Energía solar espacial

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Energía solar espacial (en inglés Space-based solar power, SSP), también conocido como Satélite de energía solar (del inglés Solar Power Satellite) consiste en la conversión de energía solar adquirida en el espacio en cualquier otro tipo de energía (p. ej. electricidad), la cual se puede usar en el mismo o bien se puede transmitir a la Tierra para uso terrestre. Producir electricidad a partir de la luz solar no es nada nuevo, cientos de satélites espaciales ya han hecho uso de ella. La novedad de este concepto es la posibilidad de adquirir energía a gran escala y transmitirla a la Tierra para su consumo sobre la superficie del planeta.[1]​

Esta fuente de energía tiene el potencial de resolver los problemas socioeconómicos y ambientales asociados con la dependencia de los recursos fósiles y de la energía nuclear. Este sistema estaría ubicado fuera del sistema ecológico terrestre y no generaría prácticamente ningún desecho una vez estuviese en funcionamiento. Además, el aprovechamiento de los paneles en el espacio son muchos mayores que los terrestres, debido a que estos últimos están afectados por la atmósfera y las fases nocturnas. El mayor freno a este sistema es el coste actual para poner los paneles en órbita, así como algunas limitaciones técnicas para la implementación de esta tecnología.

El Sol sobre la Tierra.
Interpretación de un artista sobre lo que podría ser un satélite solar que pudiera transmitir energía de forma remota a la superficie de la Tierra.

Evolución histórica

Los estudios realizados en el siglo XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola Tesla y Heinrich Hertz sobre inducción electromagnética, fuerzas eléctricas y ondas electromagnéticas, y sobre todo los de Albert Einstein en 1905, proporcionaron la base teórica al efecto fotoeléctrico, que es el fundamento de la conversión de energía solar a electricidad.

Primera mitad del siglo XX: La aventura espacial en teoría

En 1903 Konstantin Tsiolkovsky publica “La exploración del espacio cósmico mediante dispositivos de reacción” (del ruso: Исследование мировых пространств реактивными приборами), lo que podría considerarse como el primer tratado académico sobre cohetes.[2]​ Tsiolkovsky llegó a la conclusión de que para alcanzar la velocidad de escape de la Tierra sería necesario un cohete multifase (con varios módulos de propulsión) con combustible de oxígeno e hidrógeno líquido.[3]​ Se le considera el creador de los vuelos espaciales tripulados[4]​ y el primero en concebir el ascensor espacial.[5]​ Publicó 500 trabajos sobre viajes espaciales y temas relacionados, incluyendo novelas de ficción. Entre esos trabajos se encuentran diseños de cohetes con rotores directores, propulsores multifase, estaciones espaciales, cabinas despresurizadas (para permitir, por ejemplo, paseos espaciales), y sistemas de ciclo biológico cerrado para proveer de oxígeno y comida a las colonias espaciales. También investigó de forma exhaustiva teorías de máquinas voladoras más pesadas que el aire, de forma independiente a los estudios hechos en aquella época por los hermanos Wright (creadores del primer aparato volador).[6]​

En 1928 Herman Potočnik publicó su único trabajo “El problema del viaje espacial – El motor cohete” (del inglés The Problem of Space Travel - The Rocket Motor), en el que describió una hoja de ruta para lograr un gran avance en la carrera espacial. Concibió una estación espacial al detalle y calculó su órbita geoestacionaria. Describió el uso de naves en órbita para la observación de la Tierra con fines tanto pacíficos como militares, y describió también en qué medida las condiciones en el espacio podrían ser útiles para ensayos científicos.[7]​ El libro describe satélites geoestacionarios (que ya tratara Tsiolkovsky) y la comunicación entre ellos y la Tierra usando ondas de radio, sin llegar a predecir el potencial de los satélites para la transmisión de datos en masa (en campos como la transmisión de datos para televisión o telefonía).[8]​ En 1945 Arthur C. Clarke publicó el artículo “Mundo inalámbrico” (del inglés Wireless World) en el que concibió la posibilidad del uso de satélites de comunicaciones a gran escala. Examinó la logística del lanzamiento de satélites, sus posibles órbitas y otros aspectos de la creación de una red de satélites en órbita, destacando su potencial en materia de comunicaciones. También sugirió que tres satélites bastarían para cubrir todo el globo terrestre.[9]​

La carrera espacial

Artículo principal: Carrera espacial
Maqueta del Sputnik 1.

Tras el lanzamiento del Sputnik 1 por parte de la Unión Soviética en 1957[10]​ los logros y actividades espaciales estuvieron marcados por la carrera espacial entre la Unión Soviética y los Estados Unidos en la década de los años 60 y parte de los 70. El lanzamiento del Sputnik 1 tuvo su continuidad con el lanzamiento de seres vivos (moscas de la fruta) al espacio, seguido de humanos, para pasar finalmente a acometer el alunizaje en la misión del Apollo 11 capitaneada por Neil Armstrong en 1969.

Nacimiento del concepto de Energía solar espacial

En 1968 el estadounidense Peter Glaser introdujo el concepto de un gran sistema de satélites receptores de energía solar en la órbita geosíncrona (situada a 36.000 km del ecuador) para la adquisición y conversión de energía proveniente del Sol y su transmisión posterior a grandes antenas receptoras situadas en la Tierra para el consumo energético. Así nació el concepto de energía solar espacial.[11]​[12]​

En la década de 1970, tras la primera crisis del petróleo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la NASA (agencia espacial de este mismo país) iniciaron el estudio del concepto de energía solar en el espacio. Sin embargo el programa fue cancelado a mediados de los 80, cuando la energía volvió a ser barata.[13]​

Entre 1995 y 1997 la NASA lanzó un nuevo estudio sobre la energía solar espacial y la tecnología necesaria para su implementación, encontrando que muchas de las tecnologías implicadas habían experimentado grandes avances desde la década anterior.[13]​

En 1998 realizó otro estudio para definir el concepto de energía solar espacial identificando tanto los conceptos económicamente viables como los posibles riesgos. [14]​

En 1999 la NASA lanzó su “Programa exploratorio de investigación y tecnología sobre energía solar espacial” (del inglés Space Solar Power Exploratory Research and Technology program, SERT) con los objetivos de crear diseños para determinados conceptos de ensayo de vuelo, evaluar diferentes estudios sobre la viabilidad técnica, el diseño y los requerimientos necesarios, crear diseños conceptuales de subsistemas que harían uso de esta tecnología para la mejora de futuras aplicaciones terrestres y espaciales, crear un plan preliminar de acción para los EE.UU. (y socios internacionales) para acometer una iniciativa tecnológica ambiciosa y crear hojas de ruta para el desarrollo tecnológico así como experimentos sobre componentes críticos de la energía solar espacial. [13]​

Algunas de las conclusiones del SERT fueron que la demanda global de energía continuarían creciendo durante décadas dando lugar a la construcción de numerosas centrales eléctricas. El impacto medioambiental de esas futuras centrales así como su impacto en el abastecimiento mundial de energía y las relaciones geopolíticas, puede ser problemático mientras que las energías renovables son una alternativa convincente desde el punto de vista ético y tecnológico. Sin embargo, muchas fuentes de energía renovables se ven limitadas en su potencial porque precisan de recursos como el agua o la tierra. El estudio de viabilidad del concepto de energía solar espacial concluyó que se trata de una opción a considerar porque posee ventajas medioambientales en comparación con otras soluciones alternativas y las inversiones necesarias no representan el coste incalculable que podría haberse imaginado a priori. Según el estudio, la viabilidad económica de los sistemas de energía solar espacial dependerá del desarrollo de nuevas tecnologías, especialmente de la posibilidad de acceder al espacio a un coste reducido.[1]​

Siglo XXI: Viabilidad de la SSP

En 2000 John Mankins, miembro de la NASA, declara:

La energía solar espacial a gran escala es un sistema integrado muy complejo que requiere numerosos avances significativos de capacidad y tecnológicos… Se ha desarrollado una hoja de ruta en la que se incluyen diferentes opciones para alcanzar los avances necesarios – aunque durante varias décadas… Los avances actuales nos siguen acercando a nuestra meta, pero siguen siendo necesarios más avances técnicos, regulatorios y conceptuales… Las actividades de la NASA en este campo han hecho contribuciones importantes para disponer de la tecnología necesaria. Los próximos pasos necesarios han sido definidos proveyendo avances significativos de gran potencial de aplicación. Los avances en las tecnologías y sistemas necesarios para la energía solar espacial han sido contribuciones importantes en otras áreas como la ciencia espacial, la robótica o la exploración humana y el desarrollo del espacio... Las décadas de años necesarias para el desarrollo de la tecnología necesaria está en línea con los posibles avances por venir en lo relativo a nuevos sistemas de transporte espacial, mercados espaciales comerciales, etc… Los conceptos de relés de energía eléctrica parecen ser técnicamente viables pero pueden depender de una transmisión de ésta a frecuencia más alta… La viabilidad económica del uso de energía solar espacial a gran escala sigue estando abierta.[15]​

En 2001 el Dr. Neville Marzwell de la NASA declara:

Poseemos la tecnología para hacer uso de la energía del sol a niveles de eficiencia de entre el 42-56 %... Hemos hecho grandes avances... Si se pueden concentrar los rayos del sol mediante el uso de lentes o espejos gigantes entonces los resultados son más alentadores... Creemos que en un futuro cercano de entre 15 y 25 años podremos reducir el coste a entre 7 y 10 centavos de dólar por kilovatio h... Contamos con una gran ventaja ya que no se necesitan cables, tubos o hilos. Se puede enviar como si fuera una llamada al teléfono móvil – donde se quiera y cuando se quiera, en tiempo real.[16]​
Paneles solares de la ISS.

La “Oficina Nacional de Seguridad Espacial” (del inglés National Security Space Office, NSSO) de El Pentágono publicó un informe el 10 de octubre de 2007 según el cual se pretende adquirir energía solar espacial para ayudar a la relación de los EEUU con el medio oriente y en la guerra por el petróleo.[17]​ La energía solar es una fuente de energía limpia sin impacto para el medio ambiente. La Estación Espacial Internacional ISS (del inglés International Space Station) será probablemente el primer campo de pruebas para este concepto, a pesar de orbitar en una órbita baja terrestre. El ejército también se podría beneficiar de esta tecnología ya que (en 2007) pagaron el kilovatio/hora a 1 dólar.[18]​ En principio, transmitiendo energía allí donde se necesita se eliminaría la necesidad de tener que proveer combustible al campo de batalla. El gobierno estadounidense está tratando de involucrar al sector privado en este proyecto ofreciendo incentivos fiscales y políticos.

Los recientes avances han contribuido a hacer esta tecnología factible, ejemplos de ello son avances en señales microondas y menores costes de producción de paneles solares de mayor eficiencia. Aun estamos lejos de llegar al equilibrio entre el beneficio y sus costes, pero la NSSO pronostica los primeros experimentos dentro de los próximos 20 años.[19]​

Actividades por parte de los EE.UU., Japón y Europa

Los EEUU han sido pioneros en lo referente a SSP desde mediados de los años 70 tras el embargo de ésta década, tal y como ha quedado reflejado en la evolución histórica. A través de los años la NASA ha evaluado 30 conceptos diferentes de energía solar espacial. Si bien, Europa (con la participación de Japón) también ha estado trabajando en éste concepto en los últimos años. La fase inicial, el estudio de viabilidad de diferentes soluciones, se concluyó en 2004. La segunda fase comenzó en 2006 y comprende la identificación de áreas tecnológicas que requieren avances para que el concepto de SSP sea posible, así como su prioritización.[20]​ Todos los grupos de investigación coinciden en que el concepto de SSP va a ganar en importancia en las próximas décadas, pero, debido a los altos costes actuales de puesta en órbita y a avances tecnológicos por llegar (ej. eficiencia de células fotovoltaicas), no es una opción viable a día de hoy. Los europeos cuentan con que el concepto será una opción seria en 2020-25, y los norteamericanos van mas allá afirmando que en 2030 ya dispondremos de sistemas de este tipo.[20]​

Energía solar terrestre vs. Energía solar extraterrestre

A la izquierda, al atravesar la atmósfera los rayos solares pierden energía debido a la absorción y la reflexión. A la derecha, los sistemas de energía solar espacial capturan energía solar fuera de la atmósfera, aprovechando 100% esta para luego transmitirla a la Tierra.

Energía solar terrestre

Las formaciones nubosas afectan la eficiencia de los paneles terrestres.

La energía solar (insolación total global) que llega a la superficie de la tierra consiste en luz directa y difusa (la luz difusa se puede dividir a su vez en varias categorías).[21]​ Cuando la radiación solar alcanza la atmósfera, el 6% es reflectado y el 16% absorbido. Las diversas condiciones atmosféricas (nubes, polución, polvo, etc.) reducen la radiación solar en un 20% adicional debido a la reflexión y un 3% adicional por absorción. Estas condiciones atmosféricas no solo reducen la cantidad de energía que llega a la Tierra sino que también hacen difusa aproximadamente el 20% de la luz y filtran porciones de su espectro electromagnético. [22]​ Tras cruzar la atmósfera, aproximadamente la mitad de la radiación solar se encuentra en el espectro electromagnético visible mientras que la otra mitad se encuentra en el espectro infrarrojo (una pequeña porción es radiación ultravioleta). Debido a los efectos atmosféricos mencionados solo entre un 10% y un 13% del total de la energía que llega a la Tierra se puede aprovechar, en datos absolutos esto supone aproximadamente 0,1-0,2 kW/m².

Energía solar extraterrestre

La energía solar extraterrestre es aquella que se adquiere fuera de la atmósfera de la Tierra y en ésta no hay pérdidas energéticas durante la transmisión vía microondas. Además, seleccionando la órbita se puede conseguir luz solar aproximadamente el 96% del tiempo. En el espacio cercano a la tierra la media de energía que se puede adquirir es aproximadamente diez veces superior a la que se puede recibir en la tierra. Sin considerar los gases atmosféricos o formaciones de nubes, los paneles fotovoltaicos en una órbita terrestre geoestacionaria (a una altitud de 36.000 km) recibirían una media de ocho veces más luz que en la superficie de la Tierra. Este factor se obtiene a partir de los datos de la radiación en el espacio (1367 W/m2) y en regiones soleadas como Arizona (250 W/m2) o más nublosas como Gran Bretaña (250 W/m2). [23]​[24]​ Dado que la energía es para consumo en la superficie de la Tierra, hay que transmitirla allí, con su correspondiente pérdida, que puede ser del 40-50% dejando. Así, segun la Advanced Concepts Team (ACT) de la ESA, el factor final de eficiencia sería de 3-4 respecto a la energía solar adquirida en la Tierra.[20]​[25]​ Si bien otras teorías hablan de una eficiencia en la transmisión de hasta un 80%.[26]​

Tecnologías involucradas

Los paneles para la adquisición de energía solar espacial han de estar situados a una distancia de la Tierra superior a la órbita baja terrestre ya que las órbitas más cercanas son impracticables por la fuerza de atracción de la Tierra. Emplazamientos para esta conversión pueden ser satélites creados por el hombre en órbitas geosíncronas y heliosíncronas (órbitas siempre encarando al Sol), sondas espaciales, la Luna u otros planetas.[27]​ La energía solar fotovoltaica podría emplearse para la conversión energética y las microondas para la transmisión inalámbrica desde el espacio. En la actualidad también se están investigando sistemas termodinámicos de energía solar. [28]​ En el espacio la radiación solar incide de forma más intensa que en la superficie del planeta ya que no es debilitada por la atmósfera terrestre. A esto se une que la rotación diurna de la Tierra permite la adquisición energética únicamente en horas de luz mientras que en una órbita heliosíncrona el Sol brilla permanentemente. Además, en el espacio no hay problemas de peso o de corrosión atmosférica. Considerando todos estos aspectos se puede concluir que la energía solar media que se puede adquirir fuera de la atmósfera terrestre es del orden de diez veces mayor que en la Tierra, e incluso mayor a medida que el lugar de adquisición se aproxime al Sol (si bien los problemas de mantenimiento son también mayores por el incremento de la radiación solar).[23]​

Células fotovoltaicas

Célula solar.

Aunque en el mercado hay productos de coste menor, las células solares utilizadas en el espacio han de cumplir con diferentes características respecto a las células utilizadas hasta ahora en la Tierra. Debido a los altos costes de transporte al espacio, un factor muy importante es la energía específica (es decir, la energía generada dividida por la unidad de masa).

Efecto fotoeléctrico: Los fotones incidentes son absorbidos por los electrones del medio dotándoles de energía suficiente para escapar de éste.

La masa total del sistema de generación eléctrica es un aspecto importante. En los sistemas actuales el peso del manto fotovoltaico es solo un cuarto del total mientras que la estructura del panel y los sistemas de control y distribución representan los restantes tres cuartos (excluyendo el almacenamiento de energía). Esta razón de tres cuartos aumenta si se incluye el sistema de conversión y transmisión de energía eléctrica en microondas.

Las células fotovoltaicas de película delgada o "ultrafinas" son muy flexibles y por ello más adecuadas para la construcción de paneles flexibles o semiflexibles capaces de desenrollarse o inflarse. De esta forma se consiguen importantes reducciones de volumen y peso. En la década de 1980 se dedicó mucho esfuerzo al desarrollo y comercialización de células fotovoltaicas ultrafinas para uso terrestre. La idea de este concepto es depositar láminas finas de material fotovoltaico sobre un substrato. Este método produce células con un rendimiento de conversión menor pero, gracias a la baja cantidad de material activo usado, cuenta con una energía eléctrica específica más alta.

Además de una masa reducida, se espera que las células fotovoltaicas ultrafinas sean de un coste sensiblemente menor, debido a la reducida cantidad de material necesario y a que los costes de elaboración son menores. El uso de una capa de material ultrafino fotovoltaico depositado en un substrato flexible es por ello una opción a tener en cuenta.

Se han alcanzado eficiencias superiores al 10% con tres materiales ultrafinos diferentes: silicio amorfo (a-Si), diselenido de cobre e indio (CuInSe2), y telurido de cadmio (CdTe). Sin embargo, este campo de investigación no se está explotando ya que la mayor parte de la aplicación es para energía solar terrestre, en la que el peso no es un factor crítico. El desarrollo de esta tecnología es por ello una asignatura pendiente. Células fotovoltaicas ultrafinas aun no se han probado en el espacio.[27]​

Sistemas de concentración

Otra alternativa es el uso de un sistema concentrador que enfoque la luz en pequeñas células solares de alta eficiencia. Esta alternativa se ha ensayado en el espacio pero solo en experimentos a pequeña escala. Usando concentradores se ha llegado a cifras de eficiencia en torno al 30% del potencial total de adquisición.[29]​ Esta solución no es sin embargo adecuada para planetas como Marte ya que en ellos la mayor parte de la luz solar es difusa y el sistema concentrador solo puede enfocar el componente directo de la radiación solar.[30]​

Satélites de energía solar

Estación ISS.

Los satélites de energía solar podrían convertirse en sistemas para la producción de energía eléctrica a gran escala a partir del sol. La energía obtenida podría ser convertida en microondas y radiada a una antena rectificadora, que recibiría y convertiría las microondas en energía eléctrica. Según cálculos realizados en 1996, para la producción de 5.000 millones de vatios (el equivalente a cinco centrales nucleares de gran tamaño) se necesitarían varios kilómetros cuadrados de paneles solares (de un peso aproximado de 5.000 t) y una antena terrestre de casi 8 km de diámetro.[31]​

Radiación de energía mediante láser

La transmisión de energía por microondas ha sido un tema controvertido por falta de información. Pensar que lo que se interponga en el camino de una radiación sea incinerado es un craso error, pues microondas similares se han venido utilizando de forma global por compañías de telecomunicaciones.[32]​[33]​ En la superficie de la Tierra la intensidad máxima de tales radiaciones de microondas podría llegar a un máximo en el centro de 23 mW/cm2, que es menos que la cuarta parte de la constante de irradiación solar.[34]​

William C. Brown demostró allá por 1964 en el canal de noticias CBS como un helicóptero sin energía propia mantuvo el vuelo gracias a la radiación energética que le era transmitida por microondas. Entre 1969 y 1975 Bill Brown fue el director técnico de un proyecto que llegó a radiar 30 kW a traves de una distancia de algo mas de 1,5 km con una eficiencia del 84%.[35]​

En 1973 Peter Glaser consiguió aprobar una patente de los Estados Unidos con el número 3.781.647 por su método para la transmisión de energía a larga distancia (ej. desde el espacio) usando microondas desde un satélite con una antena de un diámetro estimado de 1 km hacia una antena de tamaño mucho mayor situada en la superficie de la Tierra a la que se denomina rectenna, abreviatura en inglés de antena rectificadora[36]​[37]​ (usada precisamente para la conversión directa de energía en microondas en electricidad).[20]​[38]​

Ensayos de radiación de energía a gran escala son imprescindibles para el desarrollo de satélites de energía solar. Para algunos científicos de la NASA esta área representa uno de los grandes retos para la industrialización del espacio.

Investigadores de la NASA trabajaron en la década de 1980 con la posibilidad de usar láseres para la radiación de energía entre dos puntos del espacio, concentrándose en el desarrollo de láseres basados en energía solar. En 1989 se sugirió que la radiación de energía de la tierra al espacio también sería de utilidad. En 1991 se inició el proyecto “Energía Láser Espacial” (del inglés SpacE Laser ENErgy, SELENE), que comprendía, entre otras cosas, un estudio de radiación de energía por láser a una base lunar.

En 1988 Grant Logan propuso el uso de un láser colocado en la Tierra para proveer de energía a un rotor director para la propulsión espacial, proveyendo una serie de detalles técnicos en 1989. Pero su propuesta fue algo optimista en lo referente a la tecnología (propuso el uso de células solares de diamantes operando a 300 ºC para convertir la luz láser ultravioleta, una tecnología que aun no ha podido ser demostrada en un laboratorio, y a una longitud de onda que tendría problemas para atravesar la atmósfera). Se ha continuado el trabajo en esta área, pero con una tecnología más cercana a la práctica.

El proyecto SELENE consistió en un serio esfuerzo investigador durante dos años, pero debido a los elevados costes de implementación el proyecto concluyó de forma oficial en 1993, sin cumplir con la meta de realizar ensayos en el espacio. Sin embargo, la investigación sigue en pie en otros proyectos y hay esperanzas de que se desarrolle un ensayo en una aeronave con energía recibida por láser. [39]​

Transportes espaciales

Transbordador espacial Atlantis.

Entre 1995 y 1997, la NASA emprendió un esfuerzo investigador utilizando equipos de trabajo del gobierno, de la academia y de la industria para desarrollar futuros prototipos de transporte en el espacio con un objetivo de coste de 400 dólares o menos por kg de carga enviada a la órbita baja terrestre.[40]​ El coste del transporte de materiales para la construcción de futuros paneles solares espaciales se puede reducir de forma significativa mediante el uso de un sistema de lanzamiento reutilizable como el propuesto Mag Lifter o el Star tram.[41]​ [42]​ Estos sistemas de lanzamiento harían uso de propulsión y levitación magnética superconductora para propulsar naves reutilizables en órbita (como lo es por ejemplo el transbordador espacial Atlantis). El Mag Lifter podría reducir los costes de lanzamiento por kg hasta aprox. 20.000 dólares/kg.[43]​ Este sistema eliminaría el peso de la primera fase del vehículo usando una propulsión magnética situada en el suelo para alcanzar una velocidad de 885 km/h, para usar entonces sistemas de propulsión propios para alcanzar la aceleración necesaria para llegar a la órbita. El Star Tram podría llegar a costes de sólo 200 dólares por kg.[40]​Este sistema se aceleraría hasta 8 km/s en 5,3 min usando gigavatios de energía eléctrica a partir de energía magnética superconductora en un tubo de vacío de 1500 km de longitud. El tubo estaría colocado en la superficie terrestre en sus 1300 km iniciales y levitando magnéticamente sobre el suelo de forma tangencial a la Tierra en sus 200 km restantes, llegando a alcanzar una altura de 22 km sobre la Tierra donde la nave abandonaría el tubo.[44]​

Pros y contras de esta tecnología

Factores a favor

Beneficio ambiental

El posible beneficio ambiental es enorme. Para poder abastecer de energía a la creciente población del planeta se necesita una fuente limpia e inagotable de energía. Las microondas provenientes del espacio podrían calentar la atmósfera ligeramente (extremo no probado) pero la ausencia de emisiones dañinas (p. ej. CO2) compensaría con creces esa posible desventaja. Los paneles solares terrestres usan recursos terrestres, pero los satélites de energía solar podrían construirse exclusivamente con materiales lunares. Únicamente las antenas receptoras tendrían que construirse con materiales terrestres.[45]​

Flexibilidad y seguridad

La energía solar espacial eliminaría la necesidad de complejas redes intercontinentales y reduciría también la cantidad de apagones, ya que una interrupción de una emisión de microondas es muy improbable. Otra ventaja es el hecho de que la fuente de energía se encontraría a una distancia de 36.000 km, haciéndolo muy inaccesible como objetivo terrorista. El sistema permitiría también intercambiar con facilidad una fuente transmisora por otra y reanudar el abastecimiento de forma inmediata en caso de interrupción.

Energía en caso de un invierno global

Erupción del Monte Saint Helens en 1980 en Washington, EE. UU.

La energía solar espacial podría ser la única forma de adquirir energía solar directa para complementar los combustibles fósiles, la energía nuclear y las otras energías renovables (hidráulica, eólica, geotérmica) bajo condiciones extremas, como por ejemplo en un invierno volcánico o en uno nuclear. La energía solar espacial podría aportar el incremento energético necesario para los cultivos y la calefacción bajo condiciones de glaciación que podrían originarse tras un supervolcán riolítico en uno de las pocas docenas de puntos calientes de la Tierra.

Históricamente las calderas volcánicas han sido escenario de erupciones a tal escala. Entre ellas cabe destacar por partida doble la caldera de Yellowstone, en una ocasión hace 2,2 millones de años y en otra más reciente hace 640.000 años. En esta última se expulsó 800 veces más materia que la despedida en 1980 en el monte Saint Helens. Las mayores erupciones conocidas fueron las de la caldera Garita en las montañas San Juan en Colorado (5 veces mayor que la caldera de Yellowstone) y la del Lago de Toba en Indonesia (3 veces mayor que la caldera de Yellowstone). Se estima que esta última erupción causó hace 75.000 años una glaciación global que podría haber durado 1000 años y acabado con el 60% de la población global.

Equilibrio energético

Un factor muy importante de los sistemas con la función de generar energía es el tiempo que se necesita para reponer la energía que ha sido necesaria para construirlos, incluyendo producción, lanzamiento y despliegue.

El equilibrio tecnológico se alcanza en un plazo de tiempo sorprendentemente corto. Se precisan 14,75 kWh/kg para un sistema con una eficiencia del 100% para elevar un kilo desde la superficie de la Tierra a una orbita geoestacionaria. Si el satétile generara 2 kW con una masa de 2 kg entonces el equilibrio se alcanzaría en 29,5 horas. Incluso con cohetes con una eficiencia del 3% el equilibrio se alcanzaría en 6 semanas.

Los paneles fotovoltaicos terrestres actuales alcanzan el equilibrio energético en un período de entre 3-4 años, mientras que los solares alcanzan el equilibrio en aproximadamente un año.[46]​[47]​[48]​

Mediante modelos la comunidad científica ha llegado a la conclusión de que, a pesar de la energía necesaria en el lanzamiento, el equilibrio energético se alcanza antes en sistemas espaciales que en sistemas terrestres.[20]​

Factores en contra

Costes económicos

Tal y como ha sido descrito en detalle, los costes económicos necesarios para emprender esta aventura siguen siendo excesivamente elevados y solo podrían llegar a ser rentables si se cumple uno de los siguientes supuestos: se reducen los costes actuales de lanzamientos al espacio; se encuentra la forma de crear los satélites con materiales extraterrestres (ej. de la luna); los costes convencionales energéticos se elevan drásticamente; se renuncia al uso de los combustibles fósiles. Hasta que uno de estos extremos no sea realidad, las barreras económicas seguiran siendo un impedimento para su implementación.[49]​

Tamaño de las antenas receptoras

La energía podría transmitirse en forma de microondas o de radiación láser a diferentes frecuencias. En cualquier caso, para evitar cualquier trastorno ecológico o biológico al alcanzar la Tierra, la radiación transmisora debe de ser no ionizante. Ya que la energía por fotón, y con ello la capacidad para ionizar crece con la frecuencia, nos encontramos enseguida con un tope máximo de frecuencia a usar.[49]​ Por otro lado, es deseable que el tamaño de la antena sea lo menor posible, para ello se precisa una longitud de onda lo menor posible, o, en otras palabras, una frecuencia lo mayor posible.[49]​

Considerando estos dos aspectos y teniendo en cuenta los usos actuales de frecuencias para evitar interferencias, parece que una frecuencia de aprox. 2,45 GHz sería adecuada, si bien, el tamaño de la antena sería enorme poder recibir la radiación desde el espacio exterior.[49]​

Esperanza de vida de los paneles

Los satélites en órbitas geoestacionarias están situadas fuera de la magnetosfera terrestre, expuestas a la radiación ionizante proveniente de los cinturones de Van Allen y del Sol. Este fenómeno es especialmente acusado en períodos de alta exposición a protones energéticos causados por partículas solares. [50]​ Esta carga contribuye a la reducción de la esperanza de vida de los paneles, en especial si se comparan con aquellos situados en la superficie terrestre. Un satélite en una órbita geoestacionaria recibe un bombardeo de 6·1013 (1 MeV electrones) cm-2 año-1 (muy variable según la actividad solar). Una partícula de 1 MeV contiene energía suficiente para liberar electrones de los semiconductores, perdiendo una media de entre 5-6 % de su rendimiento por año, mientras que en la superficie de la Tierra la pérdida se estima en solo 0.8 %/año. Para evitar tal desgaste habría que diseñar algún sistema protector (menos en la conexión directa entre el Sol y el panel). Estos factores reducen el rendimiento total así como la esperanza de vida de los paneles.

Cabe la posibilidad de que, llegado el momento, el mantenimiento del panel se realice en el espacio en lugar de relanzar un nuevo satélite. Sería factible el realizar una única misión espacial para las labores de mantenimiento de varios satélites a la vez, optimizando así los costes.

Papel en el calentamiento global

Dado que la transmisión de energía desde un satélite espacial a la Tierra no va a ser con una eficiencia energética del 100%, sino de entre un 50 y un 80%, según sugieren diferentes fuentes.[26]​[51]​ La energía perdida se disipa en la atmósfera en forma de calor causando, en principio, un incremento de temperatura en la atmósfera. Esta afirmación es cierta pero debe ser puesta en contexto. Una central nuclear o de carbón generan un 50% más de calor que lo que se espera de la energía solar espacial. Por ello, si todas esas centrales fueran sustituidas por satélites solares el resultado sería una reducción del calentamiento global.[26]​

Otros aspectos de interés

Papel de la Luna

Proveer materiales desde la Luna es mucho más sencillo que propulsar materiales fuera de la gravedad de la Tierra, de forma que la Luna podría ser el proveedor principal para aplicaciones comerciales en órbitas geosíncronas o incluso órbitas bajas terrestres. Posteriormente, la base lunar podría proveer paneles solares para satélites, misiones a Marte, asteroides que se aproximen a la Tierra y demás.

Otra opción por profundizar sería la colocación de estaciones generadoras en la Luna, la llamada “Energía Solar Lunar”, LSP (del inglés Lunar Solar Power). Colocando estaciones en caras opuestas de la Luna se emitiría una corriente constante de energía hacia la Tierra para cubrir así la creciente demanda energética.[52]​

Búsqueda de inteligencia extraterrestre

El sol es el generador ideal de energía nuclear (fusión) para la Tierra. Utiliza un tipo de nucleosíntesis estelar propia de su tipo espectral (las estrellas del tipo G tienen la característica del sol de ser de color amarillo al igual que otras estrellas como Capella y Alfa Centauri A). Casi el 100% de la energía radiada por el sol se pierde en direcciones más allá del corte seccional de la tierra. Quizás sea posible en un futuro lejano aprovechar de alguna forma tan basta fuente de energía que hoy en día se pierde en el cosmos.

Se especula con que precisamente este tipo de tecnología podría ayudar en la búsqueda de vida extraterrestre, ya que se supone que una civilización avanzada sería capaz de hacer uso de una proporción importante de esta energía “perdida” de los cuerpos solares. Es muy difícil identificar planetas fuera del sistema solar capaces de albergar vida inteligente, pero identificar estrellas con luz modificada para aplicaciones de energía solar espacial a gran escala podría indicar una pista sobre la existencia de civilizaciones extraterrestres avanzadas.[53]​

Véase también: Esfera de Dyson

Referencias

Plantilla:Muchasref

Bibliografía sobre el tema

  • de Francisco García, A. Castillo Dorado, M. (1985). «Energía solar: Diseño y dimensiónamiento de instalaciones». Monte de Piedad y Caja de Ahorros de Córdoba. ISBN 84-7580-194-3. 
  • de Santiago, Miguel (1984). «Aprovechamiento de la energía solar, proyecto especial no. 10: informe final». Organización de los Estados Americanos. ISBN 0-8270-1916-5. 
  • Real Sociedad Española de Física (1985). Número especial de Energía Solar. 
  • Ibáñez Plana, M.; Rosell Urrutia, J. I; Rosell Polo, J. R. (2005). «Tecnología solar». Mundi-Prensa Libros. ISBN 84-8476-199-1. 

Véase también

Enlaces externos

En español

En inglés

  1. ↑ a b James E. Dudenhoefer; Patrick J. George (2000), Space Solar Power Satellite Technology Development at the Glenn Research Center—An Overview (en inglés)
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