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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Solarzellen im All: Energiequelle der Zukunft? |
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| | | Eine der Herausforderungen der Zukunft wird die günstige und umweltverträgliche Energieversorgung sein. Sonnenkollektoren im All könnten eine Lösung dafür darstellen. |
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An der Erforschung von alternativen Energiequellen wird besonders seit der Ölkrise in den 70er Jahren gearbeitet. Unter anderem erforscht die NASA die Möglichkeit, Energie aus dem All zu zapfen.
Energieanlagen im All, wie sie sich die NASA vorstellt, arbeiten nach altbekannten physikalischen Prinzipien: Es geht um die Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität mittels photovoltaischer Zellen. Derartige Solarzellen findet man schon jetzt als zusätzliche Energieversorgung auf den Dächern vieler Häuser.
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Riesige Strukturen photovoltaischer Zellen sollen auf dem Mond oder im geostatischen Erdorbit platziert werden. Das System sammelt die Sonnenenergie aus dem All, verwandelt sie in Mikrowellen und sendet diese Strahlung auf die Erde. Dort wird sie von einer Bodenantenne aufgefangen und in verwendbare Elektrizität umgewandelt.
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Acht Mal so viel Sonnenlicht |
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Solarzellenanordnungen in einem geostationären Erdorbit empfangen im Durchschnitt acht Mal mehr Sonnenlicht als auf der Erdoberfläche. Derartige Solarzellenfelder sind unabhängig von der Wolkendichte, dem Atmosphärenstaub und der Tages- bzw. Nachtzeit.
Vor über 30 Jahren, als diese Idee erstmals vorgebracht wurde, steckte die Solarzellentechnologie noch in den Kinderschuhen. Es war amerikanischen Forschern lediglich gelungen, den Wirkungsgrad der Solarzellen auf ca. acht bis neun Prozent zu steigern.
"Inzwischen besitzen wir die Technologie, die Energie der Sonne mit 42 bis 56 Prozent Wirkungsgrad zu konvertieren", sagt Neville Marzwell vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. "Ein Riesenfortschritt".
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Bündelung von Sonnenlicht |
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Dennoch wird es sehr teuer, sollten Tausende Tonnen Solarzellenfelder ins All gebracht werden. Allerdings gibt es Möglichkeiten, die benötigten Felder zu verkleinern, etwa indem das Sonnenlicht gebündelt wird.
"Wenn man Sonnenlicht mittels riesiger Spiegel oder Linsen konzentriert, bekommt man mehr für sein Geld, denn am teuersten sind die photovoltaischen Zellen selber", meint Marzwell.
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Nachteil: Die Wärme
Nachteil des konzentrierten Sonnenlichtes ist, dass es sehr heiß ist. Gebündelte Strahlung, die nicht in Elektrizität umgewandelt wird, wird zu Hitze. Und diese Hitze könnte genügen, die Solarzellenfelder zu beschädigen. Marzwell und seine Kollegen vom JPL untersuchen Möglichkeiten, überschüssige Wärme einzufangen und sie mittels thermischer voltaischer Prozesse in elektrische Energie umzuwandeln. Spezielle Schichten auf den Spiegeln können bestimmte Teile des Sonnenspektrums reflektieren, die die Solarzellen nicht verwenden. Auf diese Weise könnte überschüssige Hitze weiter reduziert werden. |
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Verwandlung in Gleichstrom |
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Ist einmal die Sonnenenergie im All gespeichert, wird sie entweder zu Mikrowellenstrahlung umgewandelt und auf die Erde in eine kombinierte Gleichrichter-Antenne geschickt, die in einer abgeschiedenen Gegend aufgestellt ist. Diese "Rectenne" verwandelt die Mikrowellenenergie wiederum zurück in Gleichstrom.
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Gefahr wie bei Mobilfunk-Sendemasten |
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| Sonnenkollektoren auf der Erde |
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Die Gefahr, sich in der Nähe eines Mikrowellenstrahls zu befinden, ist etwa so groß wie die, sich in der Nähe eines Mobilfunk-Sendemasts oder einer Überlandleitung aufzuhalten, meint Marzwell.
"Es bleibt ein Restrisiko, das man allerdings weiter reduzieren kann", meint er. "Indem man die Empfänger in großer Entfernung von besiedelten Gebieten aufstellt, etwa in der Wüste oder den Bergen."
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Sind Laserstrahlen geeignet? |
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Untersucht wird auch, inwieweit Laserstrahlen für die Übermittlung der Energie aus dem All geeignet sind. Werden Laser eingesetzt, werden so die meisten Probleme eliminiert, die mit Mikrowellen einhergehen. Doch derzeit ist es den USA verboten, starke Laserstrahlen aus dem All zu beamen.
(red)
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01.01.2010 |
