SBSP: Space-Based Solar Power Turning the Concept into Reality
“……พลังงานแสงอาทิตย์ Solar Energy ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานให้กับยานอวกาศ Spacecraft มาช้านานแล้ว แต่การส่งผ่านพลังงานกลับมาใช้งานบนโลก Beaming that Energy Back for Use on Earth นั้น กำลังจะกลายเป็นระดับขั้นตอนต่อไป….”
กำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานในอวกาศ Electricity from Space หรือพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ Space-Based Solar Power : SBSP or SSP คือ แนวคิดการรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ในห้วงอวกาศด้วยดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ Solar Power Satellites : SPS และส่งผ่านกระจายสู่พื้นผิวโลก .. ข้อได้เปรียบของการรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ ได้แก่ ความสามารถในการรวบรวมพลังงานได้สูงมากขึ้น เนื่องจากไม่มีการสะท้อน และการดูดซับของบรรยากาศ Reflection & Absorption by the Atmosphere, ความเป็นไปได้ที่กลางคืนจะไม่มี หรือมีบ้างก็น้อยมาก และความสามารถในการปรับทิศทาง และตำแหน่งเพื่อรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้ดีขึ้นได้ง่าย ..
ระบบพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ Space-Based Solar Power Systems จะแปลงแสงแดดเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น ไมโครเวฟ Microwaves ซึ่งสามารถส่งผ่านชั้นบรรยากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพไปยังเครื่องรับบนพื้นผิวโลก .. SBSP ถือเป็นแหล่งพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ยั่งยืน Sustainable หรือพลังงานสีเขียว Green Energy พลังงานหมุนเวียน Renewable Energy .. ทั้งนี้ พวกมันได้รับการพิจารณาในเชิงวิศวกรรมสภาพอากาศว่า เป็นหนึ่งในข้อไข หรือโซลูชั่นขนาดใหญ่ Large – Scale Solutions ที่น่าสนใจในการแก้ปัญหาวิกฤติเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ Climate Crisis หรือการทำให้การยกเลิกการใช้แหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuel Depletion นั้น เป็นไปได้ ..
งานวิจัย SBSP มีมากมายหลายฉบับ ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 แต่ไม่มีสิ่งใดที่สามารถดำเนินการให้คุ้มค่าเชิงเศรษฐกิจได้ด้วยโครงสร้างพื้นฐานด้านกิจการอวกาศในปัจจุบัน .. ผู้เชี่ยวชาญบางคนเห็นแย้ง และคาดการณ์ว่า สิ่งนี้จะยังไม่เกิดขึ้นได้ในอนาคตอันใกล้นี้ ด้วยเพราะจะต้องสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกขึ้นบนดาวเคราะห์น้อย Space Manufacturing from Asteroids หรือบนพื้นผิวดวงจันทร์ให้ได้เสียก่อน ..
นอกจากค่าใช้จ่ายที่สูงลิบลิ่วแล้ว SBSP ยังมีอุปสรรคทางเทคโนโลยีอีกหลายประการ รวมถึงปัญหาการส่งพลังงานจากวงโคจรในอวกาศมายังพื้นผิวโลก Problem of Transmitting Energy from Orbit to Earth’s Surface .. การออกแบบ SBSP โดยทั่วไปรวมถึงการส่งพลังงานแบบไร้สาย ความไม่มีประสิทธิภาพในการส่งผ่านพลังงาน เช่นเดียวกับข้อกังวลการใช้ที่ดินสำหรับสถานีเสาอากาศที่จำเป็นเพื่อรองรับพลังงานที่พื้นผิวโลก ..
ดาวเทียม SBSP Station จะรวบรวม และแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า เปิดเครื่องส่งไมโครเวฟ หรือยิงลำแสงเลเซอร์ เพื่อนำส่งพลังงานนี้ไปยังเสาอากาศที่เป็นตัวรับรวบรวมพลังงาน หรือจานรับไมโครเวฟ Microwave Rectenna or Any Type of Receiving Antenna บนพื้นผิวโลก .. ตรงกันข้ามกับที่ปรากฏในนิยาย การออกแบบส่วนใหญ่เสนอระดับความหนาแน่นของพลังงานลำแสงที่จะไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ .. อย่างไรก็ตาม จาน และเสาอากาศรับสัญญาณที่มีขนาดมหึมาที่จำเป็นก็ยังคงต้องมีโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะสมเพื่อกระจายกำลังไฟฟ้าให้แก่ผู้ใช้ปลายทาง ..
อายุการใช้งานของดาวเทียม และอุปกรณ์ประกอบในอวกาศเมื่อเผชิญกับความท้าทายจากการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมของอวกาศในระยะยาว รวมถึงการเสื่อมสภาพจากรังสี และความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากการพุ่งชนของไมโครเมทิโอรอยด์ Micrometeoroid Damage ซึ่งมีขนาดเล็กความเร็วสูง อาจกลายเป็นข้อกังวลสำหรับ SBSP อีกด้วย ..
อย่างไรก็ตาม ในปี 2562 พลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ Space-Based Solar Power : SBSP ได้รับความสนใจมากขึ้น และมีการศึกษาวิจัยถึงความเป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้อย่างแข็งขันโดย ญี่ปุ่น จีน รัสเซีย อินเดีย สหราชอาณาจักร และสหรัฐฯ ..
ตั้งแต่ปี 2551 เป็นต้นมา ญี่ปุ่นได้ผ่านกฎหมายเกี่ยวกับกิจการอวกาศขั้นพื้นฐานซึ่งกำหนดให้พลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ Space Solar Power : SSP เป็นเป้าหมายระดับชาติ และสำนักงานสำรวจอวกาศแห่งชาติของญี่ปุ่น Japan Aerospace Exploration Agency: JAXA ได้กำหนดแผนงาน และโครงการสำหรับโรดแมป Road Map สู่ Space-Based Solar Power : SBSP เชิงพาณิชย์ไว้แล้วด้วย ..
จีนก็เช่นกัน ในปี 2558 สถาบันเทคโนโลยีอวกาศแห่งประเทศจีน The China Academy of Space Technology : CAST ได้เปิดตัวแผนงานของพวกเขาในการประชุมการพัฒนาอวกาศนานาชาติ .. ในเดือนกุมภาพันธ์ 2562 หนังสือพิมพ์ Science and Technology Daily อ้างถึงข้อมูลอย่างเป็นทางการของกระทรวงวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งสาธารณรัฐประชาชนจีน Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China และรายงานว่า การก่อสร้างฐานทดสอบ Space Solar Power Station ได้เริ่มขึ้นในเขต Chongqing’s Bishan District ..
นาย Li Ming รองประธาน CAST อ้างว่า จีนปรารถนาจะเป็นชาติแรกที่สร้างสถานีพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ Space Solar Power Station และมีรายงานว่า นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนกำลังวางแผนที่จะเปิดตัวโรงไฟฟ้าในอวกาศขนาดเล็ก และขนาดกลาง หลายแห่งระหว่างปี 2565-2568 .. ในเดือนธันวาคม 2562 สำนักข่าวซินหัวรายงานว่า จีนวางแผนที่จะส่งสถานีดาวเทียม Space-Based Solar Power: SBSP น้ำหนัก 200 ตันที่สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้หลายเมกะวัตต์ MW ขึ้นสู่วงโคจร และส่งผ่านพลังงานกลับสู่โลกให้สำเร็จให้ได้ ภายในปี 2578 ..
ในเดือนพฤษภาคม 2563 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ United States Naval Research Laboratory : NRL ได้ทำการทดสอบครั้งแรกสำหรับดาวเทียมสถานีผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ .. ในเดือนสิงหาคม 2564 สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย California Institute of Technology : Caltech ประกาศว่า มีแผนจะเปิดตัวชุดทดสอบ Space-Based Solar Power : SBSP Test Array ภายในปี 2566 และในเวลาเดียวกัน หนังสือพิมพ์ Time เปิดเผยว่า Caltech ได้รับสนับสนุนเงินทุนจากเอกชนสำหรับโครงการพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศของสถาบัน มาตั้งแต่ปี 2558 ด้วยเงินบริจาคกว่า 100 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ..
โรงไฟฟ้าจากอวกาศ Space-Based Power Stations กำลังเปลี่ยนจากความฝันที่ไม่ได้นำมาใช้งานไปสู่โอกาสทางวิศวกรรมอย่างจริงจัง ..
ดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ .. โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดยักษ์ Giant Solar Power Stations ที่ลอยอยู่ในอวกาศ สามารถส่งพลังงานปริมาณมหาศาลมายังโลก และเป็นเวลานาน .. แนวความคิดนี้ พัฒนาขึ้นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Konstantin Tsiolkovsky ในปี ค.ศ.1920 หรือปี พ.ศ.2463 ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแรงบันดาลใจสำหรับนักเขียน ..
อย่างไรก็ตาม หนึ่งศตวรรษต่อมา นักวิทยาศาสตร์จากหลายชาติ มุ่งความพยายามที่จะเปลี่ยนแนวคิดให้กลายเป็นความจริง .. องค์การอวกาศยุโรป European Space Agency : ESA ได้ตระหนักถึงศักยภาพของความพยายามเหล่านี้ และปัจจุบันกำลังมองหาแหล่งเงินทุนอุดหนุนสำหรับโครงการโรงไฟฟ้าจากอวกาศ Space-Based Power Stations ดังกล่าว โดยคาดการณ์ว่า ทรัพยากรอุตสาหกรรมแรกที่เราจะได้รับจากอวกาศตามแนวคิดนี้ คือ “พลังงานจากแสง Beamed Power” ..
การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หรือที่เรียกว่า วิกฤติสภาพอากาศ Climate Crisis เป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคนี้ .. หากไม่ดำเนินการอย่างหนึ่งอย่างใดแบบพลิกฟ้าคว่ำแผ่นดิน มนุษยชาติจะตกอยู่ภายใต้ความเสี่ยงอย่างมาก ตั้งแต่อุณหภูมิโลกที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงรูปแบบสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป .. ผลกระทบรุนแรงของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้เกิดขึ้นให้เห็นบ้างแล้วทั่วโลก ซึ่งการจะเอาชนะความท้าทายนี้จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในวิธีผลิต และการใช้พลังงานของมนุษยชาติ ..
นักวิทยาศาสตร์ ชี้ให้เห็นว่า หนึ่งในเป้าหมาย ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ Solar Power Stations in Space จะต้องกลายเป็นจริงให้ได้ในทศวรรษหน้า .. เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Technologies ได้พัฒนาขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และต้นทุนที่ต่ำลง แต่อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งของพวกมัน คือความจริงที่ว่า พวกมันไม่ได้ให้พลังงานคงที่ .. ฟาร์มกังหันลม และโซลาร์ฟาร์ม ผลิตพลังงานได้เฉพาะเมื่อมีลมพัด หรือแสงแดดส่องเท่านั้น แต่มนุษยชาติต้องการกำลังไฟฟ้าอยู่ตลอดเวลา ในท้ายที่สุด เราต้องการวิธีจัดเก็บพลังงานไว้ในปริมาณมากก่อนที่เราจะสามารถเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนได้ ..
ประโยชน์ของแหล่งพลังงานในอวกาศ .. วิธีที่เป็นไปได้ คือ การจัดหาแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ .. สถานีพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ Space-Based Solar Power Station สามารถโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้ตลอด 24 ชั่วโมง .. ชั้นบรรยากาศของโลกยังดูดซับ และสะท้อนแสงบางส่วนจากดวงอาทิตย์ .. ดังนั้นเซลล์สุริยะ Solar Cells ที่อยู่เหนือชั้นบรรยากาศ จะได้รับแสงแดดมากกว่า และผลิตพลังงานมากขึ้นหลายเท่าตัวได้แน่นอนไม่มีข้อสงสัย ..
อย่างไรก็ตาม ความท้าทายหลักประการหนึ่งที่ต้องเอาชนะ คือ การประกอบ และการส่งโครงสร้างขนาดใหญ่ดังกล่าวขึ้นสู่อวกาศ หรือการยิงนำส่งอุปกรณ์หลาย ๆ ครั้งเพื่อไปต่อประกอบให้เป็น SBSP Station ณ ตำแหน่งวงโคจรที่กำหนดขั้นต้นเหนือชั้นบรรยากาศออกไป .. ทั้งนี้ สถานีไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศเพียงแห่งเดียว อาจต้องใช้พื้นที่มากถึง 10 ตารางกิโลเมตร หรือ 4.9 ตารางไมล์ ซึ่งเทียบเท่ากับสนามฟุตบอล 1,400 สนาม .. การใช้วัสดุน้ำหนักเบาก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากค่าใช้จ่ายที่ใหญ่ที่สุด คือ ค่าใช้จ่ายในการส่งตัวสถานีไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวดเชื้อเพลิงเหลว Cost of Launching the SBSP Station into Space on a Rocket ..
ทั้งนี้ อีกแนวทางหนึ่งที่มีการเสนอ คือ การพัฒนากลุ่มดาวเทียมขนาดเล็กจำนวนหลายพันดวงที่ทำงานร่วมกัน และกำหนดค่าเพื่อสร้างเครื่องกำเนิดพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่เพียงชุดเดียวแบบบูรณาการ .. ในปี 2560 นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย California Institute of Technology : Caltech ได้สรุปการออกแบบสำหรับโรงไฟฟ้าแบบโมดูลาร์สำเร็จรูป Modular Power Station ซึ่งประกอบด้วยแผ่นเซลล์แสงอาทิตย์น้ำหนักเบา Ultralight Solar Cell Tiles รูปแบบพิเศษหลายพันชิ้น พวกเขายังสาธิตกระเบื้อง Solar PV ต้นแบบที่มีน้ำหนักเพียง 280 กรัมต่อตารางเมตร Prototype Tile Weighing Just 280g per Square Meter ซึ่งพวกมันมีน้ำหนักเบาอย่างยิ่ง ..
เมื่อเร็ว ๆ นี้ การพัฒนาในเทคนิคการผลิต เช่น 3D Printing Technology กำลังถูกตรวจสอบถึงศักยภาพของพวกมันสำหรับการผลิตพลังงานในอวกาศ .. มหาวิทยาลัย Liverpool เรากำลังสำรวจเทคนิคการผลิตใหม่สำหรับการพิมพ์เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเบาพิเศษบนใบเรือสุริยะ Ultralight Solar Cells on to Solar Sails ด้วยเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ฟิล์มบาง Thin-Film Solar Cell Technology .. ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นเมมเบรนแบบพับได้ น้ำหนักเบา และสะท้อนแสงได้สูง ซึ่งสามารถควบคุมผลกระทบจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์เพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศไปข้างหน้าโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง รวมทั้งใช้แนวคิดการฝังโซลาร์เซลล์บนโครงสร้างของยานอวกาศ และสิ่งอำนวยความสะดวกประกอบอื่น ๆ เพื่อสร้างสถานีอวกาศโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ปราศจากเชื้อเพลิง Fuel-Free Power Stations ..
ความเป็นไปได้ยังไม่ได้จบเพียงแค่นั้น ในขณะที่ ปัจจุบันเรากำลังพึ่งพาเพียงวัสดุจากโลกเพื่อสร้างสถานีไฟฟ้าในอวกาศ นักวิทยาศาสตร์ส่วนหนึ่งก็กำลังพิจารณาที่จะใช้ทรัพยากรจากอวกาศเพื่อการผลิตพลังงานด้วย เช่น วัสดุที่พบในดวงจันทร์ บนดาวอังคาร หรือบนดาวเคราะห์น้อย เป็นต้น ..
แต่ความท้าทายสำคัญประการหนึ่งที่รออยู่ข้างหน้าในขั้นต่อไป คือ การส่งพลังงานกลับมายังโลก แผนคือ การแปลงกำลังไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ Electricity from the Solar Cells ให้เป็นคลื่นพลังงาน และใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า Energy Waves & Use Electromagnetic Fields เพื่อถ่ายโอนส่งผ่านไปยังเสาอากาศอุปกรณ์รับพลังงานบนพื้นผิวโลก Antenna on the Earth’s Surface .. จานเสาอากาศจะแปลงคลื่นพลังงานกลับไปเป็นกำลังไฟฟ้า .. ทีมนักวิจัยของ Japan Aerospace Exploration Agency : JAXA ประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนาการออกแบบ และสาธิตระบบการส่งผ่านพลังงานจากวงโคจรของสถานีลงมาสู่ผิวโลก เพื่อแสดงให้ประจักษ์ว่าสามารถกระทำได้จริง ..
ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำในบริบทเหล่านี้ แต่เป้าหมาย คือ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ Solar Power Stations in Space จะกลายเป็นความจริงได้ในทศวรรษหน้า .. นักวิจัยของจีน ได้ออกแบบระบบที่เรียกว่า Omega ซึ่งพวกเขาตั้งเป้าหมายว่า จะใช้งานได้ภายในปี 2593 ระบบนี้ควรจะสามารถจ่ายพลังงาน 2 GW ให้กับโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าของโลกได้อย่างเต็มประสิทธิภาพด้วยปริมาณมหาศาล ซึ่งหากผลิตกำลังไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์บนโลกได้มากขนาดนั้น จะต้องใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Cells มากกว่า 6 ล้านแผง ..
แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ Solar PV ที่มีขนาดเล็กกว่า เช่นเดียวกับ Solar Panels ที่ออกแบบมาเพื่อให้พลังงานกับยานสำรวจดวงจันทร์ และดาวอังคาร ซึ่งพวกมันสามารถทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม และกำลังได้รับการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ..
ชุมชนวิทยาศาสตร์ Scientific Communities ทั่วโลก กำลังทุ่มเทเวลา และความพยายามในการพัฒนาสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ SBSP Station ด้วยความมุ่งมั่น .. ความหวังของมนุษยชาติ คือ อีกไม่นาน พวกมันจะสามารถเป็นหนึ่งในเครื่องมือสำคัญในการต่อสู้กับวิกฤติสภาพภูมิอากาศ Climate Crisis ได้อย่างน้อยภายในทศวรรษหน้า ..
พลังงานแสงอาทิตย์ส่งตรงจากอวกาศ Solar Power Directly from Space อาจมาถึงเร็วกว่าที่คิด ..
ทราบกันหรือไม่ว่า ทุก ๆ ชั่วโมง พลังงานแสงอาทิตย์ที่ส่งผ่านมายังโลกใน 1 ชั่วโมงมีปริมาณพลังงานมากกว่าที่มนุษย์ชาติทั่วโลกใช้พลังงานทั้งหมดในหนึ่งปี .. ประมาณ 30% ของพลังงานนี้ สะท้อนกลับเข้าไปในห้วงอวกาศโดยชั้นบรรยากาศของโลก ..
เนื่องจากไม่มีเมฆ ไม่มีชั้นบรรยากาศ และไม่มีเวลากลางคืนในห้วงอวกาศ แผงโซลาร์ Solar PV จากดาวเทียม Satellite-Based Solar Panels จึงสามารถดักจับ และส่งพลังงานได้มากกว่าแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งบนพื้นผิวโลกเป็นอย่างมาก ..
ดาวเทียมที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ และระบบส่งผ่านพลังงาน Solar Panel Equipped, Energy Transmitting Satellites จะรวบรวมรังสีดวงอาทิตย์ที่มีความเข้มสูง และต่อเนื่องโดยใช้กระจกขนาดใหญ่เพื่อสะท้อนรังสีแสงอาทิตย์ Solar Rays จำนวนมากไปยังตัวสะสมแสงอาทิตย์ขนาดเล็ก Smaller Solar Collectors .. จากนั้นรังสี Radiation นี้ จะส่งไปยังพื้นโลกแบบไร้สายด้วยวิธีที่ปลอดภัย และควบคุมได้ ด้วยทั้งไมโครเวฟ Microwave หรือลำแสงเลเซอร์ Laser Beam ..
ในกรณีของดาวเทียมส่งผ่านพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยไมโครเวฟ Microwave Solar Satellites นั้น พวกมัน คือ ดาวเทียมอยู่กับที่ Geostationary Orbit หมายถึง GEO-Based SSPS ห่างจากโลกออกไป 35,000 Km .. แสงแดด จะสะท้อนจากกระจกบานใหญ่จำนวนมากไปยังศูนย์กลางของดาวเทียมสถานีไฟฟ้า และที่จุดนี้ แสงแดดจะเปลี่ยนเป็นพลังงานไมโครเวฟอย่างต่อเนื่อง และส่งผ่าน Microwave มายังผิวพื้นโลก .. ขณะที่ดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ที่ส่งจ่ายลำแสงเลเซอร์ Laser Solar Satellites จะต่างออกไป โดยพวกมันเป็นดาวเทียมในวงโคจรต่ำ Low Earth Orbit ที่ความสูงประมาณ 400 Km .. ดาวเทียมเหล่านี้ จะทำงานร่วมกันเป็นกลุ่มพร้อมกับดาวเทียมดวงอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน ..
เนื่องจากพวกมันแต่ละดวงมีขนาดเล็ก ทำให้มีค่าใช้จ่ายในการเริ่มต้นค่อนข้างต่ำในช่วง 500 ล้านเหรียญสหรัฐฯ-1 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ .. การส่งดาวเทียมที่ใช้เลเซอร์แต่ละครั้งจะมีความสมบูรณ์สำเร็จรูปในตัว ไม่ต้องไปต่อประกอบในอวกาศอีก ซึ่งจะช่วยลดต้นทุน และลดความเสี่ยงที่จะเกิดข้อผิดพลาดได้ดี .. นอกจากนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กของลำแสงเลเซอร์ จะทำให้การติดตั้งอุปกรณ์รับแสงบนพื้นดิน เป็นเรื่องง่าย และถูกกว่าสถานีรับสัญญาณไมโครเวฟ Microwave ซึ่งตัวรับสัญญาณภาคพื้นดินจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายกิโลเมตร Several Kilometers in Diameter .. อย่างไรก็ตาม ดาวเทียมที่ส่งลำเลเซอร์จะมีปัญหาสำหรับการส่งพลังงานผ่านเมฆ หมอก และฝนที่ตกหนัก ..
ดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์แบบไมโครเวฟ Microwave Solar Satellites นั้น สามารถส่งผ่านพลังงานอย่างต่อเนื่องทะลุทะลวงผ่านสายฝน เมฆ และสภาวะบรรยากาศอื่น ๆ ได้อย่างสบาย .. อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการผลิตอยู่ในช่วงหลายหมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ เนื่องจากเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่มากที่ลอยอยู่ในห้วงอวกาศแบบอยู่กับที่ หมายถึง พวกมันจะโคจรรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเอง บริเวณเส้นศูนย์สูตรห่างจากผิวโลกไป 35,000 Km เช่นเดียวกับดาวเทียมค้างฟ้าอยู่กับที่ทั่วไป จึงต้องมีการจัดส่งอุปกรณ์ขึ้นสู่อวกาศมากกว่า 100 เที่ยวบิน โดยต้องมีการต่อประกอบสร้างสถานีเพื่อให้พร้อมใช้งานในห้วงอวกาศ ทำให้สร้างยาก รวมทั้งการจะขึ้นไปซ่อมบำรุงก็ยากแสนเข็นด้วย ..
แต่ทว่า Microwave Solar Satellites ขนาดใหญ่สถานีเดียว สามารถส่งพลังงานผ่านอากาศได้อย่างปลอดภัยในระดับความเข้มไม่เกินดวงอาทิตย์เที่ยงวัน และสามารถจัดหาพลังงานได้มากกว่า 1 GW ให้กับสถานีรับพลังงานภาคพื้นดิน จึงเป็นแหล่งพลังงานขนาดใหญ่ซึ่งเพียงพอสำหรับความต้องพลังงานของเมืองใหญ่ทั้งเมืองได้อย่างยอดเยี่ยม ..
ดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์แบบเลเซอร์ Laser Solar Satellites ส่งผ่าน และให้พลังงานที่ค่อนข้างต่ำกว่าในเชิงเปรียบเทียบกับดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์แบบไมโครเวฟ Microwave Solar Satellites .. ดาวเทียมแบบเลเซอร์แต่ละดวงในอวกาศจะมีกำลังผลิตขนาด 1-10 MW ต่อดาวเทียม 1 ดวงเท่านั้น จึงจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงทำงานร่วมกันเพื่อสร้างพลังงานในระดับที่ต้องการได้ รวมทั้งยังมีข้อกังวลด้านความปลอดภัยอีกหลายประการเกี่ยวกับลำแสงเลเซอร์ในอวกาศ เช่น การทำให้มองไม่เห็น และการใช้พวกมันเป็นระบบอาวุธฯ ในทางทหาร เป็นต้น ..
ปัจจุบัน การดำเนินโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ส่งตรงจากอวกาศ Solar Power Directly from Space ได้เริ่มขึ้นแล้วในหลายประเทศ .. องค์การอวกาศนานาชาติ เช่น NASA, ESA, JAXA, CNSA และ Roscosmos ชี้ให้เห็นถึงความพร้อมในทางเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องเหล่านี้ และพร้อมที่จะร่วมมือกัน .. อย่างไรก็ตาม พวกมันแพงมาก การระดมเงินทุน และการระดมความร่วมมือกับภาคเอกชนที่มีศักยภาพด้วยนั้น กลายเป็นความจำเป็น เพื่อจะสู้กับวิกฤติสภาพภูมิอากาศ ซึ่งคาดหมายว่า พวกมันอาจมาถึงได้เร็วกว่าที่คิดไว้ ..
คาดการณ์ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลก Global Space – Based Solar Power Market ..
ขนาดธุรกิจในตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลก Global Space-Based Solar Power Market มีมูลค่า 425.7 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2563 และคาดหมายว่าจะสูงถึง 902.2 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2573 ด้วยอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลกที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 7.8% ในช่วงเวลาที่คาดการณ์ ปี 2564-2573 ..
พลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ Space-Based Solar Power คือ พลังงานแสงอาทิตย์ที่สกัดจากแหล่งพลังงานในอวกาศ โดยใช้ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์แล้วส่งผ่านพลังงานต่อไปยังสถานีรับบนพื้นผิวโลก .. พลังงานแสงอาทิตย์จากแหล่งพลังงานในอวกาศเหล่านี้ ใช้สำหรับงานต่าง ๆ เช่น การผลิตไฟฟ้าและการใช้งานในอวกาศ .. สาขาวิชาพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ พบว่า มีการประยุกต์ใช้ในดาวเทียม Satellites, ยานอวกาศ Space Vehicles, ยานสำรวจผิวดาวภาคพื้น เช่น Rovers รูปแบบต่าง ๆ และโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานสำหรับภารกิจในกิจการอวกาศ ประโยชน์ที่โดดเด่นของพวกมัน คือ การใช้ประโยชน์พลังงานแสงอาทิตย์ได้เต็มที่มากกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนพื้นโลก ..
การเติบโตของตลาดพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ SBSP ทั่วโลกนั้น ได้รับแรงหนุนจากการลงทุนที่เพิ่มขึ้นเพื่อการผลิตพลังงานที่ยั่งยืน และการดำเนินการตามกฎระเบียบของภาครัฐที่เข้มงวดต่อการลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม .. อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายสูง และข้อเสียเปรียบบางประการที่เกี่ยวข้องกับพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศที่สูงจากพื้นโลกลิบลิ่ว เป็นปัจจัยสำคัญที่ขัดขวางการเติบโตของตลาดโลก .. ในทางตรงกันข้าม R&D ในการลดต้นทุนของภารกิจด้านพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศด้วยการการปรับปรุงเทคโนโลยี คาดว่า จะสร้างโอกาสในการเติบโตที่ร่ำรวย มั่งคั่ง สำหรับผู้เล่นหลักในการเสริมความแข็งแกร่งให้กับตำแหน่งของตนในตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้พื้นที่ทั่วโลกในปีต่อ ๆ ไป ..
ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลก Global Space-Based Solar Power Market แยกตามประเภทดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ พบว่า ประเภทดาวเทียมสุริยะ Solar Satellite Type กลุ่มดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์แบบเลเซอร์ Laser Solar Satellites มีส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดในตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลกในปี 2563 เนื่องจากความต้องการแหล่งพลังงานจากแสงอาทิตย์ในอวกาศที่เพิ่มขึ้นจากการใช้งานต่าง ๆ เช่น การจ่ายพลังงานให้กับดาวเทียมในช่วงสุริยุปราคา Power for Satellites during Eclipse, การส่งผ่านพลังงานไปยังยานพาหนะ Powering Orbital Transfer Vehicles, การส่งพลังงานไปยังพื้นผิวดวงจันทร์ Power to Solar Array on the Moon และเพื่อการผลิตไฟฟ้า Electricity Generation เป็นต้น ..
ทั้งนี้ หากมองตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลก Global Space-Based Solar Power Market ในประเด็นแอปพลิเคชันบนพื้นฐานของการใช้งาน พบว่า ส่วนการผลิตไฟฟ้า Electricity Generation ครองตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศทั่วโลกในปี 2563 ในแง่ของส่วนแบ่งตลาด .. การเติบโตนี้เกิดจากความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับการผลิตไฟฟ้าที่สะอาดขึ้นทั่วโลก นอกจากนี้ ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการผลิตไฟฟ้าจากมุมมองของการเติบโตทางเศรษฐกิจนั้น คาดว่าจะช่วยขับเคลื่อนการเติบโตของตลาดในช่วงเวลาที่คาดการณ์ ..
ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ได้รับส่วนแบ่งสูงสุดในตลาดพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศทั่วโลก Global Space-Based Solar Power Market ในปี 2563 ในแง่ของรายได้ และคาดหมายว่าจะยังคงครองส่วนแบ่งตลาดตลอดระยะเวลาคาดการณ์ ซึ่งเป็นผลมาจากการลงทุน และการวิจัยและพัฒนาที่เพิ่มขึ้นในด้านพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ และการมีอยู่ของฐานผู้บริโภคขนาดใหญ่ในภูมิภาค .. นอกจากนี้ จีน และอินเดีย ได้กลายเป็นศูนย์กลางหลักสำหรับภารกิจในอวกาศ และการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งจะช่วยขับเคลื่อนการเติบโตของตลาดพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ระหว่างปี 2564-2573 .. นอกจากนี้ ความตระหนักรู้เกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ และประโยชน์ของพลังงานแสงอาทิตย์ยังเพิ่มขึ้นได้อีกมากด้วยการดึงพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ คาดว่าจะช่วยขับเคลื่อนการเติบโตของตลาดในเอเชียแปซิฟิกในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ..
ผู้เล่นชั้นนำของตลาดพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศทั่วโลก Global Space-Based Solar Power Market ที่วิเคราะห์ในการวิจัย ได้แก่ Azur Space Solar Power GmbH, Airborne, CESI SpA, Japan Aerospace Exploration Agency, Fralock Innovative Materials Manufacturing & Automation, Solaero Technologies Corporation, Northrop Grumman Corporation, Solaren Corporation, บริษัทโบอิ้ง Boeing Company, Solar Space Technologies, SpaceTech GmbH, Space Canada Corporation และ DHV Technology ..
สรุปส่งท้าย ..
แนวคิดการใช้ประโยชน์แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์บนอวกาศ Space-Based Solar Power : SBSP or SSP นั้นน่าสนใจเพราะว่าอวกาศมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการเหนือพื้นผิวโลกสำหรับการรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ Solar Power ..
ในห้วงอวกาศ มันคือเวลาเที่ยงวันเสมอ และดวงอาทิตย์จะเห็นได้เต็มดวงตลอดเวลา .. พื้นผิวรับแสงในการรวบรวมพลังงานจะได้รับแสงแดดที่แรง และเข้มข้นกว่าบนพื้นโลกมาก เนื่องจากไม่มีสิ่งกีดขวาง เช่น ก๊าซในชั้นบรรยากาศ เมฆ ฝุ่น และเหตุการณ์สภาพอากาศอื่น ๆ ดังนั้น ความเข้มของแสงในวงโคจร จะอยู่ที่ประมาณ 144% ของความเข้มสูงสุดที่ทำได้บนพื้นผิวโลก ..
ดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น Microwave Solar Satellites ซึ่งอยู่บนวงโคจรค้างฟ้า สามารถทำงานได้มากกว่า 99% ของเวลาทั้งหมด และอาจอยู่ในเงามืดของโลกได้ไม่เกิน 72 นาทีต่อคืนในช่วงฤดูใบไม้ผลิ และฤดูใบไม้ร่วง Equinoxes .. ในเวลาเที่ยงคืนของท้องถิ่น ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจร สามารถรับรังสีจากดวงอาทิตย์ในระดับสูงได้อย่างสม่ำเสมอ โดยทั่วไปเป็นเวลา 24 ชั่วโมงต่อวัน ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์บนผิวโลกในปัจจุบันจัดเก็บพลังงานไว้โดยเฉลี่ย 29% ของวันเท่านั้น .. การส่งผ่านพลังงานจะถูกเปลี่ยนเส้นทางโดยตรงได้อย่างรวดเร็วไปยังพื้นที่ที่ต้องการมากที่สุด หรืออาจจัดส่งพลังงานให้ตรงตามความต้องการไปยังตำแหน่งพื้นผิวที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความต้องการพื้นฐานทางภูมิศาสตร์ หรือความต้องการพลังงานที่โหลดสูงสุด โดยไม่กระทบต่อสิ่งแวดล้อมในธรรมชาติ พืช และสัตว์ป่า ..
ค่าใช้จ่ายในการปล่อยดาวเทียมสู่อวกาศนั้น แพงมาก .. สำหรับ 6.5 กก./กิโลวัตต์ ค่าใช้จ่ายในการวางดาวเทียมสถานีพลังงานในตำแหน่ง Geostationary Earth Orbit : GEO จะต้องไม่เกิน 200 เหรียญสหรัฐฯ/กก. มิฉะนั้นต้นทุนพลังงานจะไม่สามารถแข่งขันในเชิงพาณิชย์ได้ .. Microwave Optic ที่ต้องการสำหรับปริมาณพลังงานขนาด GW นั้น โดยทั่วไปแล้ว ดิสก์ส่งสัญญาณเส้นผ่าศูนย์กลางขนาด 1 Km ที่ความถี่ 2.45 GHz จะกระจายออกไปด้วยระยะทาง 10 Km บนพื้นผิวโลก .. การปรับแต่งการส่งพลังงานด้วยมุมลำแสงเล็ก ๆ ตัวอย่างเช่น ต้องใช้ลำแสง 0.002 องศา หรือ 7.2 อาร์ควินาที เพื่อให้อยู่ภายในภาครับระยะ 1 Km สำหรับรองรับพลังงานจากดาวเทียมสถานีพลังงานซึ่งอยู่ที่ระดับความสูง Geostationary Earth Orbit : GEO ให้ได้นั้น ระบบถ่ายโอนพลังงานไร้สายแบบกำหนดทิศทางที่ทันสมัยที่สุด ณ ปี 2562 สามารถลดการกระจายความกว้างของ Microwave ลงได้อย่างน้อยครึ่งหนึ่ง ..
การเข้าไม่ถึงการซ่อมบำรุง เป็นอีกประเด็นหนึ่ง .. โดยทั่วไปแล้ว แผงโซลาร์เซลล์บนดินนั้นดำเนินการได้ค่อนข้างง่าย แต่การก่อสร้าง การประกอบ และบำรุงรักษาแผงโซลาร์เซลล์ในอวกาศนั้น ยากกว่าอย่างยิ่ง .. การต่อประกอบชิ้นส่วนให้เป็น SBSP Station ที่ลอยอยู่ในอวกาศด้วยมือของนักบินอวกาศ และระบบ Telerobotic ไปพร้อมด้วยนั้น เป็นเรื่องที่ซับซ้อน และมีความเสี่ยงที่จะเกิดข้อผิดพลาดได้ .. นอกจากค่าใช้จ่ายที่อาจบานปลายแล้ว นักบินอวกาศที่ทำงานบนวงโคจร Geostationary Earth Orbit: GEO ยังต้องเผชิญกับอันตราย และความเสี่ยงจากการแผ่รังสีที่สูงอย่างไม่อาจยอมรับได้ และมีค่าใช้จ่ายมากกว่างานลักษณะเดียวกันที่ทำโดยระบบ Telerobotic ประมาณหนึ่งพันเท่า ..
ดังนั้น การพิจารณาใช้กลุ่มดาวเทียมสถานีพลังงานแสงอาทิตย์แบบเลเซอร์ Laser Solar Satellites ขนาดเล็กสำเร็จรูป ๆ หลายพันดวงทำงานร่วมกันที่ระดับสูง 400 Km อาจเป็นอีกทางเลือกที่ประหยัด และน่าสนใจกว่า รวมทั้ง การศึกษาแนวทางการใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อส่งพลังงานไปยังฐานบนดวงจันทร์ หรือการสร้างสถานีไฟฟ้าขนาดต่าง ๆ บนดวงจันทร์ แล้วส่งผ่านพลังงานด้วยลำแสงเลเซอร์กลับมายังโลก ก็เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่น่าสนใจ และอาจจะคุ้มค่าการลงทุนมากกว่าสำหรับในอนาคต ..
Space-Based Solar Power : SBSP ถือเป็นแหล่งพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ยั่งยืน Sustainable หรือพลังงานสีเขียว Green Energy .. พวกมันคือ แหล่งพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy จากดวงอาทิตย์ที่ไร้ขีดจำกัด .. โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดยักษ์ Giant Solar Power Stations ที่ลอยอยู่ในอวกาศ สามารถส่งพลังงานปริมาณมหาศาลมายังโลกเป็นเวลายาวนานได้ และแม้ว่าพวกมันจะมีค่าใช้จ่ายที่สูงลิบลิ่ว และยังมีอุปสรรคทางเทคโนโลยีอีกหลายประการ รวมถึงปัญหาการส่งพลังงานจากวงโคจรในอวกาศไปยังพื้นผิวโลกก็ตาม แต่ด้วยความมุ่งมั่นของชุมชนวิทยาศาสตร์ Scientific Communities ทั่วโลก คาดหมายได้ว่า โรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์จากอวกาศ Space-Based Power Stations กำลังเปลี่ยนจากความฝันที่ไม่เคยได้นำมาใช้งานไปสู่โอกาสทางวิศวกรรมอย่างจริงจัง เพื่อให้บรรลุความสำเร็จอย่างเป็นรูปธรรมได้ในที่สุดอย่างน้อยภายในทศวรรษหน้าที่จะถึงนี้ ..
…………………………………..
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
The solar Discs that could Power Earth | BBC Future :-
https://www.bbc.com/future/article/20201126-the-solar-discs-that-could-beam-power-from-space
Space Solar Power :-
https://space.nss.org/space-solar-power/
The Solar Tech Check: PV in Space, and Thin Films Stride Forward | PV Magazine :-
A Brief Review of High Efficiency III – V Solar Cells for Space Application :-
Space – Based Solar Power | US DOE :-
Organic & Perovskite Solar Cells for Space Applications :-
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1709/1709.01787.pdf
Space – Based Solar Power Market Size, Share & Forecast – 2030 :-
https://www.alliedmarketresearch.com/space-based-solar-power-market-A07358
The Rise of Solar Power :-
https://photos.app.goo.gl/KFoD7BEWC2airNydA
Space – Based Solar Power | Solar PV Applications & Power Stations in Space :-
