Apakah tenaga surya berbasis luar angkasa merupakan impian yang mahal dan berisiko? Atau apakah itu cara yang layak untuk memerangi perubahan iklim? Meskipun memancarkan tenaga surya dari luar angkasa ke Bumi pada akhirnya dapat melibatkan transmisi gigawatt, prosesnya dapat dibuat sangat aman dan hemat biaya, menurut para ahli dari Space Solar, Badan Antariksa Eropa, dan Universitas Glasgow.
Namun kita harus melangkah lebih jauh dari itu demonstrasi perangkat keras dan memecahkan sejumlah tantangan rekayasa jika kita ingin mengembangkan potensi itu.
Merancang tenaga surya berbasis luar angkasa
Memancarkan energi matahari dari luar angkasa bukanlah hal baru; satelit telekomunikasi telah mengirimkan sinyal gelombang mikro yang dihasilkan oleh tenaga surya kembali ke Bumi sejak tahun 1960-an. Namun, mengirimkan sejumlah daya yang berguna adalah hal yang sama sekali berbeda.
“Ide ini (telah) ada selama lebih dari satu abad,” kata Nicol Caplin, ilmuwan eksplorasi ruang angkasa di ESA, dalam sebuah wawancara Podcast Fisika Dunia“Konsep awalnya memang fiksi ilmiah. Konsep ini berakar dari fiksi ilmiah, tetapi sejak saat itu, ada tren ketertarikan yang muncul dan menghilang.”
Para peneliti tengah meneliti berbagai desain untuk tenaga surya berbasis luar angkasa. Matteo Ceriotti, dosen senior bidang teknik sistem luar angkasa di Universitas Glasgow, menulis di The Conversation bahwa banyak desain telah diusulkan.
Menurut Sanjay Vijendran, pimpinan inisiatif Solaris di ESA, inisiatif Solaris tengah menjajaki dua teknologi yang memungkinkan: satu yang melibatkan penyinaran gelombang mikro dari stasiun di orbit geostasioner ke penerima di Bumi dan satu lagi yang melibatkan penggunaan cermin besar di orbit yang lebih rendah untuk memantulkan sinar matahari ke ladang surya. Ia mengatakan bahwa menurutnya kedua solusi ini berpotensi berharga. Teknologi gelombang mikro telah menarik minat yang lebih luas dan menjadi fokus utama wawancara ini. Potensinya sangat besar, meskipun gelombang radio frekuensi tinggi juga dapat digunakan.
“Anda benar-benar memiliki sumber daya bersih 24/7 dari luar angkasa,” kata Vijendran. Daya tersebut dapat disalurkan tanpa memandang kondisi cuaca karena frekuensi gelombang mikro.
“Pembangkit listrik berkapasitas 1 gigawatt di luar angkasa akan sebanding dengan lima pembangkit listrik tenaga surya teratas di bumi. Pembangkit listrik dengan kapasitas 1 gigawatt dapat menyediakan listrik untuk sekitar 875.000 rumah tangga selama satu tahun,” kata Andrew Glester, pembawa acara podcast Physics World.
Namun, kami belum siap untuk menyebarkan hal seperti ini. “Ini akan menjadi tantangan teknik yang besar,” kata Caplin. Ada sejumlah rintangan fisik yang terlibat dalam membangun stasiun tenaga surya di luar angkasa dengan sukses.
Dengan menggunakan teknologi gelombang mikro, susunan panel surya untuk pembangkit listrik yang mengorbit dan menghasilkan daya sebesar satu gigawatt harus memiliki luas lebih dari 1 kilometer persegi, menurut sebuah penelitian Artikel alam oleh reporter senior Elizabeth Gibney. “Itu lebih dari 100 kali ukuran Stasiun Luar Angkasa Internasional, yang memakan waktu satu dekade untuk membangunnya.” Itu juga perlu dirakit secara robotik, karena fasilitas yang mengorbit itu tidak akan memiliki awak.
Sel surya harus tahan terhadap radiasi dan serpihan luar angkasa. Sel surya juga harus efisien dan ringan, dengan rasio daya terhadap berat 50 kali lebih besar daripada sel surya silikon biasa, tulis Gibney. Menjaga biaya sel surya ini tetap rendah merupakan faktor lain yang harus dipertimbangkan oleh para insinyur. Mengurangi kerugian selama transmisi daya merupakan tantangan lain, tulis Gibney. Tingkat konversi energi perlu ditingkatkan menjadi 10–15 persen, menurut ESA. Ini memerlukan kemajuan teknis.
Space Solar sedang mengerjakan desain satelit yang disebut CASSIOPeiA, yang Physics World menjelaskan yang tampak seperti “tangga spiral, dengan panel fotovoltaik sebagai 'tapak' dan pemancar gelombang mikro—dipol berbentuk batang—sebagai 'anak tangga.'” Bentuknya seperti heliks tanpa bagian yang bergerak.
“Sistem kami terdiri dari ratusan ribu modul daya seukuran piring makan. Setiap modul memiliki PV yang mengubah energi matahari menjadi listrik DC,” kata Sam Adlen, CEO Space Solar.
“Daya DC tersebut kemudian menggerakkan perangkat elektronik untuk mengirimkan daya… ke bawah menuju Bumi dari antena dipol. Daya di luar angkasa tersebut diubah menjadi (gelombang mikro) dan dipancarkan ke bawah dalam bentuk sinar yang koheren ke Bumi, yang kemudian diterima oleh antena penyearah, diubah kembali menjadi listrik, dan disalurkan ke jaringan listrik.”
Adlen mengatakan bahwa teknologi robotika untuk aplikasi luar angkasa, seperti perakitan di orbit, berkembang pesat.
Ceriotti menulis bahwa SPS-ALPHA, desain lain, memiliki struktur kolektor surya besar yang mencakup banyak heliostat, yang merupakan reflektor kecil modular yang dapat dipindahkan secara individual. konsentrat sinar matahari ke modul pembangkit listrik terpisah, lalu ditransmisikan kembali ke Bumi oleh modul lainnya.
