Fokus! Solarflugzeug-Update!

Die Reduzierung von Treibhausgasemissionen ist eine universelle Herausforderung für die kommerzielle Luftfahrtindustrie. Dieser Sektor macht 2,6 Prozent der weltweiten Emissionen aus und könnte auf 5 Prozent steigen, da die Branche im Dekarbonisierungsprozess hinter anderen Sektoren zurückbleibt.

Bis 2030 werden mehr Menschen mit dem Flugzeug reisen, und die derzeitigen Verpflichtungen der Fluggesellschaften zur Verwendung kohlenstoffarmer alternativer Kraftstoffe werden diese Zunahme nur teilweise ausgleichen.

Von Flugzeugen genutzte Solarenergie

In einer Stunde erreicht genug Sonnenlicht die Erdoberfläche, um den gesamten Energiebedarf der Welt für ein ganzes Jahr zu decken.

Solaranlagen verwenden Photovoltaikmodule, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Diese Energie kann in Strom umgewandelt und in der Flugzeugindustrie genutzt werden.

Während der Energiekrise der 1970er Jahre galt Solarenergie über Photovoltaikmodule als alternative Energiequelle. Solarflugzeuge haben in letzter Zeit die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit und der Luftfahrtindustrie als ökologisch vorteilhafte Lösung auf sich gezogen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Flugzeugen verwenden Solarflugzeuge Photovoltaikmodule, um die Sonnenstrahlung zu sammeln und in Strom umzuwandeln.

Solarbetriebene Flugzeuge werden konventionellen Flugzeugen vorgezogen

Solarbetriebene Flugzeuge haben aufgrund der unbegrenzten Verfügbarkeit von Solarenergie ein großes Potenzial für Missionen in großer Höhe und mit langer Ausdauer (HALE).

Solarbetriebene Flugzeuge können in der Nähe des Weltraums über dem atmosphärischen Fluggebiet und unter dem Fluggebiet von Raumfahrzeugen fliegen (ca. 20-100 km).

Abhängig von der Haltbarkeit der Flugzeugsysteme und der Verfügbarkeit von Sonnenlicht können sie monate- oder sogar jahrelang ununterbrochen fliegen, was mit herkömmlichen Flugzeugen aufgrund von Betriebsbeschränkungen nicht möglich ist.

Wie funktioniert ein solarbetriebenes Flugzeug?

Das Grundkonzept besteht darin, bestimmte Bereiche des Flugzeugs wie Flügel und Heck mit Solarzellen zu bedecken.

Bei Sonneneinstrahlung wandeln die Photovoltaikmodule die Sonnenenergie in Strom um. Die Ausrichtung der PV-Module und die Helligkeit der Sonne sind die beiden Elemente, die beeinflussen, wie viel Energie produziert wird.

Die Schaltung, die den Leistungsübertragungsausgang verwaltet, weist einen programmierbaren Mikrocontroller auf. Das Steuer- und Übertragungssystem des Stroms sorgt dafür, dass die Solarmodule möglichst viel Energie produzieren. Der größte Teil des erzeugten Stroms wird für die Stromversorgung der Elektronik und der Antriebssysteme des Flugzeugs verwendet. Bei schwacher Sonneneinstrahlung werden die Batterien mit der zusätzlichen Energie wieder aufgeladen.

Die Grundidee ist, das Flugzeug zum Transport von Sonnenenergie zu nutzen, und die Solarmodule, die das Flugzeug bedecken, übernehmen diese Aufgabe. Mit diesen Modulen wird Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Mit dieser elektrischen Energie werden die Batterien aufgeladen, die die Elektromotoren antreiben.

Die an den Motoren montierten Propeller erzeugen einen konstanten Schub. Die dynamische Wirkung der Luft treibt somit das Flugzeug an und erzeugt eine Kraft an den Flügeln, die der nach unten gerichteten Kraft des Gewichts entgegengesetzt ist. Nachts sind die Batterien die einzige Energiequelle.

Vorteile solarbetriebener Flugzeuge

Solarbetriebene Flugzeuge sind umweltfreundlich. Der wichtigste Vorteil von Solarflügen und der grundlegende Grund für ihre Entwicklung ist, dass sie auf eine saubere Energiequelle angewiesen sind, die keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt hat.

Solarenergie hat erhebliche Vorteile gegenüber fossilen Brennstoffen, da es sich um eine kostenlose, saubere und erneuerbare Energiequelle handelt.

Nachteile solarbetriebener Flugzeuge

Konventionelles Fliegen ist weniger von Wetteränderungen betroffen als solarbetriebene Flugzeuge. Herkömmliche Flugzeuge können sich aufgrund des Wetters verzögern oder die Reise kann anspruchsvoller werden. Solarflugzeuge können jedoch nur bei bestimmten Wetterbedingungen fliegen, insbesondere auf langen Strecken, da sie in der Luft aufgeladen werden müssen.

Obwohl Solarenergie praktisch kostenlos ist, ist die Ausrüstung und Technologie, die zu ihrer Gewinnung und Nutzung erforderlich ist, sehr teuer, insbesondere angesichts der Größenordnung, die für den Betrieb eines Ein-Passagier-Flugzeugs erforderlich ist.

Das erste solarbetriebene Flugzeug und moderne Flugzeuge

Elektrizität wird seit langem verwendet, um Flugmaschinen anzutreiben. Das erste war ein mit Wasserstoff gefülltes französisches Flugboot, das 1884 ein 10-km-Rennen in der Nähe von Villacoulbay und Medon gewann.

Als der Benzinmotor aufkam, wurde der elektrische Antrieb für Flugzeuge aufgegeben und das Feld lag fast ein Jahrhundert lang im Dornröschenschlaf. Damals hatte das elektrische System einen Vorteil gegenüber seiner einzigen Rivalin, der Dampfmaschine.

Vor einem begeisterten Publikum und Fotografen landete SunPower 2 in den frühen Morgenstunden des 26. Juli 2016 in Abu Dhabi. Das Flugzeug bewältigte, was viele für eine unmögliche Aufgabe hielten. Nach 14 Monaten und 550 Flugstunden reiste es 25,000 Meilen um die Erde, ohne flüssigen Treibstoff zu verwenden, und überquerte dabei vier Kontinente, zwei Ozeane und drei Meere. Die einzige Energiequelle für dieses Fahrzeug waren die hellen Sonnenstrahlen.

Jüngste Forschungen und Entwicklungen bei solarbetriebenen Flugzeugen

Wie bei anderen konkurrierenden technologischen Ansätzen wurden Solarbrennstoffzellen entwickelt, um Strom für stationäre Systeme zu erzeugen. Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen konzentrieren sich auf die Entwicklung zuverlässiger, kostengünstiger und leistungsstarker Energienetze für Luftfahrtanwendungen.

Die Nutzung von Solarenergie für die Luftfahrt wird durch rasante technologische Fortschritte verbessert und ausgebaut. Organische Photovoltaikanlagen sind in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung. Organische Photovoltaik (OPV) wird aus einer vielfältigen und vielseitigen Palette organischer Materialien hergestellt und bietet unbegrenzte Möglichkeiten für eine Reihe von Leistungssteigerungen. Organische Moleküle sind kostengünstig, haben gute Lichtabsorptionseigenschaften und können Beschichtungen von wenigen hundert Nanometern Dicke ermöglichen.

Eine neuere Entwicklung bei solarbetriebenen Flugzeugen ist die Entwicklung des Flugzeugs Zephyr S. Das auch als Drohne und Pseudosatellit bekannte Flugzeug Zephyr S startete vom Yuma Proving Ground der US-Armee in Arizona. Es ist so konzipiert, dass es längere Zeit in der Luft bleibt und so als militärische Sensorplattform fungieren kann.