- Bis zu welcher Entfernung kann Solarenergie genutzt werden?

Objekte, die in der endlosen Weite des Weltraums reisen oder stationär sind, brauchen Energie für ihre verschiedenen Systeme. Diese Energie wird meist durch Solarzellen, die sich bei der "International Space Station" (ISS) zum Beispiel in den langen "Armen" befinden, zugeführt. Die Solarzellen wandeln die Lichtenergie unserer Sonne, dem Stern namens "Sol" (daher der Name "Solarzelle"), in elektrische Energie um. Sol produziert konstant 4 x 10hoch23 Kilowatt (kW) Energie. Die ISS nutzt davon nur ein Minimalteil, um ihre kompletten Bordsysteme mit Energie zu bestücken.

Die Raumfahrt ist von Solarenergie abhängig. Doch mit dem Fortschritt verlassen Forschungsgeräte wie zum Beispiel Sonden den Orbit der Erde und entfernen sich immer weiter von der energiespendenden Sonne und die Lichtenergie wird immer schwacher. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem nicht mehr genug Elektrizität von den Solarzellen produziert werden kann und somit die Systeme des Raumfahrzeuges nicht mehr arbeiten können. Aber wo befindet sich dieser Punkt?

Die Solarzellen, die von der ISS genutzt werden, wurden schon vor Jahrzehnten entwickelt und wandeln ca. 14 Prozent der Lichtenergie um, die auf sie auftrifft. Modernere Zellen haben eine Effizienz von ungefähr 30 Prozent. Diese Ausbeute reicht innerhalb des Sol-Systems, um die Systeme von Raumfahrzeugen genügend mit Energie zu versorgen. Doch wenn sich ein Objekt in den entlegenden Winkeln unseres Sonnensystems aufhält oder es sogar verlässt, Bereiche aufsucht, in denen Solar-Photonen rar sind, so ist es nötig, dass selbst ein einzelnes Photon in Elektrizität umgewandelt wird.

"Die Intensität des Sonnenlichtes nimmt 1/rhoch2 ab, wobei r die Distanz zur Sonne darstellt", erklärt Geoff Landis, ein Wissenschaftler des "Glenn Research Centers" der NASA. "Das heißt, dass ein 1 qm großer Bereich, der 400 Watt bei einer Entfernung von 1 AE produziert, beim Jupiter eine Größe von 25 qm und beinahe 2 000 qm beim Pluto haben müsste, um dieselbe Energiemenge hervorzubringen." (AE ist die Abkürzung für "Astronomische Einheit"; eine astronomische Einheit entspricht der durchschnittlichen Distanz zwischen Erde und Sonne, das entspricht ca. 150 Millionen Kilometer)

Landis und seine Kollegen suchen nach neuen Wegen, die Sonnenenergie besser auszunutzen. Sie erhöhen die Leistung der Solarzellen, suchen nach einem Verfahren, das Energie per Laserstrahl zu weit entfernten Raumfahrzeugen sendet und nach einem Solarenergiesystem für Mond und Mars.

"Wenn man die heutigen Technologien benutzt", so Landis, "ist der "Rand" des Sonnenscheins, den wir nutzen können, ungefähr vier Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt, wo das Sonnenlicht ungefähr ein sechzehntel der Helligkeit besitzt, wie es nahe der Erde der Fall ist." Diese Entfernung liegt zwischen Mars (1,5 AE) und Jupiter (5,2 AE).

Die NASA-Sonde "Stardust" ist unter den solarbetriebenen Raumfahrzeugen das, das bis jetzt am weitesten von der Sonne entfernt war: 2,35 AE. Dieser Rekord wurde letzten Oktober aufgestellt. "Stardust" ist noch bis zum April dieses Jahres auf dem Weg zum Kometen "Wild 2" und stellt somit jeden Tag ihren eigenen Rekord ein, da sich "Wild 2" 2,72 AE von der Sonne entfernt aufhält. Die Solarzellen von "Stardust" produzieren trotz der Entfernung noch immer unerwartet viel elektrische Energie. Das mag daran liegen, dass sich die Kälte im All so weit von der Sonne entfernt im Gegensatz zu den Temperaturen im Entwicklungslabor auf der Erde positiv auf die Zellen auswirkt. Doch das ist noch unerforschtes Territorium der Wissenschaft.

Kürzlich testete das experimentelle Raumfahrzeug "Deep Space 1" zum ersten Mal den "Solar-Konzentrator" - ein Gerät, das 720 Linsen benutzt, um Sonnenlicht auf 3600 Solarzellen zu fokussieren. Das neue System erzeugte 2500 Watt und somit genug Energie, um zum Beispiel drei Mikrowellen zu betreiben. Das ist mehr als genug für die Maschinen des Raumfahrzeugs.

Solche Entwicklungen helfen, Solarenergie selbst weit im Weltraum zu benutzen - möglicherweise an Orten, die sich nicht mehr in unserem Sonnensystem befinden.

"Wir forschen nach einem Verfahren, Laser zu benutzen, um Photonen zu Solarzellen zu senden", berichtet Landis. "Wenn man einen Laser entwickelt, der stark genug ist und man ihn genau ausrichten kann, so gibt es keinen "Rand" des Sonnenscheins - mit einer Linse, die groß genug ist könnten wir Licht zu einer Sonde schicken, die sich auf der Hälfte der Strecke zu Alpha-Centauri befindet!"

Licht zu Zielen auf der Erdoberfläche, dem Mond, Mars oder weit entfernten Raumfahrzeugen zu senden, ist noch eine Sache, die in Sciencefiction-Büchern gehört. Geoff Landi ist Gewinner der "Hugo"- und "Nebula"-Awards für Sciencefiction-Autoren. Daher hören sich die Aussagen von Geoff so überzeugend an. Jedoch werden die Menschen wohl in nächster Zukunft noch ähnliche Systeme verwenden müssen, wie sie es auf der ISS getan haben. (Redakteur: Bastian Knebel)

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