ผุดโปรเจ็กต์ส่งกระจกยักษ์ 1.6 แสนตารางเมตร ขึ้นสู่อวกาศ เพิ่มกำลังการผลิตโซลาร์เซลล์

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงเช้าตรู่และช่วงค่ำไม่มีประสิทธิภาพนัก เพราะมีแสงน้อยหรือไม่มีเลย แต่นักวิทยาศาสตร์จากสกอตแลนด์ พยายามแก้ปัญหานี้ ด้วยการส่งโครงสร้างกระจกขึ้นไปอยู่บนวงโคจร จากนั้นให้สะท้อนแสงกลับลงมายังฟาร์มโซลาร์เซลล์บนโลก

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ (University of Glasgow) ประเทศสกอตแลนด์ได้พัฒนาโปรเจ็กต์ที่ชื่อโซลสเปซ (Solspace) แนวคิดก็คือส่งดาวเทียมสะท้อนแสงจำนวนหนึ่งไปยังวงโคจรแบบสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ (sun-synchronous orbit) เพื่อให้ติดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของแสงอาทิตย์ขณะที่โลกหมุนรอบตัวเองในแต่ละวัน เพื่อทำให้ตัวสะท้อนแสงสามารถส่องแสงลงมายังฟาร์มโซลาร์เซลล์ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ 

ดาวเทียมแต่ละดวงจะใช้แผ่นสะท้อนแสง 6 เหลี่ยมขนาดใหญ่ยักษ์ที่ทำจากอะลูมิเนียมแคปตัน โดยแต่ละด้านของกระจกมีขนาด 250 เมตร หากกางกระจกออกมาจะกินพื้นที่ทั้งหมด 162,380 ตารางเมตร หรือประมาณ 100 ไร่ ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้มีไจโรโมเมนต์พลังงานไฟฟ้า 4 ตัวในรูปแบบปิรามิดคอยควบคุมให้สามารถบังคับทิศทางการเคลื่อนที่ได้ โดยจะลอยอยู่เหนือพื้นโลกประมาณ 900 กิโลเมตร ทีมวิจัยกล่าวว่ากระจกแต่ละอันสามารถส่องแสงสว่างลงมาบนพื้นโลกได้พื้นที่ประมาณ 10 ตารางกิโลเมตร และนานกว่า 17 นาที ซึ่งสามารถให้พลังงาน 34 - 36 เมกะวัตต์ชั่วโมง หากวางแผนเส้นทางการโคจรของตัวสะท้อนแสง ให้สามารถส่องแสงลงมายังฟาร์มโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ได้ 13 แห่งต่อวัน โดยมีตัวสะท้อนแสง 5 ตัว ระบบก็จะสามารถให้กำลังการผลิตไฟฟ้าได้ 284 เมกะวัตต์ต่อวัน 

แล้วการสะท้อนแสงลงมายังพื้นโลกนี้ จะทำให้เกิดมลภาวะทางแสงหรือไม่ ? โอนูร์ เซลิค (Onur Celik) หนึ่งในทีมโซลสเปซก็บอกว่า “หากไม่อยู่ใกล้ฟาร์มโซลาร์เซลล์จนเกินไป การส่องสว่างก็แทบมองไม่เห็นเลย”

ตัวสะท้อนวงโคจรจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการการสร้างไฟฟ้าในช่วงรุ่งเช้าและหัวค่ำ ซึ่งวิธีการนี้ก็จะนำมาแข่งขันกับวิธีการจัดเก็บพลังงานระยะสั้น เช่น การชาร์จไฟเก็บในแบตเตอรี่ลิเทียม ซึ่งปัจจุบันมีต้นทุนการจัดเก็บแบบปรับระดับ (LCoS หรือ levelized cost of storage) ประมาณ 314 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 11,000 บาทต่อเมกะวัตต์ชั่วโมงของพลังงานที่จัดเก็บและปล่อย ซึ่งโครงการโซลสเปซตั้งเป้าต้นทุนพลังงาน (LCoE หรือ levelized cost of energy) อยู่ที่ประมาณ 70 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 2,500 บาทต่อเมกะวัตต์ชั่วโมงของพลังงานที่ผลิตและปล่อย โดยสมมติว่าตัวสะท้อนนี้มีอายุการใช้งานประมาณ 20 ปี และต้นทุนการผลิตและส่งขึ้นสู่อวกาศอยู่ที่ 232 ดอลลาร์สหรัฐหรือ 8,150 บาทต่อกิโลกรัม

อันที่จริงแนวคิดนี้เป็นแนวคิดที่มีมานานแล้ว โดยเฮอร์มันน์ โอเบิร์ธ (Hermann Oberth) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เคยเสนอแนวคิดนี้ไว้ในหนังสือของเขาที่เผยแพร่ในปี 1929 เรื่อง วิถีการบินสู่อวกาศ (Ways to Spaceflight) ซึ่งมองว่าเป็นวิธีที่มีศักยภาพในการให้แสงสว่างแก่เมืองต่าง ๆ เพื่อปกป้องพืชผลจากอากาศน้ำค้างแข็ง และสามารถให้ความอบอุ่นกับพื้นที่อันหนาวเหน็บทางตอนเหนือ รวมไปถึงในปี 1993 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียก็ได้ทดลองแนวคิดนี้แล้ว โดยส่งโครงสร้างกระจกที่ชื่อซนามยา-2 (Znamya-2) ขนาด 20 เมตรขึ้นไปยังอวกาศให้มันสะท้อนแสงลงมายังพื้นโลก โครงสร้างกระจกนี้สามารถมองเห็นบนท้องฟ้ายามกลางคืนได้ในบางพื้นที่ของยุโรป

แต่ในอดีตนั้น การปล่อยวัตถุขึ้นไปยังอวกาศมีต้นทุนที่สูงมาก ทำให้แนวคิดนี้ไม่คุ้มค่า ล่าสุด บริษัทด้านอวกาศอย่างสเปซเอ็กซ์ (SpaceX) และบริษัทเอกชนอื่น ๆ ต่างกำลังพัฒนาวิธีการปล่อยยานขึ้นสู่วงโคจรโดยใช้ต้นทุนที่ต่ำลงมาก เช่น หากใช้ฟอลคอน 9 ของสเปซเอ็กซ์ปล่อย จะมีต้นทุนการปล่อยตัวอยู่ที่ 1,520 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 54,000 บาทต่อกิโลกรัม หากใช้จรวดสตาร์ชิปปล่อยตัว ราคาจะถูกลงมาเล็กน้อยอยู่ที่ 1,000 ดอลลาร์สหรัฐหรือประมาณ 35,500 บาทต่อกิโลกรัม แต่อีลอน มัสก์ ซีอีโอของสเปซเอ็กซ์ก็คาดการณ์ว่าเมื่อจรวดขนส่งแบบนำมากลับมาใช้ใหม่ได้หลายลำเริ่มเปิดให้บริการ มันจะทำให้ต้นทุนถูกลงมากถึง 90% ภายในเวลา 2 - 3 ปี ด้วยต้นทุนที่ถูกลงอย่างมากนี้ทำให้มันสามารถนำตัวสะท้อนแสงแบบนี้ไปใช้เชิงพาณิชย์ได้

แนวคิดและเทคโนโลยีนี้ นับว่าเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่น่าสนใจที่จะเข้ามาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานไฟฟ้าของโลกเรา การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Advances in Space Research วันที่ 15 สิงหาคม 2023

ที่มาข้อมูล NewAtlas, Theconversation, Sciencedirect

ที่มารูปภาพ GLA