Ομαδικά έργα

Ηλιακή ενέργεια από το διάστημα

Έρευνα

Σκοπός μας είναι να σχεδιάσουμε και να κατασκευάσουμε ένα σύστημα το οποίο θα συλλέγει την ηλιακή ακτινοβολία έξω από την ατμόσφαιρα της Γης και θα την μεταφέρει στην επιφάνεια του πλανήτη χρησιμοποιώντας ακτίνες laser, οι οποίες θα μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η κλιματική αλλαγή μας απασχόλησε ως θέμα από τις πρώτες μας συναντήσεις. Εδώ μπορείτε να δείτε τον εννοιολογικό χάρτη που κατασκευάσαμε και τις συζητήσεις μας. Η ανάγκη για δράσεις που θα μειώσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και θα αναστρέψουν την πορεία για αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας είναι μεγάλη.

Ηλιακή ενέργεια και φωτοβολταϊκά

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια και αποτελούν μια από τις σημαντικότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που αξιοποιούνται από τους ανθρώπους.

Το σημαντικότερο πλεονέκτημα της είναι η χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας η οποία είναι ανεξάντλητη πηγή, διατίθεται παντού και δεν στοιχίζει απολύτως τίποτα. Είναι τεχνολογία φιλική στο περιβάλλον καθώς δεν προκαλούνται ρύποι από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενώ η λειτουργία του συστήματος είναι αθόρυβη. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν μικρές απαιτήσεις συντήρησης και μεγάλη διάρκεια ζωής.

Το βασικό μειονέκτημα των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι ότι η ηλιακή ακτινοβολία υπάρχει μόνο κατά την διάρκεια της ημέρας και η απόδοση της εξαρτάται πολύ από την εποχή του έτους και τις καιρικές συνθήκες που επικρατούν. Αυτό σημαίνει ότι δεν είναι αξιόπιστη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας αφού δεν μπορεί συνεχώς και με οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα.

Πηγές:

Ηλιακή ενέργεια από το διάστημα

Η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων στο διάστημα, έξω από την ατμόσφαιρα της Γης, είναι μια ιδέα που υπάρχει εδώ και πολλά χρόνια. Από το 1973 ο Αμερικανός μηχανικός Peter Glaser κατέθεσε την πρόταση του για διαστημικούς ηλιακούς δορυφόρους που θα μεταφέρουν την ενέργεια στην γη μέσω μικροκυμάτων.

Την δεκαετία του 1970 και του 1990 η NASA μελέτησε τις δυνατότητες υλοποίησης, ενώ το 2007 η Αμερικανική υπηρεσία ασφάλειας του διαστήματος ασχολήθηκε και πάλι με το θέμα. Το 2011 η Διεθνής Ακαδημία Αστροναυτικής (IAA) παρουσίασε την δική της μελέτη στην οποία σημειώνει την εφικτότητα της κατασκευή και αξιποίησης μεγάλων διαστημικών δορυφόρων που θα συλλέγουν ηλιακή ακτινοβολία. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει έντονο ενδιαφέρον για την κατασκευή και δοκιμή ενός τέτοιου συστήματος από την Κίνα.

Το βασικό πλεονέκτημα των διαστημικών ηλιακών δορυφόρων είναι ότι θα μπορούν να παράγουν πολύ περισσότερη ενέργεια, καθώς δεν θα επηρρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες και τις εποχές (αφού θα βρίσκονται έξω από την γήινη ατμόσφαιρα), ενώ ανάλογα με την τροχιά που θα έχουν θα μπορούν να αποδίδουν ακόμα και κατά την διάρκεια της νύχτας.

Σχέδιο υλοποίησης 1: Η ηλιακή ακτινοβολία συλλέγεται από συστοιχίες φωτοβολταϊκών πάνελ και μεταφέρεται στην Γη με την μορφή μικροκυμάτων.
Σχέδιο υλοποίησης 2: Η ηλιακή ακτινοβολία συλλέγεται από συστοιχίες φωτοβολταϊκών πάνελ και μεταφέρεται στην Γη με την μορφή ακτίνων laser.
Σχέδιο υλοποίησης 3: Η ηλιακή ακτινοβολία συγκεντρώνεται από καθρέφτες και συλλέγεται από μικρότερα φωτοβολταϊκά. Τέλος μεταφέρεται στην Γη είτε με την μορφή μικροκυμάτων είτε ως laser.

Πηγές:

Σχεδιασμός

Σχεδιάζουμε να κατασκευάσουμε ένα σύστημα το οποίο θα προσομοιώνει έναν διαστημικό ηλιακό δορυφόρο, ο οποίος θα συλλέγει την ηλιακή ακτινοβολία και θα την μεταφέρει στην Γη σε μορφή ακτίνων laser.

Τα φωτοβολταϊκά πάνελ θα ελέγχονται από δύο σερβοκινητήρες ώστε να εστιάζουν στην κατεύθυνση όπου υπάρχει η μεγαλύτερη ηλιακή ακτινοβολία. Θα αξιοποιήσουμε τέσσερις αισθητήρες φωτός για να ανιχνεύουμε τα δεδομένα που χρειάζονται.

Η μετάδοση της ενέργειας στη Γη θα γίνεται από μονάδες laser οι οποίες θα είναι όλες στραμμένες σε ένα μοναδικό σημείο, όπου θα βρίσκεται το εργοστάσιο συλλογής και μετατροπής των ακτίνων laser σε ηλεκτρική ενέργεια.

Σε περίπτωση που οι ακτίνες laser για κάποιον απρόβλεπτο λόγο δεν βρίσκουν τον στόχο τους και για να μην υπάρχει κίνδυνος για καταστροφές θα απενεργοποιούνται αυτόματα. Ο έλεγχος θα γίνεται με επιπλέον αισθητήρες φωτός που θα υπάρχουν στην εγκατάσταση στη Γη, ενώ η επικοινωνία του σταθμού εδάφους με τον δορυφόρο θα γίνεται ασύρματα.

Λίστα εξοπλισμού και προτεινόμενο κόστος

  • 2 Arduino UNO R3 ATmega328P Board + USB Cable – 15 ευρώ
  • 1 Solderless MB-102 Breadboard 830 Tie Points For Arduino – 4,5 ευρώ
  • 4 GL5516 5mm Photoresistor LDR Light-Dependent Resistor – 0,60 ευρώ
  • 1 Photoresistor, Light Detection Module for Arduino – 2 ευρώ
  • 2 SG90 TowerPro Micro Servo – 8 ευρώ
  • 2 5mW Laser Module for Arduino KY-008 – 6 ευρώ
  • 1 3W High-Power LED Module for Arduino – 2,6 ευρώ
  • 40pcs Male to Female Dupont Wires/Cables for Arduino – 3,5 ευρώ
  • 40pcs Male to Male Dupont Wires/Cables for Arduino (20cm) (M/M) – 3,5 ευρώ
  • 1 315Mhz RF Transmitter & Reciever Kit for Arduino – 1,5 ευρώ

Συνολικό κόστος ηλεκτρονικών: 47,2 ευρώ

Αφήστε μια απάντηση

Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων