Die Hauptenergiequelle für die meisten Raumschiffe ist die Sonne. Um seine Strahlen perfekt zu akkumulieren, müssen Satelliten jedoch nicht nur über Photovoltaik verfügen Konverter einer großen Fläche, aber auch spezielle Mechanismen zur Ausrichtung ihrer Arbeitsfläche Die Sonne. Bei kleinen Sonden ist das Gewicht solcher Strukturen sehr groß, denn Wissenschaftler aus Saudi-Arabien bieten eine gemeinsame und kostengünstige Lösung.
Auf den ersten Blick scheint die Idee trivial - Sonnenkollektoren in Form einer Kugel herzustellen. Daher können sie um einen Mikrosatelliten gewickelt oder an einer externen Struktur montiert werden, und der größte Teil der Oberfläche, die Licht in Elektrizität umwandelt, wird immer beleuchtet.
Ein Modell eines solchen Photovoltaik-Konverters haben Forscher des King Abdullah Institute of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien bereits 2020 vorgestellt. Die Technologiebeschreibung wurde auf dem IEEE Spectrum Portal veröffentlicht.
Die neuen Solarmodule haben eine Reihe von Vorteilen, die sie nicht nur für den Einsatz im Weltraum, sondern auch auf der Erde geeignet machen. Aufgrund ihrer fast kugelförmigen Form sammeln sie nicht nur direktes Sternenlicht, sondern auch reflektiertes Licht.
Unter Laborbedingungen waren kugelförmige Photovoltaik-Konverter bei der Simulation der Bewegung der Sonne über den Himmel 24-39 % effizienter als Konverter in Form von herkömmlichen flachen Platten. Und wenn die Lichtquelle durch ein Hindernis (z. B. einen Dachüberstand) verdeckt wurde, erzeugten die neuen Batterien 60 % mehr Strom als herkömmliche Flachbildschirme.
Technologisch ist die Herstellung solcher Solarzellen natürlich aufwendiger – zum einen werden für die Herstellung jedes Photovoltaik-Konverters, und das ist ein ganzes Feld, 15% mehr Ätzen benötigt.
Außerdem hatten die Forscher das Kugelwalzverfahren noch nicht ausgereift und die Prüfkörper wurden von Hand geformt. Es ist geplant, einen speziellen mechanischen Arm zu entwickeln, der die Bewegungen einer auf einem flexiblen Untergrund rollenden Person simuliert.
Kugelförmige Sonnenkollektoren sind herkömmlichen Panels in vielerlei Hinsicht überlegen. Sie haben beispielsweise im Langzeitbetrieb bei höheren Temperaturen eine höhere Effizienz gezeigt (vielleicht aufgrund einer effizienteren Wärmeableitung, dies muss jedoch noch überprüft werden).
Und natürlich haben solche Strukturen eine noch bessere Situation mit einer Oberflächenverschmutzung durch Staub - was sehr wichtig ist. für riesige Solarkraftwerke oder unbemannte Fahrzeuge: von Sensoren an unzugänglichen Stellen bis hin zu Rover.
Angesichts aller Vor- und Nachteile der neuesten Technologie sind Wissenschaftler immer noch vorsichtig mit ihren kommerziellen Aussichten. Theoretisch kann es für fast alle Nischenanwendungen nützlich sein - im niedrigen Erdorbit für Mikrosatelliten, auf der Oberfläche anderer Planeten für kleine stationäre oder selbstfahrende Sonden, auf der Erde zum Betrieb von temporären oder permanenten Sensoren, sowie in Räumen für IoT-Geräte und smarte Sensoren zu Hause".
Entwickler von kugelförmigen Solarzellen wollen diese in naher Zukunft unter Labor- und Feldbedingungen nach verschiedenen Kriterien testen. Anschließend beurteilen sie die Wirtschaftlichkeit der Technologie.
In Bezug auf die Herstellung lichtempfindlicher Teile ist die Innovation nicht revolutionär: Photovoltaik-Zellen auf Basis von monokristallinem Silizium sind weit verbreitet und perfekt beherrscht in Industrie. Die Innovation der saudischen Forscher liegt in der Verwendung eines schmalen und flexiblen Trägers und einer speziellen Bearbeitung der Kanten jeder Zelle.
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