Evropa chce 50 solárních „Temelínů“ na oběžné dráze. Stavět je chtějí i Češi

Slunce. Zdroj o zdaleka největším energetickém potenciálu na světě. V otevřeném kosmu vyzařuje neustále a solární panely ve vesmíru by z něj mohly získávat až 40krát víc energie než na Zemi. A to si dobře uvědomují i vesmírné mocnosti jako USA, Čína, Japonsko, ale i Evropa, která už má dokonce schválený návrh, jak energii získávat.

Informace a záběry si můžete poslechnout i prohlédnout v úvodní videoreportáži.

Video u toho článku představuje animaci projektu Solaris, tedy vybudování obrovské solární elektrárny na zemské oběžné dráze. Evropská kosmická agentura (ESA) v něm počítá s konstrukcí až 50 satelitů, které budou mít každý od 10 do 15 kilometrů čtverečních fotovoltaických panelů – neustále vystavených slunečnímu záření a bez ohledu na oblačnost nebo roční období, takže celkový výkon by měl dosahovat až 750 TWh ročně.

„Je to, jako bychom všechny fotovoltaické panely, které máme dneska na polích u nás v České republice, umístili na jeden satelit. Může být někde vysoko, ideálně na geostacionární dráze, nebo i trochu níž, takže bychom ho viděli třeba jako letadlo,“ začíná v reportáži pro SZ Tech popisovat evropský návrh Jakub Holovský z Katedry elektrotechnologie na Fakultě elektrotechnické ČVUT (FEL).

„A když započteme různé jeho výhody a i to, že by ta technologie pravděpodobně už byla pokročilejší, než máme dnes, tak by ten jediný satelit vyrobil elektřiny jako náš Temelín. To je samozřejmě pěkná představa, ale zároveň z technologického hlediska je to určitě velice ambiciózní projekt,“ dodává vysokoškolský odborník na fotovoltaiku. Tuzemská Jaderná elektrárna Temelín ročně vyrobí téměř 16 TWh.

K překonání technologických výzev má ale ESA ještě čas. Projekt si schválila teprve loni v listopadu a teď v dubnu objednala dvě paralelní studie proveditelnosti. Hotové by však měly být už příští rok, kdy se má začít stavět i první demonstrátor. Ten chce agentura poslat na oběžnou dráhu v roce 2030 a prototyp komerční, plně fungující solární elektrárny spustit do roku 2040.

I přes dlouhodobý časový plán má ale už teď o Solaris zájem řada firem, a to i těch v Česku. Podle šéfa jedné z nich by obří projekt mohl do českého průmyslu, ale nejen tam, přivést i 100 až 200 milionů eur (2,4 až 4,8 miliardy Kč).

„Já myslím, že by to mohl být obrat, nebo tedy podepsané kontrakty v této hodnotě. Opravdu to může být i víc. Bude záležet na těch technologiích, které dnes některé jsou, některé se budou muset vyvinout, modifikovat. Ale vzhledem ke zkušenostem v daném rozsahu projektu si myslím, že to může být zajímavé minimálně pro deset průmyslových subjektů – možná i akademických. My třeba spolupracujeme s VUT Brno nebo ČVUT Praha, takže i ty by se tam určitě zapojily,“ dává svůj odhad pro SZ Byznys Pavel Sobotka, ředitel brněnské firmy Frentech Aerospace.

Jednou z dalších českých firem, která projevila o účast na projektu Solaris zájem v reakci na dotaz redakce, je klatovská ATC Space, která už má s ESA zkušenosti. V rámci kontraktu za miliony eur ročně vyrábí a dodává frézované díly a sestavy pro novou generaci jejích raketových nosičů, která začne létat na přelomu roku.

„My jako společnost vyrábějící strukturální prvky pro evropskou raketu Ariane 6 bychom se velmi rádi ucházeli o účast v projektu Solaris,“ potvrdil jednatel podniku Tomáš Kroták.

A pět dalších tuzemských podniků, které by se na orbitální solární elektrárně také mohly podílet, uvedla také v reakci na dotaz redakce SZ Byznys sama Evropská kosmická agentura. Patří mezi ně třeba 5M vyrábějící kompozitní materiály v Kunovicích nebo Honeywell s mechanismy k polohování antén z Brna, odkud pochází i zbývající tři.

„Jakožto jeden z nejsilnějších hráčů v Evropě na poli space technologií a vývoje a výroby satelitů určitě na programy a tyto konstelace koukáme. Je to něco, u čeho jsme byli, vyhodnocujeme výstupy, které jsme dostali z toho počátečního rozhodnutí o programu. A je to něco, co je samozřejmě velice atraktivní. Je to velmi ambiciózní projekt, který bude podle mého trvat nějakou dobu, než se zhmotní, ale určitě je to něco, do čeho bychom se rádi zapojili,“ reaguje v reportáži v úvodu článku jednatel skupiny OHB Czechspace Vít Pavelec.

„Vesmírné projekty jsou v kosmickém průmyslu obvykle velice dlouhodobé, takže i naše strategie jsou na deset a více, i dvacet až třicet let dopředu. Samozřejmě v tom spatřujeme naši účast podle toho, co jsme do projektu schopni už dnes udělat. A řekněme, že možná za pět let to bude i něco víc, ale dnes pracujeme na kontrolních systémech teploty a ovládacích mechanismů struktur,“ dodává pro redakci vedoucí strategie firmy S.A.B. Aerospace Inna Uwarowaová.

„Naše firma by rozhodně o spolupráci na tomto projektu zájem měla. Myslím si, že právě naše firma má zkušenosti s mechanismy, které rozvíjí solární panely,“ uvádí také Pavel Sobotka z Frentech Aerospace.

„Celá naše skupina je schopna poskytnout tomuto programu samozřejmě věci od počátečního vývoje nebo nějaké konceptuální fáze a studie, až po vlastní design té konstelace. Přes výrobu, integraci, Assembly & Testing až po výsledné testování. Spolu s nějakým poskytovatelem cloud services jsme schopní poskytnout komplexní řešení,“ doplňuje Pavelec z OHB Czechspace.

Případné české firmy v Solarisu budou muset do vývoje nových technologií a výroby určitě vložit nemalé peníze. Návratnost investic v kosmickém průmyslu však bývá až desetinásobná. Na loňském festivalu Czech Space Week v Praze to uvedla agentura CzechInvest a potvrzují to i šéfové samotných podniků.

„Návratnost investic je jasná. Už je to odzkoušené, není to potřeba diskutovat. Je to opravdu tak, že návratnost investic do vesmírných projektů je vysoká,“ potvrzuje Sobotka z Frentech Aerospace.

Cíl projektu je přitom v dnešní i budoucí době asi jasný. Orbitální solární elektrárna o kapacitě až 750 TWh má Evropské unii pomoci k větší energetické soběstačnosti, ale hlavně docílit už schválené uhlíkové neutrality k roku 2050. Tou dobou by mohla vyrábět desetinu veškeré elektřiny, kterou by Evropa potřebovala. V úvodních letech od jejího spuštění v roce 2040 zřejmě ale nejdřív bude kompenzovat vlastní energetickou a uhlíkovou stopu.

„Pokud chceme nějak přispět k uhlíkové neutralitě, musíme začít počítat něco, čemu říkáme doba energetické návratnosti. Nebo chcete-li doba uhlíkové návratnosti. A v tom musíme započítat právě všechnu energii vynaloženou na výrobu zařízení, ale i na jeho vynesení na oběžnou dráhu. A tahle doba energetické návratnosti musí být samozřejmě podstatně kratší, než je životnost. Jenže na oběžné dráze se životnost může zkrátit vlivem kosmického záření,“ popisuje Jakub Holovský z Katedry elektrotechnologie na Fakultě elektrotechnické ČVUT (FEL).

Aby se vlivem kosmického záření nesnižovala životnost samotných panelů, pokrývají se vrstvou skla tenkou pouze na desetinu milimetru, takže si dokážou zachovat až 88 procent výkonu i po 15 letech. Životnost těch na Zemi se ovšem pohybuje mezi 25 až 30 lety. Stále je tak co zlepšovat.

„Aby to vůbec dávalo smysl, budeme muset zapracovat na vývoji technologií. Kromě toho, že máme dnes materiály a technologie, které jsou čím dál účinnější a levnější, tak budeme muset zapracovat i na tom, aby byly odolné vůči kosmickému záření a aby se na oběžné dráze nepřehřívaly. Ale hlavně budou muset být velmi lehké, a to i včetně těch mechanických konstrukcí. Proto je ten projekt tak ambiciózní,“ říká v reportáži SZ Tech Holovský.

Výhodný poměr hmotnosti a nosné plochy svých konstrukcí už ale zmiňovala právě třeba klatovská firma ATC Space. A brněnská S.A.B. Aerospace navrhuje dokonce i možnost, jak celkovou hmotnost dopravovaných součástí elektrárny ještě snížit.

„V současnosti připravujeme žádost o studii pro ověření možnosti využití speciálních konstrukcí s velmi výhodným poměrem nosnosti a plochy. A využitelné by byly právě jako nosné konstrukce pro solární panely,“ potvrzuje Tomáš Kroták, jednatel ATC Space.

„Vynášení takto velkých struktur samozřejmě omezuje kapacita pro start raket a velikost jejich nákladového prostoru. V kosmu je to ale úplně jiné prostředí, a co nás třeba ještě limituje u velkých konstrukcí, je i zátěž při startu. Proto je občas struktura družice těžší, než by musela být, protože musí ustát start. Ale pak jsou už podmínky úplně jiné,“ vysvětluje problematiku Uwarowová ze S.A.B. Aerospace.

„Proto jsou mezi budoucími cíli také roboti v kosmu, tedy satelity vybavené pohonem s naváděcími a ovládacími systémy, robotickými pažemi a dokováním, kteří v podstatě budou stavět zařízení. A je to i používání 3D tisku v kosmu, které teď také s našimi partnery vyvíjíme tak, abyste pak mohli dovážet i jen materiál,“ dodává odbornice.

Až bude Solaris ovšem hotová, její údržba by už tak náročná být nemusela. „Troufnu si říct, že fotovoltaická elektrárna je relativně bezúdržbová. Navíc je složená z komponentů, které se opakují. To znamená, že pro nějaké robotické obsluhování je to ideální. A není také problém elektronicky sledovat produkci z každé té součástky a identifikovat nějakou vadnou součástku,“ vysvětluje Holovský z ČVUT.

Automatizované a robotické systémy třeba i k výměně dosluhujících panelů je přitom schopna doručit opět brněnská firma Frentech Aerospace. „Myslím si, že bychom také mohli přispět k robotickým aplikacím, které tam rovněž budou. A snad i k nějaké automatické montáži,“ dodává šéf společnosti Sobotka.

Zřejmě největší překážkou tak zůstává přenos vyrobené solární elektřiny zpět na Zemi. Alespoň tedy zatím. Jejím vyřešením by se naopak dalo ušetřit budování pozemní infrastruktury. Například kabel podle Holovského nedává smysl.

„Vhodné by bylo ho natáhnout ze Sahary, ale z orbity použijeme nějaký bezdrátový přenos. A tam od doby, co byl vynalezen usměrňovač, už to nějakými anténami lze. Dneska bezdrátově nabíjíme mobil. Ale pravda je ta, že reálné testy se prováděly tak do vzdálenosti jednoho kilometru a pravděpodobně tam budou i problémy s bezpečností. Ta technologie ale víceméně kopíruje technologii satelitního vysílání, akorát musí být více směrová. A pak je ještě alternativa nějaký laser,“ uvádí odborník na solární panely z FEL ČVUT.

Bezdrátový přenos energie, konkrétně v podobě mikrovln, přitom třeba už loni v září úspěšně demonstroval francouzský Airbus. Ve své experimentální továrně X-Works Innovation Factory otestoval takzvaný Power Beaming na vzdálenost 36 metrů, což je oproti výšce geostacionární orbity ve 36 tisících kilometrech pořád obrovský rozdíl, firma si ale na její dosažení věří do začátku příští dekády. A je možné, že i nejprve jako uzly při přenosu energie využije letadla. Vzdálenost přitom ale pořád není jediný problém, ať už mikrovlnného vysílání, nebo laseru.

„Já myslím, že v obou případech bude problém trochu se závislostí na počasí. A každá taková přeměna energie a její transport má nějakou účinnost. Takže reálně si myslím, že pokud se podaří přenést 50 procent energie, tak to bude úspěch. A to samozřejmě je potřeba zase započítat do té doby energetické návratnosti a do toho příspěvku k uhlíkové neutralitě,“ uzavírá své hodnocení pro SZ Byznys a Tech Jakub Holovský.