Letzter Atemzug für fossile Brennstoffe

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Die Idee, Sonnenenergie von umlaufenden Solarparks auf die Erde zu übertragen, ist verlockend. Weltraum-Solarprojekte könnten rund um die Uhr saubere Kilowatt liefern, überall auf der Erde, jederzeit und unabhängig vom Wetter – wenn sie stattfinden. Nichtsdestotrotz fangen die technologischen Teile an, zusammenzupassen, und auch die wirtschaftlichen Argumente beginnen sich zu materialisieren.

Reduzierung der Kosten für Weltraum-Solarmodule

Natürlich sind Solarzellen im Weltraumbereich nichts Neues. Die NASA hat das ins Leben gerufen erster solarbetriebener Satellit Bereits im Jahr 1958 ist Solarenergie ein fester Bestandteil der Weltraumforschung.

Das Hauptproblem bei umlaufenden Photovoltaikanlagen sind die Kosten der Solarmodule. Die in Raumfahrtanwendungen verwendeten High-Tech-Solarmodule sind kostspielig, und auch ihr Transport ins All ist kostspielig. Diese Kosten müssen gesenkt werden, bevor umlaufende Photovoltaikanlagen mit ihren erdgebundenen Gegenstücken konkurrieren können.

Die Kostenbarriere beginnt zu sinken, während Forscher neue Solarzellen für Weltraumanwendungen entwickeln. Eine neue Entwicklung stieß auf die CleanTechnica Radar am 24. Oktober, als die Universitäten Surrey und Swansea über eine einzigartige Langzeitstudie berichteten eine Solaranlage auf einem Satelliten.

„Die Ergebnisse könnten den Weg für kommerziell nutzbare Solarparks im Weltraum ebnen“, stellte die University of Surrey fest.

Die Anlage wurde von einem Team am Swansea Centre for Solar Energy Research gebaut, unterstützt von angehenden Ingenieuren der algerischen Weltraumbehörde. Es wurde speziell für die Bewertung der wirtschaftlichen Argumente für umlaufende PV-Anlagen entwickelt.

Die Arbeit umfasste die Entwicklung eines neue Dünnschicht-Cadmiumtellurid (CdTe)-Solarzelle auf eine dünne Glasschicht aufgetragen. Dünnschichtsolarzellen sind leichter, flexibler und kostengünstiger in der Herstellung als herkömmliche Siliziumsolarzellen.

Darüber hinaus lassen sich die ultradünnen Glasscheiben mit einem relativ unkomplizierten „Roll-out“-Manöver einsetzen.

Die Studie sammelte fünf Jahre lang Flugdaten für vier Prototypzellen. Die dünnschichtigen Zellen zeigten während des 30.000 Umlauf langen Fluges, der ein wichtiger Test war, keine Anzeichen von Ablösung oder Delaminierung. Auch die elektrischen Anlagen haben sich gut gehalten.

„Die Ergebnisse tragen dazu bei, das Argument für die Weiterentwicklung dieser Technologie für Weltraumanwendungen zu stärken“, schlussfolgerte das Team.

Zu den nächsten Schritten gehört die Entwicklung neuer Rückkontaktmaterialien, um einen Verlust der Solarumwandlungseffizienz im Laufe der Zeit zu verhindern, was offenbar die einzige große Herausforderung war, die während des Fluges auftauchte.

Reduzierung der Kosten für Raketenstarts

Unterdessen hat die Europäische Weltraumorganisation im Rahmen ihres Weltraumsolarprogramms SOLARIS Kosten-Nutzen-Analysen durchgeführt.

Der Gewinn könnte riesig sein. „Oben in der Atmosphäre ist das Sonnenlicht im Durchschnitt mehr als zehnmal so intensiv wie unten an der Erdoberfläche“, erklärt die ESA. „Und oben in einer ausreichend hohen Umlaufbahn stünde kontinuierlich Sonnenlicht zur Verfügung.“ Sie fangen das gesamte verfügbare Sonnenlicht ein und können es an Empfangsstationen auf der ganzen Welt senden, wo immer es benötigt wird.“

Allerdings ist es eine Herausforderung, all diese Ausrüstung in den Weltraum zu transportieren. Die ESA schätzt, dass ein wirtschaftlicher Solarpark im Weltraum eine Größe von mindestens einem Kilometer Durchmesser erreichen müsste. Das würde viele Raketenstarts erfordern.

Die ESA stellt fest, dass der Bau der Internationalen Raumstation Dutzende Starts erforderte und eine Weltraum-Solarstation „eine Größenordnung mehr“ erfordern würde.

Das sind die schlechten Nachrichten. Die gute Nachricht ist, dass die Startkosten gesunken sind, seit 1998 mit dem Bau der Internationalen Raumstation begonnen wurde. Letzten Sommer hat die NASA auch die Idee geäußert, Solarzellen auf dem Mond herzustellen, was auch irgendwie ins Spiel kommen könnte. Wenn Sie dazu eine Meinung haben, hinterlassen Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.

Schlechte Nachrichten für Atomwaffen

Ein weiterer Aspekt der wirtschaftlichen Argumente für weltraumgestützte Solarenergie ist die Attraktivität, die Kosten für große neue Stromübertragungsprojekte auf der Erde zu vermeiden. Wie die jüngsten Erfahrungen in den USA zeigen, kann es, wenn überhaupt, Jahre dauern, bis neue zwischenstaatliche Übertragungsprojekte in Gang kommen.

Die ESA stärkt auch die wirtschaftliche Argumentation, indem sie weltraumgestützte Solarparks als Alternative zu einer anderen rund um die Uhr emissionsfreien Ressource, der Kernenergie, positioniert.

„Ein einzelner Solarenergiesatellit der geplanten Größe würde etwa 2 Gigawatt Strom erzeugen, was einem herkömmlichen Kernkraftwerk entspricht und in der Lage wäre, mehr als eine Million Haushalte mit Strom zu versorgen“, stellt die ESA fest.

Das sind keine so guten Neuigkeiten für Atomenergie-Fans hier in den USA, wo die Nukleartechnologie aufgrund der Atomkraftwerkskatastrophe von Three Mile Island in Pennsylvania im Jahr 1979 immer noch im Hintergrund steht. Eine neue 2-Gigawatt-Anlage würde es schwer haben, irgendwo in den USA ein Zuhause zu finden, ohne lange und kostspielige Hürden durch Genehmigungshindernisse und gerichtliche Anfechtungen zu überwinden.

Trotz ihrer Beliebtheit in anderen Teilen der Welt hat die Kernenergie Schwierigkeiten, mit den umfangreichen erneuerbaren Energieressourcen der USA zu konkurrieren (siehe mehr). CleanTechnica Kernenergie-Abdeckung hier). Jetzt kommt Space Solar mit einer weiteren Drehung des Messers.

Nur drei neue Kernreaktoren sind in den USA seit der Jahrhundertwende fast fertiggestellt oder stehen kurz vor der Vollendung. Einer von ihnen begann bereits 1972 mit dem Bau. Die anderen beiden begannen 2009 und schwankten über die Ziellinie, was zu Kostenüberschreitungen in Milliardenhöhe führte. Alle drei sind Ergänzungen zu bestehenden Kernkraftwerken.

Space Solar: Wie man es von dort nach hier bringt

Die Frage, wie man Strom von einer Weltraum-Solaranlage zur Erde bringen kann, ist ganz einfach. Wie die ESA beschreibt, ist die grundlegende Technologie für die drahtlose Übertragung bereits vorhanden.

Der Teufel steckt jedoch im Detail. CleanTechnica verfolgt die Weltraum-Solarforschung in den USA seit 2013, als wir auf einen von der National Space Society organisierten Pitch aufmerksam wurden. Damals klang die Idee weit hergeholt, aber 2014 stellten wir fest, dass die US-Marine bei ihren Bemühungen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren, auf Weltraumsolarenergie achtete.

Im Jahr 2015 hatte Northrop Grumman auch Interesse an der Entwicklung von Technologien für weltraumgestützte Solarparks. Über CalTech, das die Einrichtung betreibt, gingen sie eine Partnerschaft mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA ein. Auch die Luftwaffe hat die Weltraum-Solarenergie als Schlüsselenergietechnologie für das Kampfflugzeug der Zukunft identifiziert. Daher ist es keine Überraschung, dass Northrup Grumman mit dem US Air Force Research Laboratory zusammenarbeitet, um die Weltraum-Solarindustrie voranzutreiben.

Ein weiterer Teil des Puzzles kam 2020 vom US Naval Research Laboratory mit einem Update zu einer Lösung zur Reduzierung der Größe und des Gewichts von Solarzellen für weltraumgestützte Solarparks. Die neuen Zellen würden in ein Solarumwandlungssystem und Antennen integriert, wodurch sie Sonnenenergie in ein Funksignal umwandeln und zur Erde übertragen könnten.

Zu den neuesten Nachrichten von CalTech gehört ein erfolgreicher Test der drahtlosen Übertragung von a weltraumgestützte Solaranlage zur Erde Anfang dieses Jahres. Letzte Woche tauchten auch Berichte auf, an denen CalTech-Wissenschaftler arbeiten ein selbstmontierendes System für Solarparks im Weltraum, also bleiben Sie dran, um mehr darüber zu erfahren.

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Bild: Das europäische Weltraum-Solarforschungsprogramm SOLARIS liefert wirtschaftliche Argumente dafür Solarparks in die Umlaufbahn schicken um die Erde (Bild mit freundlicher Genehmigung der ESA).