Những cánh đồng điện mặt trời khổng lồ trên Trái Đất có thể không còn cần thiết nữa khi các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California (Viện Caltech) đã tìm ra một giải pháp khác để khai thác điện từ Mặt Trời. Thay vì đặt dưới mặt đất như thường thấy, các tấm pin mặt trời sẽ được đưa ra ngoài không gian để sản xuất điện và sau đó truyền không dây về Trái Đất.
Trong thông cáo báo chí của mình, viện Caltech cho biết đã thành công trong thí nghiệm truyền điện không dây từ ngoài không gian về Trái Đất. Thí nghiệm này là một phần trong dự án Space Solar Power Project của Caltech.
Bộ phận truyền phát năng lượng về Trái Đất từ ngoài không gian của Caltech.
Việc truyền năng lượng không dây được thực hiện bằng MAPLE – viết tắt của Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (Tấm Vi sóng truyền năng lượng Quỹ đạo thấp) – một trong 3 công nghệ nòng cốt đang được thử nghiệm cho dự án này. Tuy vậy, thử nghiệm vừa qua mới chỉ sử dụng một nguyên mẫu của thiết bị sử dụng công nghệ này.
Bộ phận đóng gói và triển khai các ăng ten truyền năng lượng trong nguyên mẫu thử nghiệm của Caltech
Theo Caltech, MAPLE chứa một mảng các thiết bị truyền năng lượng dưới dạng vi sóng, được điều khiển bằng các chip tùy chỉnh sản xuất trên những công nghệ silicon giá rẻ. Mảng các thiết bị phát năng lượng này cho phép truyền điện năng đến một địa điểm cụ thể. Các chip này được cần phải có trọng lượng nhẹ và đủ mềm dẻo để gập gọn lại trong một gói và phóng nó lên quỹ đạo Trái Đất với chi phí thấp nhất có thể.
Tấm truyền năng lượng có trọng lượng nhẹ và có thể uốn dẻo để gập gọn lại khi phóng lên không gian.
Bằng cách kết hợp tín hiệu giữa các bộ phát điện riêng lẻ, một dãy các bộ phát điện có thể thay đổi tiêu điểm và hướng của năng lượng mà nó phát ra – mà không cần dịch chuyển bất kỳ bộ phận nào. Dãy máy phát này sẽ sử dụng các bộ phận điều chỉnh thời gian siêu chính xác để tự động tập trung năng lượng vào một vị trí mong muốn khi kết hợp với sóng điện từ trường.
Để chứng minh khả năng phát điện không dây trong không gian, ngoài bộ phát điện, MAPLE còn có 2 mảng máy thu điện riêng biệt được đặt cách thiết bị phát khoảng một bước chân. Khi nhận được năng lượng, chúng sẽ chuyển đổi thành dòng điện một chiều DC và thắp sáng một cặp đèn LED để mọi người nhận biết được khả năng truyền điện.
Ảnh chụp bên trong MAPLE, với dãy các ăng ten truyền năng lượng ở bên phải và bên trái là dãy các ăng ten thu năng lượng.
Toàn bộ hệ thống cũng không được niêm phong bảo vệ, do vậy, nó sẽ phải hứng chịu điều kiện khắc nghiệt ngoài không gian, bao gồm sự biến động nhiệt độ và bức xạ mặt trời – những thách thức sẽ đến đối với các hệ thống lớn hơn trong tương lai.
Ngoài ra MAPLE còn được lắp đặt một cửa sổ nhỏ để tấm thiết bị này có thể truyền phát năng lượng về Trái Đất. Năng lượng này sẽ được phát hiện và hấp thụ bởi một bộ thu điện được đặt trên mái nhà của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Gordon and Betty Moore trong khuôn viên Caltech ở Pasadena.
Tín hiệu vi sóng mang năng lượng được thu nhận trên mái nhà của Phòng thí nghiệm Moore.
Thử nghiệm vừa qua không chỉ chứng minh nguyên mẫu thiết bị đang được phát triển có thể sống sót được trong quá trình phóng lên quỹ đạo Trái Đất, mà còn hoạt động như dự định của nhóm nghiên cứu. Các ăng ten truyền phát năng lượng cũng được phân chia thành nhiều nhóm khác nhau để nhóm nghiên cứu đánh giá hiệu suất của từng kiểu giao thoa tín hiệu và đo lường được sự khác biệt trong mỗi hệ thống.
Nếu thành công, việc sản xuất và truyền điện từ không gian sẽ mang lại một bước tiến đột phá trong việc khai thác nguồn năng lượng không giới hạn từ Mặt Trời, khi môi trường trên quỹ đạo Trái Đất sẽ không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như ngày đêm, mây che phủ - có thể mang lại năng lượng gấp 8 lần so với các tấm pin mặt trời đặt ở bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất.
Khi được triển khai, dự án này sẽ xây dựng một chùm các tàu vũ trụ dạng module có thể ghép nối với nhau, để thu thập năng lượng mặt trời, biến chúng thành điện năng và chuyển đổi thành vi sóng để truyền không dây đến bất cứ nơi nào cần thiết – bao gồm cả những nơi đang không có nguồn điện đáng tin cậy.
Theo chủ tịch Caltech, ông Thomas F. Rosenbaum cho rằng, công nghệ truyền tải năng lượng mặt trời từ ngoài không gian này có thể là câu trả lời cho các thách thức về lưu trữ và truyền tải năng lượng tái tạo, đưa thế giới tiến gần hơn tới quá trình chuyển dịch sang năng lượng xanh.
