Il fotovoltaico nello spazio non è una novità. Anzi, le prime celle solari installate sono quelle sul satellite statunitense Vanguard I, lanciato in orbita nel 1958 – e ancora oggi attivo.
Oggi, l’idea di produrre energia solare nello spazio per usarla sulla Terra interessa molti Paesi nel mondo perché promette interessanti prospettive e ricadute.
L’Europa potrebbe beneficiarne in modo consistente. Secondo quanto emerge da una ricerca condotta da scienziati del King’s College di Londra, l’energia prodotta mediante fotovoltaico nello spazio permetterebbe di ridurre fino all’80% il fabbisogno di energia rinnovabile terrestre dell’Europa. È la prima volta che un team di ricerca ha valutato il possibile impatto che la generazione di energia solare nello spazio potrebbe avere per l’Europa. I risultati sono lusinghieri, anche in termini di risparmi economici, potenzialmente miliardari.
I ricercatori del King’s College di Londra hanno valutato il potenziale impatto della generazione di energia solare nello spazio per l’Europa. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Joule, ha analizzato il potenziale di un progetto della NASA per la generazione di energia da fotovoltaico nello spazio, la cui entrata in funzione è prevista entro il 2050. Si è scoperto che potrebbe ridurre di oltre due terzi il fabbisogno di accumulo di energia delle batterie. Inoltre, il progetto potrebbe anche consentire risparmi economici, riducendo i costi dell’intero sistema energetico in Europa fino al 15%, compresi i costi di produzione, stoccaggio e infrastruttura di rete dell’energia. Il risparmio stimato è di 35,9 miliardi di euro all’anno.
L’aspetto più interessante è offerto dal fatto che l’energia fotovoltaica generata nello spazio è meno soggetta agli effetti della copertura nuvolosa ed è al sicuro da eventi meteo e disastri naturali come inondazioni e terremoti.
Come avviene la produzione di energia dal fotovoltaico nello spazio? La generazione di energia solare spaziale prevede la raccolta continua di energia solare. Ciò comporta il posizionamento di grandi pannelli solari su satelliti in orbita. Perché è una possibilità di grande interesse? Perché i pannelli fotovoltaici sono esposti a una quantità di luce solare decisamente maggiore rispetto a quelli sulla Terra.
Inoltre, possono raccogliere energia ininterrottamente senza essere influenzati dalle nuvole o dal ciclo giorno-notte. Questa energia verrebbe quindi trasmessa a una o più stazioni sulla Terra, dove sarebbe convertita in elettricità e immessa nella rete elettrica o in batterie per l’accumulo. Le radiazioni vengono trasmesse in modalità wireless alla Terra sotto forma di microonde o raggi laser.
Il modello RD1 della NASA, analizzato per questo studio, è uno dei due progetti di sistemi di energia solare basati sullo spazio ideati dalla NASA. L’agenzia spaziale statunitense ha in attivo un progetto a sciame di eliostati quasi continuo e un progetto con array planare intermittente.
Gli scienziati del King’s College di Londra sono dell’opinione che voli dimostrativi che permettano l’assemblaggio modulare in orbita e la trasmissione di energia wireless, insieme a politiche mirate, sono fondamentali per spingere l’energia solare spaziale nella banda di costo sostenibile e implementabile. “Persistono ostacoli importanti – elevati capitali iniziali, rischio di detriti orbitali, regolamentazione della sicurezza del fascio e accettazione pubblica di stazioni riceventi su scala chilometrica – ma superarli darebbe all’Europa un’opzione di energia pulita affidabile”, scrivono.
Nella ricerca per produrre energia da fotovoltaico nello spazio ci sono diversi aspetti su cui lavorare. Uno di questi riguarda la modalità di trasmissione energetica.
Su di essa vi sta lavorando anche la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), agenzia di ricerca del Dipartimento della Difesa statunitense, che questa primavera ha pubblicato i risultati del programma POWER (Persistent Optical Wireless Energy Relay). Si parla di risultati record nella trasmissione di potenza a distanza. Il team ha registrato oltre 800 watt di potenza erogati durante una trasmissione di 30 secondi da un laser a 8,6 chilometri di distanza. Nel corso della campagna di test, è stato trasferito più di un megajoule di energia.
Nella sperimentazione condotta, attraverso i test, denominati PRAD (POWER Receiver Array Demo) ha utilizzato una nuova tecnologia di ricezione con un’apertura compatta in cui il raggio laser penetra, garantendo che pochissima luce fuoriesca una volta entrato nel ricevitore. “All’interno del ricevitore, il laser colpisce uno specchio parabolico che riflette il raggio su decine di celle fotovoltaiche (dette anche “celle solari”) per riconvertire l’energia in energia utilizzabile”, spiega l’Agenzia.
La stessa ha sottolineato che si è misurata un’efficienza superiore al 20% tra la potenza ottica del laser e la potenza elettrica del ricevitore a distanze più brevi, sebbene l’efficienza non fosse l’obiettivo principale di questa dimostrazione. L’obiettivo dello sforzo, infatti, era convalidare rapidamente la capacità di un nuovo progetto di estendere notevolmente la distanza potenziale.
Nella corsa verso il fotovoltaico nello spazio sono diversi gli attori impegnati. L’Europa, attraverso la propria Agenzia spaziale ESA, nel 2024 ha varato il programma SOLARIS, volendo gettare le basi per lo sviluppo di una tecnologia satellitare progettata per raccogliere l’energia del Sole nello spazio prima di trasmetterla in modalità wireless alle stazioni riceventi sulla Terra.
L’obiettivo è consentire all’Europa di prendere una decisione informata entro la fine dell’anno in corso sull’avvio di un programma di sviluppo dedicato a questa tecnologia. Essa si baserà, in teoria, sulla modalità di trasformare l’energia solare in elettricità tramite celle fotovoltaiche in orbita geostazionaria attorno alla Terra. L’energia verrà trasmessa in modalità wireless sotto forma di microonde a 2,45 GHz a stazioni riceventi dedicate sulla Terra, chiamate “rectenne”, speciali antenne impiegate per convertire direttamente le microonde in corrente continua e che verranno utilizzate per riconvertire l’energia in elettricità e immetterla nella rete elettrica locale.
Sulle forme di trasmissione dell’energia dallo spazio alla Terra ci stanno lavorando diverse Agenzie spaziali, dalla NASA alla giapponese JAXA. Tutti, però, sono concordi nel ritenere interessante produrre energia solare nello spazio.
Sulla strada verso il fotovoltaico nello spazio anche la Cina è in corsa. Progetta di costruire un impianto fotovoltaico largo un chilometro nell’orbita geostazionaria a circa 36mila chilometri dalla Terra. A questa distanza dalle interferenze atmosferiche, come i cicli giorno-notte e i cambiamenti meteorologici, il sistema raccoglierà costantemente energia solare, con un’efficienza che si prevede supererà di oltre dieci volte quella dei sistemi fotovoltaici terrestri.
Una volta raccolta, questa energia verrà trasformata in microonde e trasmessa a una stazione di raccolta a terra.
