Pikirkan tentang apa yang Anda ketahui tentang sumber energi bersih. Apa yang paling hijau?
Hidroelektrik, panas bumi, angin, dan matahari mungkin muncul dalam pikiran. Meskipun ramah lingkungan, mereka semua memiliki batasan signifikan pada berapa banyak energi yang dapat mereka hasilkan dan di mana mereka dapat digunakan. Intinya, meskipun ada beberapa kemajuan yang sangat keren dalam solar, panel surya masih hanya dapat menghasilkan energi saat matahari bersinar.
Maka, solusinya jelas. Pergi ke mana matahari tidak pernah terbenam: di ruang angkasa.
Itulah visi para ilmuwan, peneliti, dan pengusaha baik di sini di Amerika Serikat maupun di Jepang, Cina dan Eropa. Walaupun konsep ini telah diperdebatkan setidaknya sejak tahun 1970-an, konsep ini telah berulang kali ditinjau kembali dan ditinggalkan karena mendapatkan semua bagian di sana, dan orang-orang untuk menyatukannya, sangat mahal. Hanya dengan munculnya satelit-satelit super kecil yang diproduksi secara massal dan roket pendorong yang dapat digunakan kembali, beberapa orang mulai mengambil pandangan yang jauh lebih sulit dalam membuat ruang surya menjadi kenyataan.
Ada lusinan ide untuk membangun sistem pengumpulan surya berbasis ruang, tetapi intinya adalah seperti ini: peluncuran dan secara robotik merakit beberapa ratus atau ribuan modul berukuran identik dalam orbit geosinkron. Satu bagian terdiri dari cermin untuk memantulkan dan mengkonsentrasikan sinar matahari ke panel surya yang mengubah energi menjadi listrik. Konverter mengubah listrik menjadi gelombang mikro intensitas rendah yang dipancarkan ke penerima melingkar yang besar di tanah. Antena itu mengubah kembali gelombang mikro menjadi listrik, yang dapat dimasukkan ke dalam jaringan yang ada.
John Mankins, yang menghabiskan 25 tahun di NASA dan Jet Propulsion Laboratory Caltech, menerima dana dari Institute of Advanced Concepts NASA pada tahun 2011 untuk menyempurnakan konsep pembangkit tenaga surya ruang angkasa secara lebih rinci. Teknologi dan teknik yang diperlukan untuk membuat ruang surya menjadi kenyataan sudah ada, ia menegaskan, tetapi seperti halnya dengan ide baru yang mahal, ia datang ke greenback dan gas.
"Ini tidak seperti fusi — tidak ada fisika baru yang terlibat, " kata Mankins, merujuk ITER, kolaborasi 35 negara untuk membangun reaktor fusi di Prancis. "Tidak ada saus rahasia. Merupakan rintangan finansial untuk mendapatkan dana untuk mengembangkan elemen-elemen dan mendemonstrasikan arsitektur baru yang diperlukan untuk melakukan ini. ”
Mankins dan lainnya memperkirakan total biaya untuk mengembangkan, membangun, meluncurkan dan merakit semua komponen pembangkit listrik tenaga surya berbasis ruang adalah sekitar $ 4 hingga $ 5 miliar — sebagian kecil dari harga $ 28 miliar pada Bendungan Tiga Ngarai Tiongkok. Mankins memperkirakan model skala kerja dengan komponen ukuran penuh bisa didapat seharga $ 100 juta. Sebagai perbandingan, pembangkit nuklir Watts Bar yang baru saja selesai dibangun oleh Otoritas Lembah Tennessee membutuhkan waktu 43 tahun untuk dibangun, dari awal hingga selesai gagap, dan menelan biaya $ 4, 7 miliar.
Secara kritis, apa yang akan dibayar konsumen — harga per kilowatt-jam — perlu berada di stadion baseball yang sama dengan sumber energi konvensional yang diproduksi dengan batu bara, gas alam, dan nuklir, yang berkisar harga 3 hingga 12 sen per kilowatt-jam. Pembangkit listrik tenaga air bisa sangat murah, kurang dari satu sen per kilowatt-jam - tetapi hanya jika Anda cukup beruntung untuk tinggal di daerah dengan aliran sungai yang melimpah, seperti di bagian Kanada dan Wisconsin. Panas bumi juga sangat ekonomis, dengan harga 3 sen per kilowatt-jam, tetapi Anda harus bertanya kepada Islandia bagaimana mereka menyukai tagihan listrik mereka. Dan para pendukung angin mengumandangkan berita tahun lalu bahwa biaya untuk sumber daya terbarukan itu anjlok hingga 2, 5 sen per kilowatt-jam.
Memasukkan biaya ke dalam dua digit rendah atau bahkan satu digit sen per kilowatt-jam adalah sangat penting untuk membuat ruang surya menjadi utilitas yang kompetitif, kata Gary Spirnak, CEO perusahaan energi Solaren yang berbasis di California.
Perusahaan Spirnak disetujui sebagai penyedia energi matahari di California, dan telah memiliki pengaturan pasokan masa lalu dengan Pacific Gas and Electric, tetapi model bisnisnya sepenuhnya didasarkan pada menghasilkan tenaga mereka dari tenaga surya yang dipanen dari luar angkasa. Solaren sedang dalam proses negosiasi perjanjian baru dengan satu utilitas atau lebih. Perusahaan ini memiliki paten di sini di AS untuk desainnya serta di Eropa, Rusia, Cina, Jepang dan Kanada, dan telah memperoleh putaran pertama pembiayaan untuk demonstrasi berbasis laboratorium dari teknologi komponennya di tahun berikutnya. Spirnak berharap dapat meyakinkan para investor untuk mendukung pilot plant berkapasitas 250 megawatt pada akhir fase pengembangan dan pengujian, mungkin dalam lima tahun.
Diperlukan dua struktur batu kunci agar ruang surya dapat bekerja. Pertama, amplifier daya solid-state yang secara efisien mengubah listrik dari sinar matahari yang dikumpulkan menjadi gelombang frekuensi radio, dan penerima di tanah yang mengubah kembali gelombang RF kembali menjadi listrik.
Paul Jaffe memegang modul konversi "langkah" modul ruang angkasa milik NASA yang dimiliki oleh Naval Research Laboratory di depan ruang uji vakum termal. (Paul Jaffe) 
Space Solar Prototype: Modul konversi sinar matahari-ke-microwave untuk luar angkasa ini adalah yang pertama kali diuji dalam kondisi seperti angkasa. Robotika ruang angkasa akan digunakan untuk mengumpulkan ribuan untuk membuat pemancar satelit matahari ruang angkasa. (Paul Jaffe) 
Prototipe modul konversi matahari luar angkasa NRL diuji dalam fasilitas uji penyinaran matahari dan simulasi termal ini. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, seorang insinyur di Naval Research Laboratory di Washington, DC, mengerjakan dua prototipe modul koleksi, yang ia sebut sebagai "sandwich" karena kolektor surya, konverter daya, dan penghasil RF semuanya dihancurkan menjadi satu kaki. - ubin persegi tebal dua inci. Bobot masing-masing modul akhirnya menentukan harga listrik yang didistribusikan di tanah; dalam hal watt per kilogram diluncurkan, Jaffe mengatakan desain ubin dasar datang sekitar 6 watt per kilogram.
Mempertimbangkan bahwa output daya, masa hidup pembangkit listrik tenaga surya 20 tahun, biaya peluncuran $ 2.500 per kilo, dan tingkat biaya komponen yang berbeda itu sendiri, Jaffe menghitung bahwa jika massa berkurang dan daya naik menjadi 500 watt per kilo, itu setara dengan biaya 3 sen per kilowatt-jam.
"Melakukan hal-hal yang sangat sederhana untuk mengurangi massa membuat kita mencapai kisaran 100 watt per kilogram, dan 1.000 watt per kilogram tidak gila, " katanya. "Anda mendapatkan efisiensi yang sangat baik dengan teknologi surya saat ini yang sudah tersedia secara komersial, dan kami membawa konverter RF yang sangat efisien dan ringan ini di saku kami setiap hari."
Konverter RF adalah alasan utama ponsel berfungsi — telepon pada dasarnya adalah walkie-talkie yang dimuliakan yang sinyalnya dibantu oleh jaringan stasiun pemancar sinyal. Konverter di telepon menerjemahkan gelombang radio menjadi data yang kami pahami — audio — dan sebaliknya. Teknologi ini merupakan pusat penelitian tata surya antariksa di Caltech, dalam kolaborasi antara ilmuwan dan insinyur di sana dan Northrop Grumman.
Spirnak mengatakan dorongan utama pekerjaan Solaren dalam beberapa bulan terakhir adalah hanya — mengurangi bobot modul mereka. Meskipun roket yang dapat digunakan kembali akan menurunkan biaya produksi keseluruhan lebih jauh, Spirnak tidak menahan napas dalam waktu dekat; dia membayangkan menggunakan kendaraan angkat berat konvensional untuk mendapatkan komponen Solaren ke luar angkasa.
“Kami menghabiskan banyak waktu dengan kejam mengambil bobot dari sistem, ” kata Spirnak. "Kami dapat mengemas elemen besar individu menjadi peluncur tunggal, dengan beberapa fitur origami yang menarik, " meskipun mengirimkan seluruh sistem ke ruang angkasa masih akan membutuhkan beberapa peluncur super berat.
Jaffe mengatakan satu-satunya pertanyaan paling umum yang ia dapatkan ketika berbicara tentang ruang surya bukanlah apakah itu bisa atau harus dilakukan, tetapi seberapa berbahayanya energi yang dipancarkan dari luar angkasa. Tidakkah itu akan membakar burung dan pesawat di langit ketika mereka melewati balok?
"Jika Anda duduk di luar pada sore yang cerah selama 15 menit, Anda tidak terbakar, " jelasnya. “Radio, TV, dan ponsel kita tidak memasak kita, dan itu semua pada frekuensi yang sama seperti yang diusulkan. Sudah ada batas keamanan [pada transmisi gelombang mikro] yang ditetapkan oleh IEEE [Institut Insinyur Listrik dan Elektronik], jadi Anda merancang sistem untuk memastikan daya tersebar di area yang luas. Itu tidak akan secara tidak sengaja berubah menjadi sinar kematian. ”
Untuk mendapatkan rasio biaya-terhadap-berat terbaik, efisiensi skala, dan memiliki kapasitas pembangkitan listrik yang sebanding dengan rata-rata pembangkit listrik tenaga nuklir (1 hingga 2 gigawatt), setiap susunan pengumpulan surya di ruang angkasa harus berdiameter sekitar satu kilometer.
Penerima penerima di tanah harus besar sesuai — untuk pembangkit tenaga surya berbasis ruang untuk menghasilkan sekitar satu gigawatt energi, satu kolektor surya satu kilometer (0, 62 mil) akan mengirimkan energi ke kilometer 3, 5 mil (2 mil) ) penerima di tanah. Itu akan membutuhkan area sekitar 900 hektar. Bandingkan dengan pabrik panel surya Solar Star di California, saat ini utilitas surya terbesar di Amerika Serikat, yang menempati 3.200 hektar.
Transmisi daya frekuensi radio memang memiliki satu kelemahan signifikan: panjang gelombang "aman" yang juga tidak akan dibiaskan oleh sesuatu yang sederhana seperti hujan sudah terlalu padat, tersumbat melalui transmisi radio reguler, serta penggunaan militer, industri dan satelit.
Pengkritik tata surya ruang angkasa, yang terkemuka di antaranya Tesla's Elon Musk, mengatakan efisiensi skala ekonomi tidak dapat dicapai karena semua konversi dan pengubahan daya yang diperlukan.
Tapi Jaffe berharap bahwa retakan lama pada fusi juga tidak akan menjadi kenyataan tentang matahari ruang angkasa: "Sudah 10 tahun lagi selama 60 tahun terakhir, " ia tertawa.
Mankins menekankan bahwa dengan perkiraan populasi global akan meledak hingga 11, 3 miliar pada akhir abad ini, dengan hampir semua yang terwakili di negara berkembang, ruang angkasa matahari layak mendapat investasi serius oleh entitas publik dan juga mitra swasta. Dia mengatakan energi bersih yang melimpah diperlukan untuk memenuhi kebutuhan dasar manusia, serta mengatasi kerusakan lingkungan yang terjamin jika semua energi itu berasal dari sumber konvensional.
"Jika campuran sumber energi tidak berubah secara radikal, tidak mungkin kita akan mencapai karbon netral, " kata Mankins. “Anda juga tidak bisa memberi tahu 800 juta orang di Tiongkok bahwa mereka harus tetap hidup dalam kemiskinan. Ada kebutuhan tidak hanya untuk mengimbangi penggunaan karbon hari ini, tetapi untuk melihat ke depan 70 tahun dan bagaimana kita akan mengimbangi penggunaan tiga kali hari ini. Kami benar-benar membutuhkan solusi besar. "
