Pannelli solari orbitanti nello spazio, la trasmissione di energia a terra funziona
(Rinnovabili.it) – Il sogno di realizzare pannelli solari nello spazio che regalino alla Terra una fonte costante di energia pulita, diventa realtà. Nella corsa internazionale al fotovoltaico wireless il California Institute of Technology (Caltech) ha superato i suoi “concorrenti” lanciando in orbita all’inizio dell’anno la prima centrale spaziale, un piccolo impianto dimostrativo per testare la capacità cattura dell’energia solare, la trasformazione in microonde e l’invio su lunghe distanze. E oggi, a circa 5 mesi di distanza, l’ateneo può esultare: il suo Space Solar Power Project funziona.
Fotovoltaico spaziale, dalla fantascienza alla realtà
L’idea di portare i pannelli solari nello spazio, per generare energia fotovoltaica 24 ore su 24, ha iniziato a rendere corpo alla fine degli anni ’60 ma deve la sua notorietà pubblica ad un racconto di fantascienza di diversi anni prima. Nel 1941, infatti, Isaac Asimov pubblicò “Essere razionale”, descrivendo un mondo in cui gli umani raccoglievano energia solare da una stazione orbitante inviandola alla Terra tramite onde radio.
Trasformare tale concetto in realtà non è stato facile ma oggi più di un progetto sta lavorando per dare all’immaginario di Asimov dei contorni concreti. Complici i nuovi obiettivi della transizione energetica, diversi paesi e agenzie spaziali si sono lanciati nell’impresa. A giugno 2022 la Cina ha annunciato d’aver testato a terra la prima struttura funzionante di fotovoltaico wireless, con l’obiettivo di avere una centrale solare sperimentale in orbita entro il 2035. L’agenzia spaziale giapponese vorrebbe batterla sul tempo lanciando i suoi primi pannelli fotovoltaici spaziali nel 2025.
Ma anche l’ESA, l’Agenzia spaziale europea, è impegnata a finanziare progetti di fotovoltaico orbitante e, nel Regno Unito il governo ha commissionato una ricerca sulle centrali solari nello spazio per valutarne la fattibilità; con la possibilità di avere una prima stazione fotovoltaica dimostrativa nel 2040.
Come funziona il fotovoltaico wireless dimostrativo?
Il lavoro del Caltech, svolto nell’ambito del Progetto Energia solare spaziale, guida per ora la corsa alle stelle. Lo Space Solar Power Demonstrator (SSPD) ha preso il volo lo scorso 3 gennaio a bordo del razzo Falcon 9 nella missione Transporter-6 di SpaceX. E dopo poche settimane dal lancio sono iniziati i test delle diverse tecnologie a bordo dell’SSPD. La piccola piattaforma dimostrativa si compone infatti di tre esperimenti:
- DOLCE, una struttura pieghevole di circa 1,8 m2 che forma l’architettura modulare di base su cui installare i pannelli solari. A regime diverse unità DOLCE costituirebbero una sorta di costellazione su scala chilometrica formando una centrale fotovoltaica orbinate;
- ALBA, una raccolta di 32 diversi tipi di celle solari che consentirà agli scienziati di valutare la tipologia più efficace per realizzare i futuri pannelli solari nello spazio;
- MAPLE, una schiera di trasmettitori di potenza a microonde, leggeri e flessibili. I dispositivi sono guidati da chip elettronici personalizzati, costruiti utilizzando tecnologie al silicio a basso costo.
È proprio quest’ultimo elemento ad aver fatto esultare l’istituto californiano. MAPLE è stato sviluppato da un team Caltech guidato dal professor Ali Hajimiri.“Attraverso gli esperimenti che abbiamo eseguito finora, abbiamo ricevuto la conferma che MAPLE può trasmettere energia con successo ai ricevitori nello spazio”, afferma Hajimiri. “Siamo stati anche in grado di programmare il modulo per dirigere la sua energia verso la Terra, che abbiamo rilevato qui al Caltech. Ovviamente l’avevamo testato sulla Terra, ma ora sappiamo che può sopravvivere al viaggio nello spazio e operare lì”.
Il successo di MAPLE
Utilizzando l’interferenza costruttiva e distruttiva tra i singoli trasmettitori, il sistema è stato in grado di spostare il focus e la direzione dell’energia emessa, senza alcuna parte in movimento. E grazie a precisi elementi di controllo riesce a indirizzare dinamicamente la potenza in modo selettivo sulla posizione desiderata. “Per quanto ne sappiamo, nessuno ha mai dimostrato il trasferimento di energia wireless nello spazio anche con costose strutture rigide. Lo stiamo facendo con strutture flessibili e leggere e con i nostri circuiti integrati. Questa è la prima volta”, afferma Hajimiri.
L’energia trasmessa è stata rilevata da un ricevitore sul tetto del Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering nel campus del Caltech a Pasadena. Il segnale ricevuto è apparso all’ora e alla frequenza previste.
Pannelli solari nello spazio, il segreto è la flessibilità
“La dimostrazione del trasferimento di energia fotovoltaica wireless nello spazio utilizzando strutture leggere è un passo importante verso l’energia solare spaziale e un ampio accesso ad essa a livello globale”, afferma Harry Atwater, Otis Booth Leadership Chair della Divisione di ingegneria e scienze applicate presso l’ateneo. “I pannelli solari sono già utilizzati nello spazio, ad esempio per alimentare la Stazione Spaziale Internazionale, ma per lanciare e distribuire sistemi sufficientemente grandi da fornire energia alla Terra, SSPP deve progettare e creare sistemi di trasferimento che siano ultraleggeri, economici e flessibile”.
Le singole unità sono progettate per essere racchiuse in pacchetti di circa 1 metro cubo di volume, in grado di aprirsi in orbita in quadrati piatti di circa 50 metri per lato, con celle solari su un lato rivolte verso il sole e trasmettitori di potenza wireless sull’altro lato rivolti verso la Terra.