¿Cómo funcionaría exactamente una estación de energía solar en el espacio?

Tl gobierno del Reino Unido está estudiando una propuesta de 16.000 millones de libras para construir una estación de energía solar en el espacio.

Sí, has leído bien. La energía solar en el espacio es una de las tecnologías que figuran en el proyecto del gobierno. Cartera de Innovación Net Zero del gobierno. Se ha identificado como una solución potencial, junto con otras, para que el Reino Unido logre el cero neto en 2050.

Pero, ¿cómo funcionaría una estación de energía solar en el espacio? ¿Cuáles son las ventajas y los inconvenientes de esta tecnología?

Energía solar en el espacio consiste en recoger la energía solar en el espacio y transferirla a la Tierra. Aunque la idea en sí no es nueva, los recientes avances tecnológicos han hecho que esta perspectiva sea más factible.

El sistema de energía solar en el espacio utiliza un satélite de energía solar, una enorme nave espacial equipada con paneles solares. Estos paneles generan electricidad, que luego se transmite de forma inalámbrica a la Tierra a través de ondas de radio de alta frecuencia. Una antena terrestre, llamada rectenna, se utiliza para convertir las ondas de radio en electricidad, que luego se entrega a la red eléctrica.

Una central solar en órbita está iluminada por el sol las 24 horas del día y, por tanto, podría generar electricidad de forma continua. Esto representa una ventaja con respecto a los sistemas de energía solar terrestres (sistemas en la Tierra), que sólo pueden producir electricidad durante el día y dependen del clima.

Se prevé que la demanda mundial de energía aumente en casi un 50 por ciento para el año 2050, la energía solar basada en el espacio podría ser clave para ayudar a satisfacer la creciente demanda del sector energético mundial y hacer frente al aumento de la temperatura global.

Algunos retos

Una estación de energía solar en el espacio se basa en un diseño modular, en el que un gran número de módulos solares son ensamblados por robots en órbita. El transporte de todos estos elementos al espacio es difícil, costoso y tendrá consecuencias para el medio ambiente.

Este satélite suministraría 2GW de energía al Reino Unido. Aunque se trata de una cantidad sustancial de energía, es una pequeña contribución a la capacidad de generación del Reino Unido, que es de unos 76GW

La página web peso de los paneles solares se identificó como un primer desafío. Pero esto se ha abordado mediante el desarrollo de células solares ultraligeras (un panel solar se compone de células solares más pequeñas).

La energía solar basada en el espacio se considera técnicamente factible principalmente debido a los avances en tecnologías clave, como las células solares ligeras, la transmisión de energía inalámbrica y la robótica espacial.

Sin embargo, el montaje de una sola de estas estaciones de energía solar requerirá muchos lanzamientos del transbordador espacial. Aunque la energía solar basada en el espacio está concebida para reducir las emisiones de carbono a largo plazo, los lanzamientos espaciales conllevan importantes emisiones, además de costes.

Los transbordadores espaciales no son actualmente reutilizables, aunque empresas como Space X están trabajando para cambiar esta situación. Poder reutilizar los sistemas de lanzamiento reduciría significativamente los costes totales.

Si logramos construir con éxito una estación de energía solar basada en el espacio, su funcionamiento también se enfrenta a varios desafíos prácticos. Los paneles solares podrían dañarse por la basura espacial. Además, los paneles en el espacio no están protegidos por la atmósfera terrestre. Al estar expuestos a una radiación solar más intensa, significa que se degradarán más rápido que los de la Tierra, lo que reducirá la energía que pueden generar.

El eficiencia de la transmisión inalámbrica de energía es otra cuestión. Transmitir energía a través de grandes distancias -en este caso desde un satélite solar en el espacio hasta la tierra- es difícil. Con la tecnología actual, sólo una pequeña fracción de la energía solar recogida llegaría a la Tierra.

Ya hay proyectos piloto en marcha

La página web Proyecto de energía solar espacial en Estados Unidos está desarrollando células solares de alta eficiencia, así como un sistema de conversión y transmisión optimizado para su uso en el espacio. El proyecto estadounidense Laboratorio de Investigación Naval probó un módulo solar y un sistema de conversión de energía en el espacio en 2020. Mientras tanto, China ha anunciado avances en su estación de energía solar espacial Bishan, con el objetivo de tener un sistema en funcionamiento para 2035.

En el Reino Unido, el desarrollo de la energía solar basada en el espacio por valor de 16.000 millones de libras (más 1.000 millones de libras de costes de funcionamiento) se considera un concepto viable según el reciente informe de Frazer-Nash Consultancy. Se espera que el proyecto comience con pequeñas pruebas, para llegar a una central solar operativa en 2040.

El satélite de energía solar tendría 1,7 km dede diámetro, con un peso de unas 2.000 toneladas. La antena terrestre ocupa mucho espacio: unos 6,7 km por 13 km. Dado el uso de la tierra en el Reino Unido, es más probable que se coloque en alta mar.

Este satélite suministraría 2GW de energía al Reino Unido. Aunque se trata de una cantidad considerable de energía, es una pequeña contribución a la capacidad de generación del Reino Unido, que es alrededor de 76GW.

Con unos costes iniciales extremadamente elevados y un lento retorno de la inversión, el proyecto necesitaría importantes recursos gubernamentales, así como inversiones de empresas privadas.

Pero a medida que la tecnología avance, el coste del lanzamiento y la fabricación del espacio disminuirá constantemente. Y la escala del proyecto permitirá la fabricación en masa, lo que debería reducir un poco el coste.

Todavía está por ver si la energía solar basada en el espacio puede ayudarnos a alcanzar el objetivo de cero emisiones en 2050. Otras tecnologías, como el almacenamiento de energía diverso y flexible, el hidrógeno y el crecimiento de los sistemas de energía renovable, se conocen mejor y pueden aplicarse más fácilmente.

A pesar de los desafíos, la energía solar basada en el espacio es una precursora de interesantes oportunidades de investigación y desarrollo. En el futuro, es probable que esta tecnología desempeñe un papel importante en el suministro energético mundial.

Jovana Radulovic es directora de la escuela de ingeniería mecánica y de diseño de la Universidad de Portsmouth. Este artículo apareció por primera vez en The Conversation.