پژوهشگران دانشگاه Xidian چین در حال ساخت نیروگاه خورشیدی فضایی هستند که می‌تواند برق را از مدار زمین‌ثابت و از فاصله بیش از ۳۶ هزار کیلومتری به زمین منتقل کند.
به گزارش سرویس انرژی تکناک، این پروژه که “Zhuri” به معنای «تعقیب خورشید» نام دارد، یکی از جاه‌طلبانه‌ترین برنامه‌های انرژی فضایی جهان به حساب می‌آید و می‌تواند در آینده روش تولید و توزیع برق را متحول کند.
فناوری انرژی خورشیدی فضایی سال‌ها است که توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است. ایده اصلی این فناوری بر جمع‌آوری انرژی خورشید در خارج از جو زمین و انتقال آن به سطح سیاره استوار است. نبود ابر، شرایط جوی نامساعد و چرخه شب و روز در فضا باعث می‌شود پنل‌های خورشیدی بازده بسیار بیشتری نسبت به نمونه‌های زمینی داشته باشند.
اکنون محققان دانشگاه Xidian در شهر شی‌آن استان شاآنشی گام‌های مهمی را برای تحقق این ایده برداشته‌اند. این پروژه بر توسعه فناوری‌هایی تمرکز دارد که بتوانند انرژی خورشیدی را در مدار زمین‌ثابت جمع‌آوری و سپس آن را به صورت بی‌سیم به زمین ارسال کنند.
مدار زمین‌ثابت در ارتفاع حدود ۳۶ هزار کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. ماهواره‌های مستقر در این مدار با سرعتی برابر با چرخش زمین حرکت می‌کنند و از دید ناظران زمینی در یک نقطه ثابت باقی می‌مانند. این ویژگی می‌تواند شرایط مناسبی را برای استقرار نیروگاه‌های خورشیدی فضایی فراهم کند.
تیم تحقیقاتی به سرپرستی «فان گوان‌هنگ» برای آزمایش فناوری‌های مورد نیاز، یک سامانه نمونه را در محوطه دانشگاه Xidian ایجاد کرده است. این سامانه از یک آینه گنبدی‌شکل به قطر ۴٫۸ متر تشکیل شده است که در بالای یک برج ۷۵ متری قرار دارد. آینه، نور خورشید را روی پنل‌های خورشیدی متمرکز می‌کند تا میزان انرژی دریافتی افزایش یابد.
پژوهشگران پس از تولید برق، آن را به امواج مایکروویو تبدیل می‌کنند. سپس این امواج به یک گیرنده ویژه موسوم به Rectenna ارسال می‌شوند. گیرنده نیز انرژی مایکروویو را دوباره به برق تبدیل می‌کند. این فرایند در واقع شبیه انتقال بی‌سیم انرژی در مقیاسی بسیار بزرگ است.
تیم دانشگاه Xidian در آزمایش‌های اخیر توانست انتقال انرژی در سطح کیلووات را با موفقیت انجام دهد. یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این آزمایش‌ها، ارسال هم‌زمان انرژی به چند هدف متحرک بود. این قابلیت می‌تواند در آینده برای تأمین انرژی تجهیزات مختلف در شرایط گوناگون کاربرد داشته باشد.
همچنین پژوهشگران در حال آزمایش عدسی‌های فرنل با قطر ۲ تا ۷ متر هستند. این عدسی‌ها می‌توانند نور خورشید را با بازده بالا و با استفاده از مواد کمتر متمرکز کنند. تیم تحقیقاتی برای جلوگیری از افزایش بیش از حد دما نیز از سامانه‌های خنک‌کننده مبتنی بر سیال استفاده می‌کند.
فان گوان‌هنگ در توضیح عملکرد این فناوری اعلام کرد که سامانه در سه مرحله فعالیت می‌کند. در مرحله نخست نور خورشید متمرکز می‌شود. در مرحله دوم برق تولیدشده به امواج مایکروویو تبدیل و ارسال می‌شود. در مرحله سوم گیرنده زمینی این امواج را به برق قابل استفاده تبدیل می‌کند. پژوهشگران آزمایش‌های خود را در ساعات اوج تابش خورشید بین ۱۰ صبح تا ۳ بعدازظهر انجام داده‌اند.
کارشناسان معتقد هستند که انرژی خورشیدی فضایی مزایای قابل توجهی نسبت به نیروگاه های زمینی دارد. میزان انرژی خورشیدی در مدار می‌تواند تا شش برابر بیشتر از سطح زمین باشد. همچنین سامانه‌های فضایی با محدودیت‌هایی مانند شب، ابر، باران یا تغییرات آب‌وهوایی مواجه نمی‌شوند. این ویژگی‌ها امکان تولید مداوم انرژی را فراهم می‌کنند.
هدایت این پروژه را «دوان بائویان»، مهندس برجسته الکترومکانیک و رئیس پیشین دانشگاه Xidian بر عهده دارد. او فعالیت در این حوزه را پس از آشنایی با طرح SPS-ALPHA ناسا در سال ۲۰۱۲ آغاز کرد. این طرح بر استفاده از مجموعه‌ای از ماهواره‌های ماژولار برای تولید انرژی خورشیدی در فضا متمرکز بود.
با وجود پیشرفت‌های اخیر، چالش‌های مهمی همچنان باقی مانده‌اند. توسعه سازه‌های تاشونده یا خودمونتاژشونده در فضا، هدایت دقیق پرتوهای مایکروویو و تضمین ایمنی این پرتوها برای هواپیماها و محیط‌زیست از جمله مهم‌ترین موانع فنی این فناوری محسوب می‌شوند.
پژوهشگران چینی برای کاهش این مشکلات، معماری جدیدی را پیشنهاد داده‌اند که به‌جای استفاده از یک سازه عظیم، از تعداد زیادی واحد ماژولار تشکیل می‌شود. این واحدها در قالب یک آرایش هماهنگ در کنار یکدیگر فعالیت خواهند کرد. چنین رویکردی تعمیرات، نگهداری و ارتقای سامانه را آسان‌تر می‌کند.
چین در سال‌های اخیر سرمایه‌گذاری گسترده‌ای را در حوزه انرژی خورشیدی فضایی انجام داده است و اکنون در کنار آمریکا و ژاپن از پیشگامان این فناوری به حساب می‌آید. تیم دانشگاه Xidian در مرحله بعدی تلاش خواهد کرد بودجه لازم را برای انجام آزمایش‌های مداری برای ساخت نیروگاه خورشیدی فضایی تأمین کند. در صورت موفقیت، این فناوری می‌تواند راه را برای تولید مداوم برق پاک در مقیاس جهانی باز کند و فصل تازه‌ای را در صنعت انرژی جهان رقم بزند.
