En este artículo, veremos los dos principales métodos viables de transmisión de energía del espacio a la Tierra: los láseres y las microondas. También discutiremos brevemente un enfoque híbrido que combina transmisión láser y microondas.
Transmisión de potencia inalámbrica de rayo láser
En la técnica de transmisión de potencia inalámbrica por rayo láser, un rayo láser envía luz concentrada a un receptor de células fotovoltaicas a través del vacío del espacio y la atmósfera. El receptor convierte la energía de nuevo en electricidad a través de estos pasos:
- La potencia de CC obtenida en el espacio se utiliza para generar un haz de luz de longitud de onda única (monocromática).
- Un conjunto de ópticas configura la luz láser de acuerdo con el tamaño de haz requerido.
- Un sistema de control garantiza que el láser apunte al sitio del receptor previsto en la Tierra.
El modo de funcionamiento del receptor fotovoltaico es similar al de la captación de energía solar en el que la luz solar que cae sobre las células solares produce electricidad. Sin embargo, este método utiliza rayos láser de alta intensidad en células fotovoltaicas especializadas y permite una mayor eficiencia que la que actualmente es posible con células solares. Se pueden usar espejos y telescopios para apuntar el rayo láser a cualquier receptor directamente debajo del satélite con una ruta de transmisión de línea de visión sin obstrucciones.
Ventajas de la transmisión por rayo láser
- No interfiere con la televisión, la radio, el Wi-Fi, el teléfono celular y otras señales de comunicación.
- Requiere equipos de transmisión y recepción más pequeños en comparación con la transmisión de microondas. (Por ejemplo, una instalación de 1GW requeriría una óptica de transmisión de aproximadamente un metro de diámetro y un receptor de tierra de varios cientos de metros de diámetro).
Desventajas de la transmisión de potencia de rayo láser
- Sufre de pérdidas atmosféricas debido a factores ambientales como la lluvia y las nubes y, por lo tanto, no puede proporcionar energía continua
- Tiene una baja eficiencia de conversión.
- Puede requerir enormes sistemas de almacenamiento de baterías en el suelo.
- Lleva el riesgo de causar daño a la piel y los ojos si no se maneja bien.
Transmisión de energía inalámbrica por microonda
Un sistema de transmisión de energía de microondas consiste en la fuente de energía de RF, una antena de transmisión, un medio o canal de transmisión y una antena de rectificación, generalmente conocida como la rectena. El proceso de transmisión implica:
- Conversión de la potencia de CC de las células solares a energía de microondas (RF).
- Generar y concentrar un haz de microondas que puede dirigirse a ubicaciones fijas correspondientes a los receptores en la superficie de la Tierra.
- Recogida de la energía de radiofrecuencia y conversión en electricidad en la estación receptora.
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Las matrices solares conectadas a un satélite que genera 1.6GW en el espacio y un promedio de 1GW en la Tierra medirían entre 5 y 6 kilómetros cuadrados y utilizarían una matriz de antenas transmisoras con un diámetro de aproximadamente 1 km.
Ventajas de la transmisión de energía inalámbrica de microondas
- Se beneficia de la tecnología de microondas altamente desarrollada, capaz de alcanzar eficiencias de hasta el 85%.
- Consigue menor atenuación atmosférica.
Desventajas de la transmisión de energía inalámbrica por microondas
- Requiere el manejo de la energía perdida durante la conversión de DC a microondas.
- Puede causar interferencia de RF.
- Requiere grandes equipos de transmisión y recepción.
Sistema de transmisión de potencia inalámbrico híbrido láser-microondas
Cada uno de los dos métodos de transmisión de energía inalámbrica, basados en microondas y láser, tiene ventajas y desventajas. En un esfuerzo por diseñar un sistema óptimo, algunos investigadores han considerado un enfoque híbrido.
En un sistema de este tipo, un láser transmitiría la energía de una matriz solar a una estación base en órbita (una plataforma de matriz fotovoltaica). La estación base convertiría la energía del láser en electricidad y luego en radiación de microondas, que se transmite a la estación receptora en la Tierra. Por lo tanto, el rayo láser se usa donde no experimenta una atenuación significativa de la atmósfera, luego la transmisión cambia a la radiación de microondas, que está mucho menos sujeta a la atenuación atmosférica.
Conclusión
La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón espera tener un sistema comercial de energía solar espacial en 25 años. Solo el tiempo dirá si este es un objetivo alcanzable. Los desafíos tecnológicos y económicos que enfrenta la energía solar espacial están lejos de ser triviales, y los tres métodos propuestos requerirán mucha investigación y pruebas antes de que se conviertan en soluciones factibles para la generación de energía a gran escala. Pero la historia muestra que los seres humanos pueden lograr cosas asombrosas cuando hay suficiente motivación presente.
