ทำไมบางพื้นที่ถึงมีการนำลูกโป่งพลังงานแสงอาทิตย์ไปใช้น้อย ทั้งที่มีแสงแดดมาก

การเข้าใจเทคโนโลยีลูกโป่งพลังงานแสงอาทิตย์และศักยภาพในการใช้งานที่ระดับความสูงสูง

ลูกโป่งพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร และมันใช้พลังงานแสงอาทิตย์อย่างไร?

บอลลูนแสงอาทิตย์สร้างแรงกระตุ้น เมื่อแสงอาทิตย์ทําให้อากาศในเปลือกที่ใสใสใส อากาศอบอุ่นขยายตัว และเบากว่าที่อยู่รอบตัว ดังนั้นบอลลูนจะลอยขึ้นตามธรรมชาติ โดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงในการเผาไหม้ รุ่นใหม่ๆ นําแนวคิดพื้นฐานนี้ไปไกลกว่านี้ โดยการเพิ่มแผ่นแสงอาทิตย์ตรงไปยังมัน แผ่นไฟฟ้าเหล่านี้สร้างไฟฟ้า เพื่อให้ใช้งานกับสิ่งต่างๆ เช่น GPS ติดตาม อุปกรณ์สื่อสารวิทยุ และเซ็นเซอร์ต่างๆ ขณะที่มันพุ่งอยู่บนนั้น การทดสอบบางครั้งแสดงให้เห็นว่า การออกแบบพิเศษสําหรับบัลลูนชั้นสมุทรชั้นใต้ สามารถได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้ประมาณ 500 วัตต์ต่อตารางเมตร ในจุดที่แข็งแรงที่สุด ตามการวิจัยที่พิมพ์เมื่อปี 2017 โดยลู และคนอื่นๆ การรวมทั้งการยกจากความร้อน และการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ทําให้บอลลูนเหล่านี้สามารถอยู่บนอากาศได้นานกว่านี้ โดยไม่มีใครต้องขึ้นไป เติมน้ํา

บทบาทของระบบไฟฟ้าไฟฟ้าในรถยนต์สตราโตสเฟียร์

การทํางานของบัลลูนพลังแสงอาทิตย์จะขึ้นอยู่กับว่า เราวางแผ่นไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไว้ที่ไหน พยายามให้ผสมผสานที่เหมาะสมระหว่างการกระจายน้ําหนัก วิธีการไหลของอากาศรอบตัว และการทําให้แน่ใจว่ามันจับแสงอาทิตย์ได้เพียงพอ คนส่วนใหญ่ติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ในรูปทรงกระบอก หรือรูปแบบคล้ายกับกระเบื้องบนชั้นนอกของบอลลูน การตั้งค่านี้ช่วยให้ได้รับแสงแดดสูงสุด โดยไม่ทําให้วัสดุนั้นเครียดมากเกินไป จากการศึกษาจาก Renewable Energy ในปี 2020 การตั้งมุมของแผ่นไฟฟ้านี้ประมาณ 15-20 องศา กลับไปที่ที่ดวงอาทิตย์สูงสุด การเลือกออกแบบที่ฉลาดแบบนี้ทําให้เกิดความแตกต่าง ในการให้พลังงานไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง เมื่อบอลลูนขึ้นไปบนฟ้า และยังคงผ่านวงจรกลางวันและกลางคืน เมื่อการเปลี่ยนแปลงแสงสว่างและรูปแบบสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

ข้อดีของบัลลูนพลังแสงอาทิตย์เหนือจากแพลตฟอร์มอากาศแบบดั้งเดิม

บอลลูนพลังแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกที่ถูกกว่า และเขียวกว่า เมื่อเทียบกับดาวเทียมที่แพง และเครื่องบินไร้ประสาทที่ใช้เชื้อเพลิงที่กระจายเสียงดัง ที่เราเห็นทุกที่ในปัจจุบัน สิ่งเหล่านี้สามารถลอยอยู่บนความสูงประมาณ 20 ถึง 25 กิโลเมตร เป็นเวลาหลายสัปดาห์ต่อเนื่อง เพื่อให้การคลุมคลุมอย่างต่อเนื่อง เพื่อดูดาวเคราะห์ของเรา ติดตามการเปลี่ยนแปลงสภาวะอากาศ และแม้กระทั่งช่วยส่งสัญญาณสื่อสาร การศึกษาเมื่อปีที่แล้วพบว่า การใช้บัลลูนแสงอาทิตย์ ลดต้นทุนลงประมาณ 60% เมื่อเทียบกับการส่งของไปในวงโคจรโลกที่ต่ํา นอกจากนี้ พวกมันยังผลิตคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่า กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง เกือบ 700 กรัม สิ่งที่ทําให้มันมีประสิทธิภาพมาก คือการออกแบบที่ง่าย ที่ทําให้มันสามารถขับเคลื่อนไปกับกระแสลมสูงในชั้นบรรยากาศ

ความไม่ตรงกันทางภูมิศาสตร์: ภูมิภาคที่มีแสงอาทิตย์สูง มีการใช้บัลลูนแสงอาทิตย์น้อย

การ ระบุ ความ ปรากฎ ที่ แตก ลง จาก แสงแดด มาก แต่ ใช้ ได้ จํากัด

แม้ว่าพื้นที่เหล่านี้จะได้รับแสงอาทิตย์มากมาย แต่สถานที่ใกล้เส้นตรงโลกาภิวัตน์ และภูมิทรายที่แห้ง ที่มีแสงอาทิตย์เฉลี่ยประมาณ 5 ถึง 6 กิโลวัตถาต่อเมตรสแควร์ ซึ่งแตกต่างจากสิ่งที่เราเห็นในพื้นที่ ที่ฟาร์มพลังแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม ถูกนํามาใช้ในอัตราที่สูงกว่า 67% ในจุดที่แดดมีอยู่เหมือนกัน ทําไมถึงมีช่องว่างขนาดนี้ มีปัญหาจริง ๆ ที่นี่ ลมที่สูงมากบางครั้งจะเพิ่มความเร็วได้มาก พัดได้มากกว่า 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ทําให้มันยากที่จะรักษาความมั่นคงของบัลลูน นอกจากนี้ แสงอาทิตย์ที่นั่นก็แรงมาก จนเคลือบเฉพาะบนแผ่นแสงอาทิตย์จะเสียสภาพเร็วกว่า 40% เมื่อเทียบกับพื้นที่เย็นกว่า

การวิเคราะห์แสงอาทิตย์กับแนวโน้มการใช้งานปัจจุบัน

จาก 22 ประเทศ ที่ได้รับแสงอาทิตย์อย่างน้อย 2,800 ชั่วโมงต่อปี มีเพียง 8 ประเทศ ที่มีโครงการบอลลูนแสงอาทิตย์จริง ๆ กําลังดําเนินการอยู่ บอลลูนส่วนใหญ่จะตกอยู่ในบริเวณที่อยู่รอบขอบเขตกลาง ที่มีแสงอาทิตย์ที่เหมาะสม แต่ไม่มาก (ประมาณ 3 ถึง 4 กิโลวัตถ์วัตถุต่อตารางเมตร) พื้นที่เหล่านี้มักจะมีการสนับสนุนจากรัฐบาลที่ดีกว่าสําหรับพลังงานที่เกิดใหม่ และระบบเทคนิคที่มีอยู่แล้วเพื่อสนับสนุนโครงการดังกล่าว ลองดูสถานที่ทดสอบในเขตอากาศอ่อนนวลเหล่านี้ พวกเขากําลังเก็บกลองของพวกเขาไว้ในอากาศ ประมาณ 85% ของเวลา แม้ว่ามันจะผลิตพลังงานน้อยกว่าประมาณ 18% เมื่อเทียบกับการตั้งแบบเดียวกัน ใกล้เส้นอุณหภูมิ ดูเหมือนความมั่นคงจะมีอํานาจเหนือการสกัดพลังงานแสงอาทิตย์จนถึงดุ๊ดสุดท้าย

ปัญหาทางเทคนิคในการบูรณาการพลังงานแสงอาทิตย์ที่น่าเชื่อถือบนบัลลูน

การจัดการกับอัตราการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ระหว่างการขึ้นและวงจรกลางวัน

ผลประกอบการของแผ่นไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าตกต่ําประมาณ 47% เมื่อมันขึ้น เพราะอุณหภูมิเปลี่ยนเร็วมาก ตามการวิจัยจาก National Renewable Energy Lab เมื่อปี 2023 ที่นั่นที่ความสูง 20 กิโลเมตร แม้แสงอาทิตย์จะเข้มแข็งขึ้นประมาณ 25% แต่แผ่นไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพน้อยลงมาก เมื่อมันเย็นเย็นลงถึงลบ 56 องศาเซลเซียส เพื่อให้ระบบสําคัญทํางานในช่วงเช้าและเย็นที่ยากลําบากนั้น วิศวกรต้องเผชิญกับปัญหาที่ใหญ่ การจัดการกับความสับสนของแรงดัน ที่จริงแล้วใหญ่กว่าสามเท่าของสิ่งที่เกิดขึ้นกับระบบแสงอาทิตย์ที่ตั้งอยู่บนพื้นดิน นั่นหมายความว่าต้องมีอุปกรณ์พิเศษ เพื่อจัดการกับความเปลี่ยนแปลงของพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความเครียดของวัสดุและการทําลายความร้อนในสภาพสตราโตสเฟียร์

อุณหภูมิที่สูงสุดของกลองชั้นกลางชั้นฟ้า สามารถเปลี่ยนแปลงได้ถึง 165 องศาเซลเซียส ในวันเดียว ซึ่งทําให้ผิวโพลิเมอร์ของมันยืดและหดตัวเกือบสองครั้งต่อวัน การขยายและการหดตัวอย่างต่อเนื่องนี้ ทําให้วัสดุมีผลเสียหาย ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในหนังสือ Aerospace Materials Review เมื่อปีที่แล้ว การสวมใส่และการสับสนเกิดขึ้นเร็วประมาณสี่เท่าของสิ่งที่เราเห็นในเครื่องบินปกติที่บินที่สูงต่ํา และยังมีปัญหาอีกอย่าง ในระดับสูงประมาณ 50,000 ฟุต ที่บัลลูนเหล่านี้ทํางาน แสงดวงอัลตรไวโอเล็ตมีแรงพอที่จะทําลาย การ ป้องกัน ปัญหา นี้ แต่วัสดุที่แข็งแรงกว่านี้มีค่าใช้จ่าย - มันมีน้ําหนักเพิ่มอีก 9 กิโลกรัมต่อตารางเมตร น้ําหนักเพิ่มนั้นไม่ใช่ข่าวดี สําหรับระยะเวลาที่ลูกกลองสามารถบินอยู่บนอากาศ หรือน้ําหนักของที่มันสามารถบรรทุกได้

การสมดุลน้ําหนักและประสิทธิภาพในระบบไฟฟ้าโฟตโวแลต

จากการวิจัยจาก MIT ในปี 2022 แผ่นแสงอาทิตย์ชั้นบางมีผลงานดีขึ้นประมาณ 21% ในเรื่องของพลังงานต่อน้ําหนัก เมื่อเทียบกับแผ่นซิลิคอนแบบดั้งเดิม ซึ่งทําให้มันดีสําหรับสิ่งที่ต้องเบาลง แต่มีข้อตกลงว่า มันน่าอ่อนแอ เพื่อรับมือกับลมพัดกระแสไฟฟ้าที่เร็วถึง 160 กิโลเมตรต่อชั่วโมง พานล์เหล่านี้ต้องการโครงสร้างเสริมทนที่จริงจัง และนี่คือจุดที่นักออกแบบต้องเจอปัญหาจริง การประหยัดแค่ 1 กิโลกรัมของพลังแสงอาทิตย์ ซึ่งทําให้เราเสียส่วนใหญ่ของสิ่งที่เราได้จากการใช้วัสดุใหม่ๆ ที่หรูหราเหล่านี้

ความท้าทายด้านพื้นฐาน การกํากับและการดําเนินงานในการจัดจําหน่าย

การขาดการสนับสนุนทางพื้นดินในการปล่อยและฟื้นฟูในพื้นที่ห่างไกล

สถานที่ที่ดีที่สุดสําหรับการปล่อยของ เป็นพื้นที่ที่อยู่ห่างไกลในทะเลทราย หรือภูเขาสูงที่มีแสงอาทิตย์ ที่มีแสงมาก แต่ไม่มีอะไรอื่น ส่วนใหญ่ของสถานที่เหล่านี้ ไม่มีถนนที่เหมาะสมผ่านมัน ไม่มีโรงจอดรถที่ยืนอยู่รอบๆ และแน่นอนว่าไม่มีคนพอ ที่รู้ว่าพวกเขาทําอะไร เมื่อบริษัทต้องตั้งฐานชั่วคราว เพียงเพื่อดําเนินการในนั้น นั่นทําให้งบประมาณของพวกเขาขาดทุน เรากําลังพูดถึงการกระโดดราคาที่อยู่ที่ 40% ถึง 60% ทําไมล่ะ? เพราะพวกเขาต้องการอุปกรณ์พิเศษ เช่น เครื่องบดฮีเลียมขนาดใหญ่ และระบบควบคุม ที่สร้างขึ้นเพื่อทนต่อสภาพอากาศที่รุนแรง การดูการดําเนินงานในชั้นบรรยากาศชั้นสูงเมื่อไม่นานมานี้ ในปี 2023 ยืนยันปัญหานี้ และโดยไม่มีพื้นฐานที่คงอยู่ ทุกภารกิจจะทําให้มีค่าใช้จ่ายเพิ่ม เพียงแค่การตั้งค่าเท่านั้น ซึ่งทําให้การปรับขนาดยากกว่าที่ใครต้องการ

กฎระเบียบพื้นที่อากาศและการจํากัดการบินข้ามชายแดน

บอลลูนพลังแสงอาทิตย์บินจากระยะทาง 60,000 ฟุต ถึง 80,000 ฟุต จะตกอยู่ในพื้นที่อากาศที่ซับซ้อน FAA ยอมให้ใช้งานสิ่งทดลองบางส่วน ตามส่วนที่ 101 สําหรับคนในอเมริกา แต่ในยุโรปและเอเชีย รัฐบาลมักต้องการอนุญาตพิเศษสําหรับทุกการบิน การพยายามส่งลูกกลองข้ามชายแดน จะทําให้เกิดปวดหัวมากขึ้น ยกตัวอย่างโครงการสิ่งแวดล้อมในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนนี้ พวกเขาต้องผ่านกระบวนการอนุมัติของประเทศ 6 ประเทศ และใช้เวลาไม่น้อยกว่า 14 เดือนยาวนานเพื่อแก้ไขทุกอย่าง ผ่าตัดนี้ทําให้เร่งขัดการทํางาน เมื่อมีการตอบสนองอย่างรวดเร็ว และเพิ่มเติมกระดาษจํานวนมาก ที่ไม่มีใครต้องการจัดการ

ความยากลําบากในการบํารุงรักษา ในภูมิภาคที่มีแสงอาทิตย์มาก และการเข้าถึงที่ยาก

แสงอาทิตย์มีผลต่อวัสดุในภูมิอากาศร้อน โดยการทําลายของแสง UV จะเกิดขึ้นเร็วขึ้น 30% จากที่ผู้ผลิตคาดไว้ นั่นหมายความว่าอายุการใช้งานของซองปกป้องจะลดลงอย่างมาก เมื่อถึงเวลาซ่อมแซมแผ่นแสงอาทิตย์ หรือระบบเก็บไฮโดรเจน สิ่งต่างๆก็ยากขึ้น เพราะไม่มีช่างเทคนิคที่มีความชํานาญพอ และยังมีสถานที่หลายแห่งที่ขาดอุปกรณ์ที่เหมาะสม สําหรับการตรวจสอบ เช่น เครื่องบินไร้คนขับ หรือจุดลงที่เหมาะสมสําหรับเฮ จากการศึกษาของอุตสาหกรรมเมื่อปีที่แล้ว เกือบ 6 ใน 10 การหยุดทํางานที่ไม่คาดหวัง เกิดขึ้นเพราะการบํารุงรักษาถูกเลื่อนออกไปในพื้นที่แห้ง และอย่าลืมเรื่องพายุทรายที่พัดผ่านพื้นที่เหล่านี้ ซึ่งทําให้กระบวนการสกัดสลายเร็วขึ้น

ความสามารถทางเศรษฐกิจและช่องว่างทางการเมืองที่ขัดขวางการนํามาใช้อย่างแพร่หลาย

ค่าเริ่มต้นสูง VS ผลกําไรจากการลงทุนระยะยาว

ระบบลูกสุลาร์โดยเฉลี่ยต้องการเงินประมาณ 1.2 ล้านดอลลาร์ เพื่อเริ่มต้น ตามข้อมูลของ REN21 จากปี 2023 ซึ่งมีค่าใช้จ่ายประมาณสองเท่าของค่าใช้จ่ายของเครื่องบินจอดร่องรอยแบบดรอนแบบดั้งเดิม แม้ว่าระบบเหล่านี้จะไม่ต้องการน้ํามัน และต้องการการบํารุงรักษาน้อยกว่าโดยรวมแล้ว แต่มันยังคงช่วยประหยัดประมาณ 40% จากค่าใช้จ่ายทั้งหมดหลังจาก 10 ปี แต่นี่คือข้อตกลง ส่วนใหญ่ของหน่วยงานรัฐบาลและหน่วยงานควบคุม มีแนวโน้มที่จะมุ่งเน้นต่อข้อจํากัดงบประมาณทันทีของตัวเอง แทนที่จะคิดถึงการประหยัดในระยะยาว แน่นอนว่า ราคาเซลล์ไฟฟ้าไฟฟ้าได้ลดลงเกือบ 90% ตั้งแต่ปี 2010 แต่ชิ้นส่วนเฉพาะอย่างเช่น เซลล์กันไฮโดรเจน และระบบควบคุมการบินที่มีความแม่นยํานั้น ยังคงแพงอยู่ เพราะผู้ผลิตยังไม่ผลิตมันในปริมาณที่มากพอ

การขาดแรงจูงใจจากรัฐบาลสําหรับแพลตฟอร์มอากาศที่สามารถนํามาใช้พลังงานใหม่ได้

ประมาณ 12% ของประเทศที่มีภูมิภาคพลังแสงอาทิตย์ประเภท A เท่านั้น ที่จริงแล้วก็ให้ผ่อนคลายภาษีสําหรับการใช้บัลลูนพลังแสงอาทิตย์ ในขณะที่ประมาณสองในสามของประเทศนั้น ให้การสนับสนุนทางการเงินสําหรับการติดตั้งพลังแสงอาทิตย์พื้นดินแบบดั้งเดิม ตามผลการค้น เหตุผลที่ทําให้มีช่องว่างนี้ กฎหมายการบินส่วนใหญ่ยังคงปฏิบัติกับบัลลูนพลังแสงอาทิตย์ เป็นเครื่องมือทดลอง แทนที่จะเป็นพื้นฐานที่เหมาะสม ผู้ผลิตกําลังเผชิญกับปัญหาอย่างหนัก เพราะพวกเขาไม่ได้รับเงินสนับสนุนการวิจัย หรือรับผลกําไรภาษีผลิต ที่คล้ายกับสิ่งที่ผู้ผลิตเครื่องจักรลมและผู้ผลิตแผ่นพลังแสงอาทิตย์ทั่วไปได้รับ การขาดการสนับสนุนทางการเงินนี้ ทําให้มันเป็นเรื่องยากสําหรับบริษัท ที่พยายามที่จะเพิ่มปริมาณการผลิต หรือลดราคา

การศึกษากรณี: นักบินบัลลูนแสงอาทิตย์ที่ล้มเหลวในแอฟริกาใต้ซาฮารา

โครงการติดตามความแห้งที่เริ่มในมาลีเมื่อปี 2022 ด้วยแผนการสร้างบัลลูนพลังแสงอาทิตย์ 18 ลูก ก็จบลงด้วยความล้มเหลวหลังจากเพียงแปดเดือน เพราะปัญหาทุกชนิด เจ้าหน้าที่การคลังได้ปรับภาษีที่น่าตกใจถึง 740 000 ดอลลาร์ สําหรับวัสดุประกอบหรูๆ ที่เราต้องนําเข้า ซึ่งทําให้งบประมาณของเราขาดทุน แล้วเมื่อทุกอย่างเริ่มแตก? ไม่มีเทคนิคท้องถิ่นคนไหน ที่รู้วิธีแก้ไขเซลล์ไฮโดรเจน ดังนั้นปัญหาหนึ่งหลังหนึ่งก็เรื่อยๆสะสมขึ้น นอกจากนั้น กฎบินที่เข้มงวด ทําให้เราสามารถปกคลุมได้เพียงประมาณ 30% ของสิ่งที่เราต้องการที่จะติดตาม ในที่สุด รายได้ทั้งหมดนี้อยู่ที่ 2.6 ล้านดอลลาร์ มันสอนเราอะไร? เงินเพียงแค่นั้นก็ไม่เพียงพอ แม้ว่าดวงอาทิตย์จะส่องสว่างทุกวันในพื้นที่นี้ เราต้องการการวางแผนที่ดีขึ้นระหว่างหน่วยงานต่างๆ โปรแกรมการฝึกอบรมที่เหมาะสมสําหรับชาวบ้าน และกฎหมายที่ฉลาดกว่า ที่ทํางานกับโครงการในพื้นที่ แทนที่จะต่อต้านมัน

ส่วน FAQ

ข้อดีหลักของบัลลูนพลังแสงอาทิตย์คืออะไร?

บัลลูนพลังแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าและมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สําหรับแพลตฟอร์มทางอากาศแบบดั้งเดิม เช่น ดาวเทียมและเครื่องบินไร้คนขับ พวกเขาสามารถให้การครอบคลุมต่อเนื่องสําหรับการติดตามและสื่อสารสภาวะอากาศ ในราคาที่ต่ํากว่าในขณะที่ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่า

บอลเลนแสงอาทิตย์ถูกใช้ในสถานที่ไหน?

บอลลูนแสงอาทิตย์มักถูกใช้ในพื้นที่ขอบเขตกลาง ซึ่งให้แสงอาทิตย์และความมั่นคงสมดุล ภูมิภาคเหล่านี้มักได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลที่ดีกว่า สําหรับโครงการพลังงานที่เกิดใหม่ และมีพื้นฐานทางเทคนิคที่มีอยู่

ความท้าทายของการใช้บัลลูนแสงอาทิตย์ในภูมิภาคที่มีแสงแดดสูงคืออะไร?

ในภูมิภาคที่มีแสงอาทิตย์สูง การใช้บัลลูนแสงอาทิตย์ต้องเผชิญกับปัญหา เช่น ความเร็วลมสูง ที่ส่งผลต่อความมั่นคง และแสงอาทิตย์ที่แรง ที่ทําให้วัสดุสลายตัวเร็วขึ้น ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้การใช้งานบัลลูนแสงอาทิตย์มีขั้นต่ําในภูมิภาคดังกล่าว

ทําไมบัลลูนแสงอาทิตย์ถึงถูกมองว่าเป็นการทดลอง

บัลลูนพลังแสงอาทิตย์มักถูกจัดเป็นกลุ่มทดลอง เนื่องจากกฎหมายการบินที่ซ้อนกัน และขาดแรงจูงใจจากรัฐบาลคล้ายกับเทคโนโลยีที่สามารถปรับปรุงได้ตามประเพณี ซึ่งนําไปสู่อุปสรรคในการรับใช้อย่างแพร่หลาย