Solarzellen im All: Cadmiumtellurid bewährt sich im Praxistest

Britisch-algerisches Forschungsteam führt sechsjährigen Versuch im Weltraum durch.

Solaranlagen können nachts keinen Strom produzieren, lautet ein häufiger und nachvollziehbarer Kritikpunkt an dieser erneuerbaren Energiequelle. Auch je nach Jahreszeit und Wetter kann der Ertrag eingeschränkt sein. Solarkraftwerke im Weltraum könnten dies ändern, denn sie sind nicht abhängig von Tag- und Nachtzyklen sowie anderen irdischen Einflüssen. Zudem ist die Sonneneinstrahlung im All wesentlich intensiver als auf der Erde. Diese Art der Energieerzeugung wird derzeit weltweit erforscht, etwa von der Europäischen Weltraumagentur ESA und in Japan. Bereits 2028 will China erste Projekte umsetzen.

Zu den Herausforderungen gehört dabei die Suche nach dem geeigneten Material, denn dieses sollte möglichst leicht, effizient und kostengünstig herzustellen sein, um wirtschaftlich zu arbeiten. Zudem muss der Werkstoff die rauen Umweltbedingungen im Weltraum wie extreme Temperaturen und Strahlung aushalten.

Als geeignete Kandidaten haben sich nun großflächige und extrem leichte Dünnschicht-Solarzellen aus dem Halbleitermaterial Cadmiumtellurid bewährt, aufgedampft auf ultradünnem Glas. Ähnliche Modelle kommen auch auf der Erde zum Einsatz, haben aber einen geringeren Wirkungsgrad und Marktanteil als die weitverbreiteten Module auf Siliziumbasis. Die neu entwickelten Solarmodule umkreisten sechs Jahre lang, über 30 000 Erdumläufe hinweg, auf einem Satelliten den Planeten. Die erste Studie dieser Art wurde von den Universitäten Surrey und Swansea im Vereinigten Königreich in Zusammenarbeit mit der britischen sowie der algerischen Raumfahrtbehörde durchgeführt. Verglichen mit derzeitigen weltraumtauglichen Photovoltaik-Technologien sei die Leistung der neuen Cadmiumtellurid-Solarzellen viel höher bei gleichzeitig niedrigeren Kosten, heißt es in der Studie im Fachmagazin Acta Astronautica.

Weltraumtest legt Basis für die Weiterentwicklung der Technologie

Die Datenauswertung zeige, dass die Paneele der Strahlung standgehalten und ihre Dünnschichtstruktur sich unter den Bedingungen im Weltraum nicht verschlechtert hätten, sagt Craig Underwood, emeritierter Professor für Raumfahrttechnik am Surrey Space Centre. Allerdings habe die Leistung auch mit der Zeit abgenommen, was es bei der weiteren Entwicklung der Technologie zu optimieren gelte.  Die Forscher sehen ihre Ergebnisse dennoch als Beweis für die Funktionsfähigkeit und mögliche kommerzielle Nutzung von Solarenergiesatelliten. Der erfolgreiche Raumflugtest habe Finanzierungsmöglichkeiten für die weitere Entwicklung eröffnet, so Dr. Dan Lamb von der Universität Swansea.

Eine ungleich größere Herausforderung auf dem Weg zu Solarparks im All könnte jedoch die Energieübertragung zur Erde sein. Ein erster erfolgreicher Test gelang erst kürzlich Forschern des California Institute of Technology in den USA mit Mikrowellen.

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