Das Fraunhofer ISE hat mit amerikanischen Partnern demonstriert, wie wir künftig das Potenzial der Sonne besser nutzen könnten. Silizium-Solarzellen im Weltraum sollen dazu die Kosten für Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen deutlich senken.
Energie ist einer der wichtigsten Bestandteile unseres modernen Lebens. Ist etwa kein Strom verfügbar, dann bringen uns selbst die besten technischen Errungenschaften nichts. So ähnlich verhält es sich im Weltraum. Denn egal, ob Satelliten oder die ISS: Ohne Elektrizität funktioniert fast gar nichts mehr.
Deshalb haben sich bereits seit geraumer Zeit Solarzellen als wichtige Technologie in der Raumfahrt etabliert. Denn im Weltraum ist das Licht der Sonne die praktischste Energiequelle. Doch bisher fanden sich als Materialbasis häufig nur sogenannte III-V-Standardhalbleiter. Diese haben das Problem, dass sie besonders schwer und teuer sind.
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Wie stabil sind die neuen Silizium-Solarzellen im Weltraum?
Hier kommt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ins Spiel. Gemeinsam mit dem US-amerikanischen Unternehmen Source Energy und der M10 Solar Equipment GmbH entwickelten Forscher neue, leichtere und kostengünstigere Solarzellen aus Silizium.
Source Energy testete diese nach langer Entwicklung kürzlich erfolgreich im Rahmen eines ersten Praxistests. Zuvor zeigten Simulationen, dass nach 40.000 Temperaturwechseln zwischen minus 70 und plus 80 Grad Celsius noch 94,8 Prozent der Ursprungsleistung verfügbar gewesen seien.
Damit die Zellen auch lange in erdnahen Umlaufbahnen überleben und eine gute Ausbeute erzielen, nutzten die Forscher die sogenannte Schindel-Matrix-Verschaltung. Dabei werden die Siliziumzellen in Streifen geschnitten und anschließend wie bei einem Mauerwerk überlappend angeordnet.
Für einen optimalen Sitz soll ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sorgen. Dieser birgt den Vorteil, dass der elektrische Strom selbst bei Beschädigungen (etwa durch Weltraummüll) um die schadhafte Stelle herumfließen kann.
64 Gramm pro Modul: Was die Silizium-Technik konkret leistet
Ein einzelnes Modul soll lediglich 64 Gramm wiegen und eine Modulfläche von 629 Quadratzentimetern haben. Die durchschnittliche Leistung erreicht laut den Angaben im Schnitt etwa 15,6 Watt, wobei im Idealfall selbst 16,1 Watt möglich sind. Damit liegt der Wirkungsgrad bei 18,8 Prozent. Somit eignen sich die Module ideal für Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen.
Auch die Kosten bleiben aufgrund der Schindel-Matrix-Technologie im Rahmen. Bryan Mazor, CTO bei Source Energy, dazu:
Als Herzstück der Produktion ermöglicht sie uns PV-Module für unter 5 Dollar pro Watt herzustellen. Der automatisierte Fertigungsprozess macht uns nicht nur kostengünstiger, sondern auch deutlich schneller als dies derzeit bei III-V-PV-Produkten für den Weltraum der Fall ist.
Trotzdem bleiben einige Limitationen. So waren bisher reale Tests direkt im Orbit nicht möglich, weshalb die Lebensdauer lediglich berechnet werden konnte. Diese Berechnungen zeigen auch, dass nach sieben Jahren der Leistungsabfall im Vergleich zum Neuzustand etwa 24 Prozent beträgt. Gleichzeitig besteht in der Branche noch eine signifikante Abhängigkeit von III-V-Solarzellen.
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