人工太陽／マイクロウェーブ発電とは？

質問

「機動戦士ガンダム」に登場するスペース・コロニーは、プリンストン大学のＪ・Ｋ・オニール博士の提唱した物の一つである島３号型なのですが、この作品では円筒の壁面を６分割して内３つをガラス面とし、外側にミラーを着けて太陽光を入れる「開放型」と壁面を全て居住区域とし、コロニーの外の宙域に太陽電池パネルを配置して、マイクロウェーブでコロニーに電力を送信して内部に“人工太陽”を発生させる「密閉型」の２種類があります。
　そこで質問なのですが“人工太陽”というものが私には全く分からないのですが、皆様の中でご存じの方がいらっしゃいましたら、ぜひともご教授いただきたいのですが。
　それとマイクロウェーブが電力になる仕組みもまるで分かりません。その点も教えていただければ幸いです。

回答No.5

myeyesonly · ベストアンサー

またまたでしゃばりました。myeyesonly です。
下で、補足依頼を受けたのできました。

太陽電池がどうやって電気を溜めるのかですが、基本的には溜めません。作った電気は即時消費先に送ります。
まあ、システムが動くためのバッテリーなどは必要だと思いますけど。
太陽電池そのものは、地上でもそうですが、光を電力に変換するだけです。溜める仕組みはないので、使わなければそれまでです。しかし、これでは一時的に大量に必要なときは太陽電池パネル分の容量までしか出せないし、使わないときにの発電量は無駄になるので、地上のシステムではその電気をバッテリーに溜めときます。
溜め方は、バッテリーの電圧よりも若干高い電圧をかけてあげれば、バッテリーに電気がたまります。あとは、バッテリーから電力を供給すれば、一時的に大量に必要なときにもバッテリーの最大放電電流まではカバーできます。大規模なシステムでは、バッテリーではなく、揚水式発電のダム（あまった電気で下流のダムの水を上流のダムにくみ上げ、必要なときに上流のダムで発電する）や、空気圧縮機とガスタービンを組み合わせたタービン発電（あまった電気で圧縮機を回して大きなガスタンクに高圧の空気を作っておき、必要なときにガスタービンを回す）システムを使います。

あと、これらの電力は直流で、乾電池などと同じものです。これをマイクロ波にするには、マグネトロン、サイラトロン、進行波管などの真空管や、エサキダイオードなどを使った電子回路で発信という現象を起こさせます。前の方の真空管では、簡単な電子回路で直接大電力のマイクロ波を作ることができ、効率がいいのと、特に宇宙空間などでは、宇宙線に強いので現在でも人工衛星などで、マイクロ波を中継する衛星通信や放送などでは、花形的に使われてます。後ろの方のエサキダイオード等の電力はあまり大きくなく、トランジスタなどを使った回路で増幅して使います。真空管が数百ボルトの高い電圧がないと動かないのに比べ、こちらは、数十ボルト位の電圧でも動くので、太陽電池などには向いています。

マイクロ波は電波なので、アンテナで受けてそれを整流器という、電気が一方にしか流れない仕掛けを通すと、直流に直すことができます。

また、マイクロ波は、電子レンジの中で使われており、物を過熱することができることはご存知ですよね。
マイクロ波を整流器で直流にするとロスが多いので、このような直接利用もかなり考えられるでしょう。例えば何もつながっていない蛍光灯にマイクロ波を当てるだけで点灯させることもできます。

お礼

詳細な説明誠にありがとうございました。
　とても博学な方ですね。
　今後もお世話になることがあるかも知れませんが、その時はよろしくお願いします。

回答No.4

K-1

長寿命で太陽光に近いスペクトル、紫外線などは少ない。
宇宙空間では放熱の問題があるので熱はない方がいい。
面状に細かく分けて天井（？）に貼り付ける。
細かく分けるのはメンテナンスと発光数を変えることにより朝-昼-夕-夜と日射量を変えられるし、発光位置を変えれば日の出-日の入りを表現できるから。

てなところでどうでしょうか？

お礼

わざわざ考えていただきありがとうございました。
　馬鹿なので、いまいちどんなものか頭の中に絵が浮かべられないのですが…。

回答No.3

K-1

太陽光と同じか近いスペクトルの光や熱を出せる光源なら
人工太陽といえるのではないでしょうか。
そう考えると植物の工場栽培に使われる電灯なども人工太陽といえるかも。

補足

ご回答ありがとうございます。
　もう一つ質問させていただきたいのですが、窓一つない円筒形のコロニーの中に地球と同じような空を作るとしたら、K-1さんはどんな光源を考えられますか？

回答No.2

myeyesonly

kazu-kun　さんに一部だけ補足します。
マイクロ波は、パラボラアンテナなどで、強い指向性を持たせることが簡単にできます。指向性が強いと横方向に広がらないので、真正面に向かって幅の狭い強力な電波を出せるので、ちゃんとアンテナをまっすぐ向けて受ければある程度の電力が取り出せます。
途中に電線などがいらないので、これで電力を送る研究が進んでおり、すでに各種の実験機がテストされています。

補足

ご回答ありがとうございます。
　申し訳ないのですが、太陽光パネルがどうやってエネルギーを蓄えるのか、そしてそれをどうやってマイクロ波に変換するのかをお教えいただけるとありがたいのですが。

回答No.1

kazu-kun

太陽の代わりになるものなら、どんなシステムでも「人工太陽」といえるのでは？別に「核融合」炉である必要も
ないと思います。
マイクロ波は電磁波の一種で、電磁波が持つエネルギーは、Ｅ＝ｈνすなわち電磁波の周波数に比例します。
マイクロ波は、周波数が高いので、エネルギー密度が
大きくエネルギーを電磁波に変えて送るのに効率が
いいのだと思います。電磁波を電気に変えるのは、
簡単なのでは？東京タワーの近くだと蛍光灯が光る
なんて話しもあったと思います・・・。

補足

ご回答ありがとうございます。
　申し訳ないのですが、マイクロ波を電力に変える仕組みを説明していただけるとありがたいのですが…