو شامو" لمناقشة إنشاء مشروع بحث SBSP، ووافق برين على التبرع بما مجموعه 100 مليون دولار لتمويل المشروع، بينما قدمت شركة نورثروب غرومان 12.5 مليون دولار إضافية.
مشروع نقل الطاقة الشمسية للأرض عبر الفضاء
لكي يكون مشروع الطاقة الشمسية الفضائية ممكناً، يجب أن تكون الأقمار الصناعية خفيفة الوزن بحيث يمكن إطلاقها بطريقة فعالة من حيث التكلفة ومرنة، حيث يعتبر عرض نقل الطاقة اللاسلكية في الفضاء باستخدام هياكل خفيفة الوزن خطوة مهمة نحو الطاقة الشمسية الفضائية والوصول إليها على نطاق واسع على مستوى العالم، وتستخدم الألواح الشمسية بالفعل في الفضاء لتشغيل محطة الفضاء الدولية، على سبيل المثال، ولكن لإطلاق ونشر صفائف كبيرة بما يكفي لإيصال الطاقة إلى كوكب الأرض، يتعين على SSPP تصميم وإنشاء أنظمة خفيفة الوزن للغاية ورخيصة من أجل نقل الطاقة الشمسية.
ومن خلال التجارب التي تم إجراؤها حتى الآن، أكد العلماء أن MAPLE يمكنها نقل الطاقة بنجاح إلى أجهزة الاستقبال في الفضاء، وأكد العلماء أنهم تمكنوا أيضاً من برمجة المصفوفة لتوجيه طاقتها نحو الأرض، وهو ما تم اختباره في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
المصدر: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا