과학자들이 세계 최초로 태양광 발전을 우주에서 지구로 전송 : ScienceAlert

Sep 01, 2023

태양광 발전은 가장 빠르게 성장하는 재생 에너지 형태이며 현재 전 세계 전력 생산량의 3.6%를 차지하고 있습니다. 이는 수력발전과 풍력에 이어 재생에너지 시장에서 세 번째로 큰 원천이 됩니다.

이 세 가지 방법은 향후 수십 년 동안 기하급수적으로 성장하여 2035년에는 40%, 2050년에는 45%에 이를 것으로 예상됩니다. 전체적으로 재생 에너지는 금세기 중반까지 에너지 시장의 90%를 차지할 것으로 예상되며 태양광은 약 절반을 차지할 것으로 예상됩니다.

그러나 이러한 전환이 이루어지기 위해서는 몇 가지 기술적 과제와 문제를 극복해야 합니다.

태양광 발전의 주요 제한 요소는 간헐성입니다. 즉, 충분한 햇빛이 있을 때만 전력을 수집할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 궤도에 있는 위성이 하루 24시간, 1년 365일 중단 없이 전력을 수집하는 우주 기반 태양광 발전(SBSP)을 수십 년 동안 연구해 왔습니다.

이 기술을 개발하기 위해 Caltech의 SSPP(Space Solar Power Project) 연구원들은 최근 MAPLE(Power-transfer Low-Orbit Experiment)용 마이크로파 어레이를 사용하여 최초의 성공적인 무선 전력 전송을 완료했습니다.

MAPLE은 Bren 전기 공학 및 의료 공학 교수이자 SSPP의 공동 책임자인 Ali Hajimiri가 이끄는 Caltech 팀에 의해 개발되었습니다. MAPLE은 SSPD-1(Space Solar Power Demonstrator)이 테스트한 세 가지 핵심 기술 중 하나입니다.

이 플랫폼은 맞춤형 전자 칩으로 제어되는 유연하고 가벼운 마이크로파 송신기 배열로 구성됩니다. 실증기는 태양 에너지를 수확하여 전 세계 원하는 수신 스테이션으로 전송하도록 설계된 저가형 실리콘 기술을 사용하여 제작되었습니다.

SSPP는 2011년 Caltech 이사회의 평생 회원인 Donald Bren이 SBSP 연구 프로젝트 창설에 대해 논의하기 위해 당시 Caltech의 회장이었던 Jean-Lou Chameau에게 접근하면서 시작되었습니다.

Bren과 그의 아내(Caltech 이사이기도 함)는 프로젝트 자금을 위해 총 1억 달러를 기부하기로 합의했으며 Northrop Grumman Corporation은 추가로 1,250만 달러를 제공했습니다. SSPD-1은 차량 공유 프로그램의 일환으로 SpaceX Falcon 9 위에서 1월 3일 발사되었으며 Vigoride 우주선(항공우주 회사 Momentus 제공)에 의해 배치되었습니다.

SBSP가 실현 가능하려면 위성이 가벼워 비용 효율적인 방식으로 발사될 수 있어야 하고 페이로드 페어링 내부에 들어갈 수 있도록 유연해야 합니다(JWST(제임스 웹 우주 망원경)와 유사).

공학 및 응용과학부의 오티스 부스 리더십 의장이자 응용물리학 및 재료과학의 하워드 휴즈 교수이자 Liquid Sunlight Alliance의 이사인 Harry Atwater는 프로젝트의 주요 조사자 중 한 명입니다. 그는 Caltech 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.

"경량 구조를 사용하여 우주에서 무선 전력 전송을 시연하는 것은 우주 태양광 발전과 전 세계적으로 이에 대한 광범위한 접근을 향한 중요한 단계입니다. 예를 들어 태양광 패널은 이미 우주에서 국제 우주 정거장에 전력을 공급하기 위해 사용되고 있지만 충분히 큰 규모로 발사하고 배치하려면 지구에 전력을 공급하기 위해 SSPP는 초경량, 저렴하고 유연한 태양광 발전 에너지 전송 시스템을 설계하고 제작해야 합니다."

각 SSPP 장치의 무게는 약 50kg(110lbs)이며, 이는 일반적으로 무게가 10~100kg(22~220lbs)인 초소형 위성과 비슷합니다. 각 장치는 부피가 약 1m3(35ft3)인 패키지로 접힌 다음 직경이 약 50m(164ft)인 평평한 정사각형으로 펼쳐집니다. 한쪽에는 태양 전지가 있고 다른 한쪽에는 무선 전력 송신기가 있습니다.

SPPD-1 구성 요소는 밀봉되어 있지 않습니다. 즉, 공간의 극심한 온도 변화에 노출됩니다. 이 실험은 전력 송신기가 우주로 발사되어도 살아남을 수 있음을 입증하는 것 외에도 SSPP 엔지니어에게 유용한 피드백을 제공했습니다.

"지금까지 수행한 실험을 통해 MAPLE이 우주의 수신기에 성공적으로 전력을 전송할 수 있다는 확인을 받았습니다."라고 Hajimiri는 말했습니다.