De afgelopen jaren is de technologie om zonne-energie op te wekken in een stroomversnelling geraakt. Zonnepanelen worden steeds efficiënter en er is steeds meer mogelijk om duurzame energie op allerlei manieren op te wekken en op te slaan. Een van de meest sci-fi-achtige ontwikkelingen op dit gebied is het opwekken van energie met zonnepanelen in de ruimte, die vervolgens deze energie met een laser of microgolf naar de aarde kan sturen. De techniek is er nog niet helemaal, maar Rijkert Knoppers, wetenschapsjournalist en schrijver van het boek Schone energie uit de ruimte, een nieuwe techniek van duurzame energieopwekking, legt graag uit aan Solar365 wat er al wél mogelijk is.

Knoppers vertelt dat de eerste ideeën voor een satelliet met zonnepanelen al afkomstig zijn uit het jaar 1968. In dat jaar bedacht de Amerikaanse wetenschapper Peter Glaser al een concept waarmee energie in de ruimte via een zonnesatelliet kon worden opgewekt die vervolgens naar de aarde kon worden gestuurd met behulp van microgolven.

Sindsdien is het idee vrij constant gebleven, alleen is de techniek waarmee het gerealiseerd kan worden steeds dichterbij gekomen door innovaties op het gebied van zonnepanelen en de ruimtevaart.

Simpel in theorie, ingewikkeld in de praktijk
“In principe is het heel simpel”, legt Knoppers uit. “De panelen zijn hetzelfde als die je op je dak hebt liggen, alleen in plaats van op je dak liggen ze in de ruimte en zijn ze natuurlijk veel groter.” Een voorbeeld: een van de eerste ontworpen zonnesatellieten was 5 bij 10 kilometer groot.  Zonnepanelen opstellen in de ruimte brengt vele voordelen met zich mee, gaat Knoppers verder. “In de ruimte heb je geen last van bewolking en kunnen de zonnepanelen de hele dag in de zon liggen, het rendement voor een zonnepaneel in de ruimte is hierdoor vele malen hoger.”

Om er voor te zorgen dat de zonnecentrales vrijwel altijd zon vangen moeten ze in een zogenaamde geostationaire baan om de aarde worden gebracht. Deze baan bevindt zich op 35.786 kilometer hoogte. Daar schijnt altijd de zon, behalve tijdens twee periodes in een jaar, in maart en september, waarin de zon precies ter hoogte van de evenaar op de aarde schijnt, dit zijn de equinoxperiodes. Tijdens deze periodes kan de satelliet tussen de tien minuten en een paar uur in de schaduw van de aarde vallen.

Als deze panelen eenmaal zon vangen en energie opwekken is de volgende, en misschien wel de grootste, uitdaging om de energie op aarde te krijgen. Hiervoor zijn twee opties denkbaar, legt Knoppers uit. De eerste optie is met lasers. “Lasers hebben als voordeel dat ze een hoge energetische waarde hebben en zeer compact zijn. Het nadeel is echter dat een laserstraal niet gemakkelijk de bewolking kan passeren. Hierdoor is deze techniek eigenlijk al niet meer haalbaar.”

Een andere optie is om gebruik te maken van microgolven, net als in de magnetron. Microgolven kunnen de energie over een lange afstand op een veilige manier naar de aarde transporteren.

In de geostationaire baan zal de satelliet ook altijd op dezelfde plek boven de aarde hangen. “En dat is natuurlijk handig, anders moet je de hele tijd gaan slepen met je ontvanger”, merkt Knoppers op. De uitgezonden microgolven kunnen hierdoor consistent naar de aarde worden gestuurd om weer omgezet te kunnen worden in elektriciteit. “Stel je hebt een grote satelliet die heel wat vermogen aan zonnepanelen heeft. Dan heb je een ontvangststation nodig ter grootte van de helft van Terschelling om de energie goed op te kunnen vangen”, stelt Knoppers.

Bij dit proces gaat echter wel wat energie verloren. Knoppers stelt dat: “Je leest natuurlijk verschillende berichten van verschillende studies, maar ik schat dat het overbrengen van zonne-energie uit de ruimte naar de aarde met een efficiëntie van rond de 18 procent kan, met de technieken die we nu hebben. Daar staat wel tegenover dat zonnepanelen in de ruimte tien tot dertien keer meer energie kunnen opwekken.”

Dan is er ook nog het punt van de degradatie van de zonnepanelen. Knoppers: "Een belangrijke uitdaging bij zonnepanelen in de ruimte is dat ze niet het eeuwige leven hebben. Je moet ze modulair bouwen, zodat ze eenvoudig te vervangen zijn, bijvoorbeeld met inzet van robots. Maar economisch gezien blijft het een grote opgave, gezien de enorme hoeveelheden materiaal die nodig zijn."

Sneltreinvaart
In januari van dit jaar voltooide  de technische universiteit Caltech een onderzoek naar de haalbaarheid van zonne-energie uit de ruimte. Een jaar eerder stuurde zij een satelliet met zonnepanelen de ruimte in en testte het overbrengen van de zonne-energie naar de aarde. De satelliet was een prototype maar zorgde toch voor een doorbraak in de techniek door te bewijzen dat het wel degelijk mogelijk is om met microgolven energie naar de aarde te sturen.

Knoppers ziet ook her en der plannen opduiken om een zonnesatelliet de ruimte in te gaan lanceren. “Ik hoor veel ontwikkelingen uit de richting van Japan komen”, vertelt hij. Verder is een Brits bedrijf genaamd Space Solar ook bezig met het lanceren van een satelliet, die met een capaciteit van 30 megawatt zonne-energie naar een opvangstation in Reykjavik zal stralen. Knoppers denkt dat dit project een van de eerste zal zijn om een zonnesatelliet volledig operationeel te krijgen. “Bij de satelliet van Space Solar maakt het niet uit, uit welke richting de zonnestralen komen, ze kunnen deze op elke manier doorsturen naar de aarde, dat maakt dit project een noviteit”, stelt Knoppers. Space Solar streeft ernaar om in 2030 operationeel te zijn.

Of we in de toekomst allemaal worden voorzien van zonne-energie uit de ruimte, valt nog te bezien. Wel kunnen we stellen dat deze spacerace nog niet is gelopen.