Triển vọng và chi phí của điện mặt trời trong vũ trụ

Khai thác điện mặt trời có nhiều tiềm năng và lợi thế so với hệ thống sản xuất năng lượng trên mặt đất nhưng cần vượt qua một số trở ngại để biến công nghệ này thành hiện thực.

Mô phỏng vệ tinh thu thập điện mặt trời ngoài không gian. Ảnh: ESA

Điện mặt trời trong vũ trụ là giải pháp thu thập năng lượng mặt trời không phụ thuộc vào hệ thống thời tiết trên Trái Đất và nằm ở độ cao lớn đến mức tấm pin quang điện hầu như không bao giờ bị che khuất. Năng lượng do cụm pin quang điện thu thập sẽ được biến đổi thành sóng vô tuyến và truyền tới trạm thu tín hiệu trên mặt đất sử dụng phương pháp truyền điện không dây, sau đó sóng vô tuyến sẽ được biến đổi trở lại thành điện.

Trong một số trường hợp, những chiếc gương khổng lồ phản chiếu tia sáng Mặt Trời tới tấm pin quang điện trên bề mặt Trái Đất, cho phép chúng biến đổi năng lượng thành điện. Cấu trúc thu thập ánh nắng này sẽ có quy mô lớn hơn bất cứ thứ gì trên quỹ đạo, gấp 3.000 lần diện tích Trạm Vũ trụ Quốc tế theo một nghiên cứu của NASA.

Khai thác điện mặt trời trong vũ trụ có thể giúp các khu vực gặp khó khăn trong khai thác nguồn năng lượng truyền thống do vị trí hẻo lánh hoặc thiếu cơ sở hạ tầng cần thiết. Theo Paul Jaffe, cựu kỹ sư điện tử ở Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân Mỹ, năng lượng mặt trời trên mặt đất, nhiệt hạch, hạt nhân, than đá đều cần nhà máy và cơ sở hạ tầng hỗ trợ. Với điện mặt trời trong vũ trụ, con người có thể đổi hướng năng lượng từ vệ tinh tới bất cứ nơi đâu trên Trái Đất.

Triển vọng phát triển

Công ty khởi nghiệp Space Solar ở Anh gần đây ký thỏa thuận hợp tác với một công ty năng lượng Iceland nhằm cung cấp điện mặt trời từ không gian vào năm 2030 với quy mô đủ đáp ứng nhu cầu cho khoảng 3.000 hộ gia đình. Space Solar cũng đạt cột mốc lớn khác khi trở thành công ty đầu tiên thử nghiệm công nghệ truyền điện 360 độ, trong đó tấm pin quang điện có thể truyền năng lượng về Trái Đất bất kể chúng quay thế nào để duy trì hướng về phía Mặt Trời.

Công ty Reflect Orbital có trụ sở ở California, Mỹ, công bố kế hoạch phóng cụm gương quay quanh quỹ đạo trong năm 2025 để kéo dài thời gian tiếp xúc với ánh nắng của tấm pin quang điện trên Trái Đất. Họ đang chế tạo vệ tinh trang bị gương làm từ vật liệu bền siêu mỏng mang tên Mylar. Sau khi phóng vào quỹ đạo, chiếc gương sẽ thu thập ánh nắng và truyền xuống Trái Đất, nhắm vào những vị trí cần nhiều nắng nhất. Về lâu dài, công ty dự định phóng 57 chiếc gương phản xạ lên quỹ đạo thấp ở độ cao 600 km. Hệ thống của Reflect Orbital được điều khiển bằng AI, cho phép điều chỉnh góc độ của gương theo thời gian thực khi Trái Đất quay.

Năm ngoái, một nguyên mẫu của Viện Công nghệ California (Caltech) thu thập năng lượng mặt trời trong không gian và lần đầu tiên truyền một lượng lớn về Trái Đất. Trung Quốc và Nhật Bản cũng lên kế hoạch tiến hành thử nghiệm tương tự vào năm 2028 và 2025.

Gánh nặng chi phí

Theo báo cáo của NASA, điện mặt trời trong vũ trụ có thể tốn kém gấp 12-80 lần những giải pháp khác trên mặt đất do công nghệ này còn quá mới. Erica Rodgers, giám đốc chương trình cao cấp ở Văn phòng công nghệ, chính sách và chiến lược của NASA, phần lớn chi phí liên quan tới hoạt động phóng và sản xuất. Về hoạt động phóng, tên lửa tái sử dụng Falcon của SpaceX có thể giúp tiết kiệm chi phí, nhưng phương tiện cần đáp xuống sà lan ngoài khơi và kéo vào bờ để tân trang trong vòng vài tuần. Tên lửa Starship lớn hơn với tiềm năng phóng tiếp trong vòng vài giờ sẽ giảm đáng kể chi phí bay vào không gian.

Dù tốn kém, khả năng khai thác của điện mặt trời trong vũ trụ hứa hẹn giảm bớt chi phí. Ví dụ, hoạt động khai thác mỏ ở nơi hẻo lánh xa lưới điện sẽ cần trả hóa đơn tiền điện cao hơn nhiều mức trung bình, nhưng nhà vận hành có thể đảo ngược tình thế bằng cách xây trạm thu nhận điện mặt trời trong vũ trụ. Tương tự, trong trường hợp thiên tai, khi lưới điện bị phá hủy, có thể vận chuyển trạm thu nhận tín hiệu tạm thời tới khu vực mất điện để tận dụng năng lượng mặt trời từ không gian.

Ngay cả khi chi phí ở mức chấp nhận được, công nghệ điện mặt trời trong vũ trụ vẫn dấy lên lo ngại về thiết lập quy định và tiêu chuẩn quốc tế. Một số chuyên gia băn khoăn truyền năng lượng về Trái Đất có cản trở liên lạc hoặc gây hại cho sức khỏe con người hay không. Tần số của sóng vô tuyến truyền năng lượng có thể cài đặt ở băng thông ít gây rối loạn cho các hệ thống khác nhất.

Nguồn vnexpress.net