市場調査レポート - 74594

マイクロ波送電および太陽発電衛星システムの分析

Analyzing Microwave Power Transmission & Solar Power Satellite Systems

発行 Aruvians Rsearch
出版日 ページ情報 英文 175 Pages
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マイクロ波送電および太陽発電衛星システムの分析 Analyzing Microwave Power Transmission & Solar Power Satellite Systems
出版日: 2009年06月01日 ページ情報: 英文 175 Pages

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概要

当報告書では、マイクロ波送電とその最大アプリケーションの一つである太陽発電衛星システムについて調査し、システムの基礎、SPSにおけるマイクロ波送電の利用法、SPSが直面する課題、SPSが環境および健康へ及ぼす影響を分析、さらに、NASA、日本における宇宙太陽光発電システム(SSPS)への取り組みを分析するなど、企業プロファイルなども盛り込み、概略以下の構成でお届けします。

エグゼクティブサマリー

伝送媒体の理解

無線エネルギー伝達/無線電力送電の分析

  • 概要
  • 今日における無線電力送電の利用
  • パワーおよびサイズレベルを決定する
  • 無線電力送電システムの効率
  • 近距離無線送電技術
  • 遠距離無線送電技術

マイクロ波送電のイントロダクション

  • マイクロ波送電の歴史
  • マイクロ波送電の概要
  • 安全上の懸念
  • MPTの背後にある基本概念
  • MPTの利用
  • MPTのアプリケーション
  • 現在の技術
  • 将来の技術

世界におけるMPT活動の概観

  • カナダにおけるマイクロ波送電
  • 欧州におけるマイクロ波送電
  • 日本におけるマイクロ波送電
  • 米国におけるマイクロ波送電

太陽発電衛星(SPS)の分析

  • イントロダクション
  • SPSの歴史
  • SPSコンセプトの理解
  • SPSの利点
  • 課題
  • SPSの批評
  • SPSの経済的分析
  • SPSとバイオ燃料の比較
  • SPSと風力の比較

SPSデザインの分析

  • イントロダクション
  • 太陽エネルギーの転換
  • 太陽光発電、集光型太陽光発電システム、およびソーラーダイナミックの比較
  • 寿命サイクル分析
  • システムエネルギーの利点
  • 地球からのワイヤレスパワー伝送の概観
  • 宇宙船のサイズを決定する
  • 地球基盤のアンテナ−SPSコンセプトの批評部分

SPSの現況

SPSにおけるマイクロ波送電

  • 考慮すべきSPSの要素
  • マイクロ波ジェネレーターの概観
  • レクテナおよびグランドセグメントの概観

SPSの影響

  • SPSマイクロ波ビームの環境的影響
  • SPSの地球への影響
  • 通信への影響
  • 人間の健康へのMPTの影響

SPSと技術的課題

SPS無線技術

  • マイクロ波伝送
  • マイクロ波デバイス
  • レクテナ
  • カリブレーションおよびコントロール

異なる太陽発電衛星モデルの分析

  • 'Abacus'衛星の配置・形状
  • JAXAモデル
  • Glaser の SPS コンセプト
  • SPS2000
  • 'SolarDisc'宇宙太陽光発電利用のコンセプト

宇宙太陽光発電システムおよびMPTの分析

  • イントロダクション
  • システムの分析
  • 主なサブシステム実績の分析

NASAにおける宇宙太陽光発電への取り組み

  • イントロダクション
  • 宇宙太陽光の定義
  • 宇宙太陽光発電の重要性
  • 最新のSSP調査結果の分析
  • 米国におけるSPSおよびSSP活動の分析
  • NASAの'Fresh Look'調査
  • NASAによるSSPコンセプト定義調査の分析
  • SSP探査調査および技術(SERT)プログラムの分析
  • National Research Councilの役割
  • 最新のNASAによるSSPの研究開発

日本における宇宙太陽光発電への取り組み

  • JAXAモデルの分析

ケーススタディ

  • 中国におけるマイクロ波送電
  • インドネシアにおけるマイクロ波送電

主要企業プロファイル

将来の展望:マイクロ波送電

付録

用語集

目次

Abstract

Microwave power transmission (MPT) involves the usage of microwaves to transmit power through outer space or the atmosphere without the need for wires. It is a sub-type of the more general wireless energy transfer methods, and is the most interesting because microwave devices offer the highest efficiency of conversion between DC-electricity and microwave radiative power.

Following World War II, which saw the development of high-power microwave emitters known as cavity magnetrons, the idea of using microwaves to transmit power was researched. In 1964, William C. Brown demonstrated a miniature helicopter equipped with a combination antenna and rectifier device called a rectenna. The rectenna converted microwave power into electricity, allowing the helicopter to fly. In principle, the rectenna is capable of very high conversion efficiencies - over 90% in optimal circumstances.

Most proposed MPT systems now usually include a phased array microwave transmitter. While these have lower efficiency levels they have the advantage of being electrically steered using no moving parts, and are easier to scale to the necessary levels that a practical MPT system requires.

Aruvians Rsearch presents a complete analysis of the myriad uses of Microwave Power Transmission, and one of its biggest application - Solar Power Satellite Systems. In its report, Analyzing Microwave Power Transmission & Solar Power Satellite Systems, Aruvians Rsearch puts forth an analytical view of wireless transmission systems, the basics of microwave power transmission systems, its uses, benefits, challenges facing the technology, global activities going on in the field of MPT, and its applications.

One of the biggest applications of microwave power transmission at the moment is its utility in solar power satellite systems, or SPS. The report takes an in-depth view on the basics of the system, how microwave power transmission is used in SPS, the challenges facing SPS, environmental and health impact of the SPS and much more. The report further also analyzes the Space Solar Power System (SSPS), delving into the vast amount of research conducted on this topic by NASA.

The leading industry contributors to the field of microwave power transmission is also looked at in the report.

Table of Contents

A. Executive Summary

B. Understanding the Transmission Medium

C. Analyzing Wireless Energy Transfer/Wireless Power Transmission

  • C.1 Overview
  • C.2 Modern Day Usage of Wireless Power Transmission
  • C.3 Determining the Power & Size Levels
  • C.4 Efficiency of Wireless Power Transmission Systems
  • C.5 Near Field Wireless Transmission Techniques
    • C.5.1 Induction
    • C.5.2 Resonant Induction
  • C.6 Far Field Wireless Transmission Techniques
    • C.6.1 Radio & Microwave
    • C.6.2 Laser
    • C.6.3 Electrical Conduction

D. Introduction to Microwave Power Transmission

  • D.1 History of Microwave Power Transmission
  • D.2 Overview of Microwave Power Transmission
  • D.3 Safety Concerns
  • D.4 Basic Idea behind MPT
  • D.5 Uses of MPT
  • D.6 Applications of MPT
  • D.7 Current Technology
  • D.8 Upcoming Technology

E. Looking at Global MPT Activities

  • E.1 Microwave Power Transmission in Canada
  • E.2 Microwave Power Transmission in Europe
  • E.3 Microwave Power Transmission in the US

F. Analyzing the Solar Power Satellite (SPS)

  • F.1 Introduction
  • F.2 History of SPS
  • F.3 Understanding the SPS Concept
  • F.4 Advantages of SPS
  • F.5 Challenges
    • F.5.1 High Costs
    • F.5.2 Usage of Terrestrial Materials
    • F.5.3 Concept of a Space Elevator
    • F.5.4 Safety Issues
  • F.6 Critics of SPS
  • F.7 Economical Analysis of SPS
    • F.7.1 Benefits of SPS in Present-Day Energy Scenario
    • F.7.2 Comparing SPS with Fossil Fuels
    • F.7.3 Comparing SPS with Nuclear Fission
    • F.7.4 Comparing SPS with Nuclear Fusion
    • F.7.5 Comparing SPS with Global Solar Power
    • F.7.6 Feasibility of Mass Production of Solar Panels
  • F.8 Comparing SPS with Biofuels
  • F.9 Comparing SPS with Wind Power

G. Analyzing the Design of SPS

  • G.1 Introduction
  • G.2 Conversion of Solar Energy
  • G.3 Comparing Photovoltaics, Concentrating Photovoltaic Systems, & Solar Dynamic
  • G.4 Lifetime Cycle Analysis
  • G.5 System Energy Benefits
  • G.6 Looking at Wireless Power Transmission from Earth
  • G.7 Determining the Spacecraft Size
  • G.8 Earth-based Antenna - Critical Part of the SPS Concept

H. Current Status of SPS

I. Microwave Power Transmission on SPS

  • I.1 SPS Factors to be Considered
  • I.2 Looking at Microwave Generators
    • I.2.1 Power Generation Devices & Circuits
    • I.2.2 Comparing Microwave Transmitting Routes
      • I.2.2.1 Microwave Vacuum Tubes
        • I.2.2.1.1 Phase-Controlled Magnetron
        • I.2.2.1.2 Traveling Wave Tube
        • I.2.2.1.3 Klystron
        • I.2.2.1.4 Microwave Power Module
      • I.2.2.2 Semiconductor Microwave Transmitters
      • I.2.2.3 Futuristic, More Efficient Microwave Transmitters
    • I.2.3 Microwave Antennas
    • I.2.4 Beam Control & Ongoing Research
      • I.2.4.1 Reducing Interference
      • I.2.4.2 Steering Losses
  • I.3 Looking at Rectenna & Ground Segments
    • I.3.1 Rectenna
    • I.3.2 Elements of the Antenna
    • I.3.3 A Look at the Rectifier Circuit
    • I.3.4 Overall Microwave Reception
    • I.3.5 Trends in Rectenna Research
    • I.3.6 Commercialization of Rectennas
    • I.3.7 Technology for Establishing a Ground Network

J. Effects of the SPS

  • J.1 Environmental Impact of the SPS Microwave Beam
  • J.2 Impact of SPS on Earth
  • J.3 Impact on Communication
  • J.4 Effect of MPT on Human Health

K. Technical Issues with SPS

L. SPS Radio Technologies

  • L.1 Microwave Power Transmission
  • L.2 Microwave Power Devices
  • L.3 Rectennas
  • L.4 Calibration & Control

M. Analyzing the Different Solar Power Satellite Models

  • M.1 ‘Abacus' Satellite Configuration
  • M.2 JAXA Models
  • M.3 Glaser SPS Concept
  • M.4 SPS2000
  • M.5 ‘SolarDisc' Space Solar Power Concept

N. Analyzing the Space Solar Power System & MPT

  • N.1 Introduction
  • N.2 Analysis of the System
    • N.2.1 Analyzing the Microwave Power Transmission Subsystem
    • N.2.2 Analyzing the Beam Forming and Control Subsystem
    • N.2.3 Analyzing the Microwave Receiving & Power Rectifying Subsystem
  • N.3 Analysis of the Major Subsystem Accomplishments
    • N.3.1 Accomplishments of the Microwave Power Transmission Subsystem
    • N.3.2 Accomplishments of the Beam Forming and Control Subsystem
    • N.3.3 Accomplishments of the Microwave Receiving & Power Rectifying Subsystem

O. Space Solar Power Activities of NASA

  • O.1 Introduction
  • O.2 Defining Space Solar Power
  • O.3 Importance of Space Solar Power
  • O.4 Analyzing Recent SSP Findings
  • O.5 Analyzing SPS & SSP Activities in the United States - A Historical Look
  • O.6 NASA' s ‘Fresh Look' Study
    • O.6.1 Analyzing the SunTower SPS System
    • O.6.2 Analyzing the Solar Disc SPS System
    • O.6.3 Conclusion
  • O.7 Analyzing the SSP Concept Definition Study by NASA
  • O.8 Analyzing the SSP Exploratory Research & Technology (SERT) Program
    • O.8.1 The Abacus Concept
    • O.8.2 The Integrated Symmetrical Concentrator Concept
    • O.8.3 Conclusion of SERT in 2000
  • O.9 Role of the National Research Council
  • O.10 Current NASA R&D in SSP

P. Space Solar Power Activities in Japan

  • P.1 Analyzing the JAXA Models
    • P.1.1 Challenges with the 2001 Model
    • P.1.2 Challenges with the 2002 Model
    • P.1.3 Looking at the 2003 Model

Q. Case Studies

  • Q.1 Microwave Power Transmission in China
  • Q.2 Microwave Power Transmission in Indonesia

R. Leading Industry Contributors

  • R.1 Anaren Inc
  • R.2 Conolog Corporation
  • R.3 CPI International Inc
  • R.4 Emrise Corporation
  • R.5 Kevlin Corporation
  • R.6 L-3 Electron Technologies Inc
  • R.7 MEGA Industries LLC
  • R.8 Micronetics, Inc
  • R.9 Microwave Engineering Corporation
  • R.10 Microwave Power Devices, Inc
  • R.11 Microwave Research Corporation
  • R.12 Microwave Transmission Systems, Inc
  • R.13 Norsat International Inc
  • R.14 Phase Matrix, Inc
  • R.15 RPG Transmission Limited
  • R.16 Satellite Communication Systems (SCS)
  • R.17 Tyco Electronics

S. Future Perspective: Microwave Power Transmission

T. Appendix

U. Glossary of Terms

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