US-Test von Solarenergie aus dem Weltraum erfolgreich

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Ein Satellit in der Erdumlaufbahn, der die Machbarkeit einer Technologie zur Sammlung und Übertragung von Sonnenenergie zur Erde testete, hat eine einjährige Mission erfolgreich abgeschlossen.

Simulation des Satelliten Solar Space Power Demonstrator in niedriger Umlaufbahn. Foto: Caltech — Simulation des Satelliten Solar Space Power Demonstrator in niedriger Umlaufbahn. Foto: *Caltech*

Laut der am 16. Januar vom California Institute of Technology (Caltech) veröffentlichten Missionszusammenfassung bewerteten die Ingenieure des Projekts Solar Space Power Demonstrator (SSPD-1) alle drei auf dem 50 kg schweren Satellitenprototyp angebrachten Geräte als erfolgreich funktionsfähig und sind überzeugt, dass das Projekt „der Solarenergie im Weltraum eine Zukunft eröffnen wird“, wie Popular Science berichtet.

SSPD-1 wird Anfang Januar 2023 mit einer Falcon 9-Rakete von SpaceX gestartet und soll drei Experimente durchführen. Zunächst untersucht das Experiment „Deployable on-Orbit ultraLight Composite“ (DOLCE) die Haltbarkeit und Effizienz von Origami-inspirierten ultraleichten Solarzellenstrukturen. Im Rahmen des ALBA-Experiments wurden unterdessen 32 Solarmodul-Designs getestet, um herauszufinden, welches sich am besten für den Weltraum eignet. Gleichzeitig wurde im Rahmen des MAPLE-Experiments (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit) ein Mikrowellensender getestet, der im Orbit gesammelte Sonnenenergie zurück zur Erde strahlen soll.

Vor allem aber demonstrierte MAPLE erstmals, dass Sonnenenergie mithilfe von Photovoltaikzellen gesammelt und über Mikrowellenstrahlen zur Erde zurückgesendet werden kann. Über einen Zeitraum von acht Monaten haben die Mitglieder des SSPD-1-Teams die Belastungstests an MAPLE absichtlich intensiviert, was zu einer Verringerung der Energieübertragungskapazitäten führte. Anschließend simulierte das Team das Problem im Labor und stellte fest, dass die Ursache in komplexen elektrisch-thermischen Wechselwirkungen und der Schwächung einzelner Komponenten im Cluster liegt.

Die Ergebnisse helfen dabei, das Design vieler MAPLE-Komponenten zu verfeinern, um die langfristige Leistung zu maximieren, sagte Ali Hajimiri, Co-Direktor des Space Solar Power Project (SSPP) von Caltech und Professor für Elektro- und Medizintechnik.

Die Herstellung von Solarzellen, die heute in Satelliten und vielen anderen Weltraumtechnologien zum Einsatz kommen, ist mehr als zehnmal teurer als die von Geräten, die auf der Erde eingesetzt werden. Caltech erklärt, dass dies größtenteils auf die Kosten für das Hinzufügen eines schützenden kristallinen Films namens Oberflächenzugwachstum zurückzuführen ist. Mithilfe von ALMA stellten die Forscher fest, dass Perowskit-Solarzellen zwar auf der Erde ein vielversprechendes Design darstellen, im Weltraum jedoch große Leistungslücken aufweisen. Galliumarsenid-Batterien hingegen funktionieren über lange Zeiträume stabil, ohne dass zusätzliche Filmschichten erforderlich sind.

Bei DOLCE gibt das Team zu, dass nicht alles nach Plan lief. Obwohl ursprünglich ein Einsatz von 3–4 Tagen geplant war, stieß DOLCE auf zahlreiche technische Probleme, beispielsweise auf fehlerhafte elektrische Leitungen und mechanische Teile. Die Forscher versuchten jedoch, das Problem zu lösen, indem sie die Fehlfunktion mithilfe von Satellitenkameras im Labor simulierten.

Doch selbst wenn SSPD-1 ein Erfolg wird, wird es noch viele Jahre dauern, bis Sonnenenergie effizient und kostengünstig per Satellit genutzt werden kann. Frühere Schätzungen gingen davon aus, dass die Kosten für Solarenergie im Weltraum 1 bis 2 US-Dollar pro kWh betragen würden, während die aktuellen Kosten in den USA bei weniger als 0,17 US-Dollar pro kWh liegen. Die Materialkosten müssen deutlich gesenkt werden, die Materialien müssen aber dennoch robust genug sein, um der Sonneneinstrahlung und der geomagnetischen Aktivität im Weltraum standzuhalten.

Bevor weltraumgestützte Solarenergie zur nachhaltigen Energieinfrastruktur der Menschheit beitragen kann, müssen noch viele weitere Probleme gelöst werden. Die von SSPD-1 über Mikrowellenstrahlen übertragene Strommenge ist im Vergleich zum alltäglichen Bedarf winzig und eine Solarzelle im Weltraum müsste Tausende von Metern breit sein. Auch die Sicherheitsaspekte der Übertragung leistungsstarker Mikrowellen und Laser zur Erde müssen berücksichtigt werden. Das Team bei SSPP arbeitet daran, alle Probleme zu lösen, bevor eine orbitale Solarfarm wirklich realisierbar wird.

An Khang (laut Popsci )

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