Энергия из космоса: как NASA и Ascent Solar преображают передачу энергии из космоса на Землю

• Солнечная энергия на основе космоса: рыночная среда и возникающий спрос
• Достижения в области тонкопленочных солнечных модулей и беспроводной передачи энергии
• Ключевые игроки и стратегические сотрудничества в области передачи энергии из космоса на Землю
• Прогнозируемая экспансия и инвестиционные возможности в области космической передачи энергии
• Глобальные очаги и региональные инициативы в области энергии на основе космоса
• Инновации следующего поколения и будущее передачи энергии из космоса на Землю
• Препятствия, прорывы и стратегические возможности в передаче космической энергии
• Источники и ссылки

«Лето 2025 года принесло всплеск активности в цифровом здравоохранении и телемедицине». (источник)

Солнечная энергия на основе космоса: рыночная среда и возникающий спрос

Солнечная энергия на основе космоса (СЭК) быстро переходит от теоретической концепции к практическому демонстрационному этапу, с последними достижениями, подчеркивающими ее рыночный потенциал. Важным событием стало сотрудничество между NASA и Ascent Solar Technologies, которое сосредоточено на тонкопленочных фотоэлектрических (ФЭП) модулях, предназначенных для эффективного производства энергии и беспроводной передачи из орбиты на Землю. Это партнерство является частью инициативы Управления космических технологий NASA, целью которой является подтверждение возможности передачи солнечной энергии, собранной в космосе, непосредственно на наземные приёмники.

Тонкопленочные модули Ascent Solar используют легкие, гибкие материалы — в основном CIGS (медный индий галлий селенид) — которые хорошо подходят для развертывания в жестких условиях космоса. Эти модули предлагают высокое соотношение мощности к весу, что имеет решающее значение для минимизации затрат на запуск и максимизации энергоотдачи. В 2023 году Ascent Solar сообщила, что ее последние модули достигли эффективности более 17%, при этом продолжающиеся исследования нацелены на 20% и выше (Ascent Solar).

Рынок СЭК формируется на фоне растущего мирового спроса на чистую, надежную энергию и ограничений наземных солнечных установок, таких как зависимость от погоды и использование земель. Согласно отчету MarketsandMarkets за 2023 год, рынок СЭК прогнозируется на уровне 4,5 миллиарда долларов к 2030 году, что обусловлено инвестициями правительства и инновациями частного сектора. США, Китай и Япония идут в авангарде, при этом японское агентство JAXA ставит цель запустить пилотную систему СЭК к середине 2030-х годов (JAXA).

• Технические достижения: Демонстрация NASA и Ascent Solar протестирует полный процесс: сбор солнечной энергии, преобразование в микроволны или лазеры и безопасная передача на наземные приемники.
• Коммерческие последствия: Успех может открыть новые источники дохода для производителей спутников, поставщиков запусков и энергетических компаний, поддерживая жизнеобеспечение сетей и удаленную передачу энергии.
• Проблемы: Регуляторные барьеры, эффективность передачи и общественное принятие беспроводной передачи энергии остаются ключевыми препятствиями.

В итоге, проект тонкопленочного модуля NASA × Ascent Solar является важным шагом к коммерческой реализации СЭК, с потенциалом преображения глобального энергетического рынка, предоставляя непрерывную, космическую энергию на Землю. По мере устранения технических и регуляторных барьеров сектор готов к значительному росту и инвестициям.

Достижения в области тонкопленочных солнечных модулей и беспроводной передачи энергии

Сотрудничество NASA с Ascent Solar Technologies представляет собой значительный прорыв в стремлении к солнечной энергии на основе космоса (СЭК), используя передовые тонкопленочные солнечные модули для обеспечения беспроводной передачи энергии из орбиты на Землю. В 2023 году Ascent Solar получила контракт от Центра космических полетов имени Маршалла NASA на разработку сверхлегких, гибких тонкопленочных фотоэлектрических (ФЭП) модулей, специально предназначенных для космических приложений (NASA). Эти модули, изготовленные из меди, индия и галлия селенидов (CIGS), предлагают высокую эффективность (до 17.8% в лабораторных условиях) и исключительную долговечность, что делает их идеальными для установки на спутниках и крупных орбитальных платформах.

Основная инновация заключается в сочетании этих тонкопленочных модулей с технологией беспроводной передачи энергии (БПЭ). Концепция включает в себя сбор солнечной энергии в космосе — где солнечный свет постоянен и не фильтруется атмосферой — и ее превращение в микроволны или лазерные лучи. Эти лучи затем передаются на наземные приемники, известные как ректенны, которые преобразуют энергию обратно в используемую электричество (NREL).

• Легкость и гибкость: Тонкопленочные модули Ascent весят менее 1 кг/м², что составляет лишь часть веса традиционных кремниевых панелей, значительно снижая стоимость запуска и позволяя размещать большие массивы на орбите.
• Высокая мощность: Модули могут генерировать более 200 ватт на килограмм, что является критическим критерием для максимизации энергии на единицу массы при запуске (Ascent Solar).
• Долговечность: Тонкие пленки CIGS устойчивы к радиации и экстремальным температурам, что гарантирует долгий срок службы в жесткой космической среде.

Недавние демонстрации, такие как успешная передача энергии из космоса на Землю проектом Solar Power Project Caltech в 2023 году (Caltech), подчеркивают осуществимость этого подхода. Усилия NASA и Ascent Solar теперь сосредоточены на масштабировании этих технологий, с целью развертывания многомегаваттных массивов, способных передавать чистую, возобновляемую энергию на наземные сети — потенциально революционизируя доступ к глобальной энергии и устойчивость.

Ключевые игроки и стратегические сотрудничества в области передачи энергии из космоса на Землю

Стремление к солнечной энергии на основе космоса (СЭК) ускорилось в последние годы, при этом NASA и частные инноваторы, такие как Ascent Solar Technologies, находятся на переднем крае. Их сотрудничество по тонкопленочным фотоэлектрическим модулям является важным шагом на пути к реализации видения передачи солнечной энергии с орбиты на Землю, что потенциально может революционизировать глобальное энергоснабжение.

Роль и видение NASA

• NASA давно поддерживает СЭК как средство обеспечения непрерывной, возобновляемой энергии, не подверженной влиянию погоды на земле или циклам день-ночь. Космический проект солнечной энергии агентства изучает передовые технологии для сбора и передачи солнечной энергии из космоса.
• В 2023 году программа Innovative Advanced Concepts (NIAC) NASA профинансировала несколько исследований СЭК, включая те, которые сосредоточены на беспроводной передаче энергии и сверхлегких солнечных модулях.

Технология тонкопленочных модулей Ascent Solar

• Ascent Solar Technologies специализируется на тонкопленочных солнечных модулях CIGS (медный индий галлий селенид), которые являются гибкими, легкими и высокоэффективными — ключевые атрибуты для космического развертывания.
• В 2023 году Ascent Solar объявила о партнерстве с NASA для разработки и тестирования тонкопленочных массивов для применения СЭК, стремясь максимизировать соотношение мощности к весу и противостоять жесткой космической среде (Ascent Solar News).

Стратегическое сотрудничество и демонстрация

• Проект NASA × Ascent Solar сосредоточен на интеграции тонкопленочных массивов с системами беспроводной передачи энергии, такими как микроволновая или лазерная передача, для доставки энергии на наземные приемники.
• Недавние лабораторные демонстрации показали обнадеживающие результаты, модули Ascent достигли эффективности преобразования энергии свыше 15% и поддерживали рабочие характеристики после имитации условий космоса (PV Tech).
• Полевые испытания запланированы на конец 2024 года с целью подтверждения полной передачи энергии с высоколетящего платформы, открывая путь для будущих орбитальных демонстраций.

Воздействие на рынок и отрасль

• Глобальный рынок СЭК прогнозируется на уровне 900 миллионов долларов к 2030 году, что обусловлено государственными инвестициями и инновациями частного сектора.
• Сотрудничество NASA и Ascent Solar ожидается как катализатор дальнейших партнерств, ускоряя технологическую готовность и позиционируя США как лидера в области передачи энергии из космоса на Землю.

Прогнозируемая экспансия и инвестиционные возможности в области космической передачи энергии

Сотрудничество между NASA и Ascent Solar Technologies является решающим моментом в эволюции солнечной энергии на основе космоса (СЭК), особенно в контексте передачи энергии с орбиты на Землю. Сверхлегкие, гибкие тонкопленочные фотоэлектрические модули Ascent Solar разрабатываются для развертывания на спутниках и космических станциях с целью захвата солнечной энергии в космосе и беспроводной передачи ее на наземные приемники. Эта технология может революционизировать глобальные энергетические рынки, обеспечивая непрерывную, возобновляемую энергию, независимую от погоды и циклов день-ночь.

Недавние демонстрации показали осуществимость беспроводной передачи энергии (БПЭ) из космоса. В 2023 году Демонстратор солнечной энергии Калифорнийского технологического института (SSPD-1) успешно передал энергию беспроводным способом в космосе, что является значительным шагом к практическому применению СЭК (Caltech). Партнерство NASA с Ascent Solar использует технологию тонкопленочных модулей CIGS (медный индий галлий селенид), которые обладают высокой эффективностью и радиационной устойчивостью, что делает их идеальными для жестких условий космоса (NASA).

Аналитики рынка прогнозируют устойчивый рост в секторе СЭК. Согласно отчету за 2023 год, глобальный рынок солнечной энергии на основе космоса ожидается на уровне 902 миллиона долларов к 2030 году с ростом на 8.2% в год с 2023 года (MarketsandMarkets). Растущий спрос на чистую энергию и достижения в области легких солнечных материалов являются ключевыми факторами. Модули Ascent Solar, которые можно свернуть и развернуть на орбите, снижают затраты на запуск и позволяют создать большие площади для сбора энергии, что делает коммерческую СЭК более жизнеспособной.

Инвестиционные возможности появляются по всей цепочке создания стоимости:

• Производство спутников: Компании, разрабатывающие развертываемые солнечные массивы и модули для передачи энергии, привлекают венчурный капитал и государственные контракты.
• Наземная инфраструктура: Фирмы, специализирующиеся на ректеннах (антенны для приема) и интеграции сетей, нацелены на рост по мере необходимости в наземных приемных станциях.
• Энергетические компании: Компании исследуют партнерство для обеспечения будущих поставок СЭК, уменьшая риски нестабильности традиционного производства энергии.

Поскольку NASA и Ascent Solar продолжают развивать свою технологию тонкопленочных массивов, настает новая эра передачи энергии из космоса на Землю. Первые инвесторы и инноваторы в этом секторе могут извлечь выгоду из слияния аэрокосмической инженерии и возобновляемой энергии, поскольку мечта о передаче энергии из космоса приближается к реальности.

Глобальные очаги и региональные инициативы в области энергии на основе космоса

Солнечная энергия на основе космоса (СЭК) долгое время была перспективным решением для растущих потребностей Земли в энергии, и недавние события приближают эту концепцию к реальности. В 2024 году NASA сотрудничала с Ascent Solar Technologies для тестирования передовых тонкопленочных фотоэлектрических модулей, разработанных для эффективного производства энергии и беспроводной передачи из орбиты на Землю. Это сотрудничество отмечает значимый этап в глобальной гонке по использованию солнечной энергии в космосе и ее передаче на Землю, потенциально революционизируя ландшафт возобновляемой энергии.

Тонкопленочные модули Ascent Solar примечательны своей легкой, гибкой конструкцией и высокой эффективностью, что делает их идеальными для развертывания в жестких условиях космоса. Эти модули тестируются в рамках Космического проекта солнечной энергии NASA, который направлен на демонстрацию осуществимости сбора солнечной энергии в космосе и ее беспроводной передачи — обычно через микроволновые или лазерные лучи — на наземные приемники. Эта технология может обеспечить постоянную, независимую от погоды энергию, решая проблемы прерываемости, с которыми сталкиваются наземные солнечные фермы.

По всему миру интерес к СЭК растет. Министерство экономики, торговли и промышленности Японии (METI) и инициатива SOLARIS Европейского космического агентства (ESA) активно инвестируют в аналогичные технологии, но проект NASA × Ascent Solar выделяется своим акцентом на масштабируемых, производимых тонкопленочных решениях. В 2023 году Ascent Solar сообщила о достигнутой эффективности 17.55% для своих гибких модулей CIGS (медный индий галлий селенид), что стало рекордом для этого класса технологий (Ascent Solar News).

• Ключевые преимущества: Тонкопленочные массивы легче и более адаптируемы, чем традиционные кремниевые панели, что позволяет сократить затраты на запуск и создавать более крупные, модульные энергетические станции на орбите.
• Этапы передачи энергии: Текущие испытания NASA включают передачу небольших объемов энергии на короткие расстояния, с планами увеличить масштаб до многокиловаттных демонстраций в ближайшие годы (Функция NASA).
• Глобальные последствия: В случае успеха эта технология может обеспечить чистую, регулируемую энергию для удаленных или пострадавших районов, поддерживая как гражданские, так и оборонные приложения.

По мере того как партнерство NASA × Ascent Solar продвигается вперед, оно устанавливает технические и коммерческие benchmarks для СЭК, позиционируя США как лидера на развивающемся рынке передачи энергии из космоса на Землю.

Инновации следующего поколения и будущее передачи энергии из космоса на Землю

Солнечная энергия на основе космоса (СЭК) долгое время была перспективной концепцией, но недавние достижения приближают ее к реальности. Ключевым этапом стало сотрудничество между NASA и Ascent Solar Technologies, которое является пионером в использовании тонкопленочных фотоэлектрических модулей для эффективного производства энергии и беспроводной передачи из космоса на Землю. Это партнерство является частью усилий Управления космических технологий NASA по разработке энергоэффективных решений следующего поколения как для земных, так и для внеземных приложений.

Тонкопленочные массивы Ascent Solar изготовлены из легких, гибких материалов, таких как CIGS (медный индий галлий селенид), которые предлагают значительные преимущества по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными панелями. Эти массивы могут быть свернуты, сложены и развернуты на больших площадях с минимальной массой — критический фактор для космических запусков. По данным Ascent Solar, их модули достигают коэффициентов мощности к весу свыше 1000 Вт/кг, по сравнению с 200-300 Вт/кг для традиционных панелей, что делает их идеальными для развертывания на орбите.

Следующий шаг — передача собранной энергии обратно на Землю. NASA и его партнеры исследуют беспроводную передачу энергии на основе микроволн и лазеров. В 2023 году проект Caltech Space Solar Power Project успешно продемонстрировал беспроводную передачу энергии из космоса на приемник на Земле, что стало значительным подтверждением концепции. Дорожная карта NASA включает масштабирование этих демонстраций, улучшение эффективности преобразования и решение проблем, связанных с атмосферными помехами, для обеспечения надежной и высокопроизводительной передачи энергии.

• Увеличение эффективности: Тонкопленочные массива могут быть произведены в масштабе и адаптированы для высокой эффективности в условиях космоса, с продолжающимися исследованиями, нацеленными на преобразование выше 30% (NREL).
• Потенциал развертывания: Легкость тонкопленочных модулей позволяет запускать более крупные массивы, потенциально генерируя гигабайты энергии на орбите.
• Проблемы передачи: Основные трудности включают минимизацию потерь энергии во время передачи и обеспечение безопасности как для космических объектов, так и для населения на Земле.

Взглянув вперед, инициатива NASA × Ascent Solar закладывает основу для коммерческой реализации СЭК. Если технические и регуляторные проблемы будут преодолены, передача энергии из космоса на Землю может стать краеугольным камнем глобальной чистой энергетики в 2030-х годах, обеспечивая непрерывное, независимое от погоды электричество (IEA).

Препятствия, прорывы и стратегические возможности в передаче космической энергии

Концепция передачи солнечной энергии, собранной в космосе, непосредственно на Землю — известная как солнечная энергия на основе космоса (СЭК) — долгое время была великолепным решением для растущих потребностей мира в энергии. Недавние события, особенно сотрудничество между NASA и Ascent Solar Technologies, приближают это видение к реальности. Их работа с тонкопленочными фотоэлектрическими модулями представляет собой значительный шаг к созданию эффективных, легких и масштабируемых систем передачи энергии из космоса на Землю.

• Препятствия: Основные вызовы в СЭК включают высокую стоимость запуска и развертывания крупных солнечных массивов, необходимость в ультралегких и долговечных материалах, а также безопасной и эффективной передаче энергии — обычно через микроволновые или лазерные лучи — через атмосферу Земли. Регуляторные барьеры и обеспокоенность общественности по поводу безопасности передаваемой энергии также сохраняются. Согласно отчету NASA, стоимость за килограмм до низкой орбиты остается ограничивающим фактором, хотя она снижается благодаря новым технологиям запуска.
• Прорывы: Тонкопленочная фотогальваническая технология Ascent Solar (CIGS) предлагает прорывное решение. Эти гибкие, легкие панели могут быть свернуты для компактного запуска и затем развернуты на орбите, резко уменьшая массу и объем по сравнению с традиционными кремниевыми панелями. В 2023 году NASA выбрала Ascent Solar для своей Программы инновационных малых предприятий (SBIR), чтобы разработать эти модули для космических приложений, ссылаясь на их высокое соотношение мощности к весу и устойчивость в жестких условиях.
• Стратегические возможности: Успешная демонстрация тонкопленочных массивов в космосе открывает двери для крупных систем СЭК. Эти системы могут обеспечивать непрерывную, независимую от погоды энергию для удаленных или пострадавших районов, поддерживать наземные сети и помогать лунным или марсианским аванпостам. Министерство обороны США также проявило интерес, финансируя проекты, такие как эксперименты по передаче энергии Лаборатории исследований ВВС. Коммерческие игроки, включая Northrop Grumman и японское агентство JAXA, также инвестируют в СЭК, сигнализируя о растущем рынке и потенциальных возможностях частно-государственного партнерства.

По мере того как NASA и Ascent Solar продвигают технологию тонкопленочных массивов, перспектива передачи чистой, возобновляемой энергии из космоса на Землю становится все более реальной. Преодоление технических и регуляторных барьеров будет ключевым, но стратегические возможности для обеспечения энергетической безопасности и устойчивости огромны.

Источники и ссылки

• Передача энергии: NASA × Ascent Solar устанавливает этап для передачи энергии из космоса на Землю
• Программа инновационных малых предприятий (SBIR)
• MarketsandMarkets
• JAXA
• NREL
• Проект солнечной энергии Caltech
• PV Tech
• Инициатива SOLARIS
• IEA