TEIL C

Weitere Einsatzformen der Photovoltaik

Hybridsystem-Anlagen

Unter Hybridsystemen oder Hybridsystem-Anlagen verstehe ich an dieser Stelle solarelektrische Großanlagen im oberen kW- bzw. im MW-Bereich, bei denen die Photovoltaik mit anderen Energien kombiniert wird, häufig, um Inselnetze zu versorgen oder Meerwasser-Entsalzungsanlagen zu betreiben. Diese Energien sind oftmals der Wind, nachwachsende Rohstoffe oder Biogas (z.B. aus Kläranlagen), aber auch Erdgas und andere Brennstoffe.

Kombinierte photovoltaisch-solarthermische Kleinanlagen behandle ich dagegen im Kapitelteil Solarthermie unter Hybrid-Kollektoren. Andere kleine und kleinste Hybridanlagen sind entweder dem Kapitel Windenergie (Neue Designs und Rotorformen) oder den photovoltaischen Umsetzungen (Entwicklung der photovoltaischen Nutzung) zugeordnet. Einsatz finden sie zunehmend in ländlichen, abgelegenen Gebieten, in erster Linie in Afrika und Asien (3.-Welt-Systeme).

Das vermutlich weltweit erste Hybridsystem wird 1988 in Burg auf der Insel Fehmarn errichtet, wo im Rahmen eines 7 Mio. DM Projektes zur Stromversorgung des Klärwerks eine Solarzellenanlage, ein Windkraftwerk sowie ein Biogas-Motor installiert werden, der mit Klärgas betrieben wird. Das BMFT fördert dieses noch relativ kleine Projekt zu 38 %.

1991 wird für rund 8 Mio. DM das europaweit bislang größte Hybrid-Kraftwerk auf dem Gelände des erst 1990 neu gebauten Klärwerks im mecklenburgischen Körkwitz, Kreis Riebnitz-Dammgarten, errichtet. Das BMFT beteiligt sich mit 6,1 Mio. DM, und das Land Mecklenburg-Vorpommern mit 1,6 Mio. DM an den Gesamtkosten des Modellprojektes am Saaler Bodden. Die 5.000 Solarzellen-Module haben eine Fläche von 3.000 m² und erzeugen 250 kW. Ab 1992 wird ein 300 kW Windkraftwerk integriert, und 1993 folgt der Bau einer Biogasanlage für den Klärschlamm, deren Gas zwei Blockheizkraftwerke betreibt, jeweils mit 30 kW elektrischer und 60 kW thermischer Leistung. (Seit 2009 beklagen sich einige Anwohner allerdings, daß das Klärwerk laut sei und stänke.)

Die Solar-Großanlage auf Pellworm gilt 1992 nach der Installation von Windkraftwerken ebenso als Hybridanlage, wie die 1994 in Betrieb gehende Großanlage in Toledo, bei der die Photovoltaik mit einem Wasserkraftwerk kombiniert wird (s.d.).

Im März 1998 legen die DLR-Solarexperten Franz Trieb, Bernhard Milow, Joachim Nitsch und der Vorsitzende des Hamburger Klimaschutz-Fonds und wissenschaftlicher Mitarbeiter des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg Gerhard Knies in einen Bericht unter dem Titel vor: ‚Einführung solarthermischer Kraftwerke auf dem Weltenergiemarkt - eine Chance für die Arbeitsmarkt- und Klimapolitik Deutschlands’ vor. Hierin geben sie schon recht früh eine sinnvolle Marschrichtung vor: „Solarkraftwerke können zunächst als solar/fossil befeuerte Hybridsysteme konzipiert werden, um die wirtschaftlichen Barrieren zu senken“ ... und damit den Übergang zur solaren Energiewirtschaft erleichtern. Ein Jahr zuvor war bereits ein sehr ausführlicher Artikel über die Systemaspekte hybrider Solaranlagen erschienen, in dem eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten analysiert wird.

Im August 1999 beginnen die Unternehmen Parker Ranch und PowerLight Corp. die gemeinsame Planung eines Solar/Wind-Hybridkraftwerkes auf Hawaii, das 2005 in Betrieb gehen soll. Es handelt sich um das gegenwärtig weltweit größte entsprechende Projekt. Auf  Hawaii gibt es bereits fünf größere Windparks sowie eine nicht netzverbundene kombinierte Photovoltaik-, Wind- und Diesel-Anlage. Diese besteht aus einem 10 kW PV-Array, drei 10 kW Windkraftanlagen von Bergey und einem 30 kW Diesel-Generator, die mit einer Batterie-Bank und einem Pumpspeicher-System verbunden sind. Die kleine Hybridanlage versorgt ein Gewächshaus sowie elf Häuser und Geschäfte auf einer Ranch.

Anfang 2001 startet ein von der EU-Kommission gefördertes Forschungsprojekt unter dem Titel Solar Hybrid Gas Turbine Electric Power System (SOLGATE), bei dem bis zum März 2003 ein Solarhybrides Energie-System entwickelt werden soll. Bei diesem System soll die Druckluft, die einer Gasturbine zugeführt wird, durch direkte Sonneneinstrahlung erwärmt werden. Neben den notwendigen Änderungen der Gasturbine selbst soll auch die Hochtemperatur-Receiver-Technologie weiterentwickelt und das Thema Systemintegration behandelt werden.

Die beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure planen, eine Gasturbine mit 280 kW Wellenleistung für die externe, solare Luftbeheizung zu modifizieren. Außerdem soll ein Druck-Empfänger-Modul für eine Temperatur von 1.000°C entwickelt und gebaut werden, bei dem der Keramik-Absorber mit aktiven Kühlungsmaßnahmen kombiniert ist. Anschließend sollen die Komponenten zu einem kompletten Solar-Hybrid-System zusammengebaut und mindestens für 8 Monate lang in die PSA-Solarturm-Anlage im spanischen Almería integriert werden.

Ein wesentliches Entwicklungsziel ist auch die Entwicklung von Software-Tools, welche die Simulation der Einzelkomponenten und der Gesamtleistung des Systems, und damit die Gestaltung kommerzieller solarhybrider Gasturbinen-Kraftwerke mit Turbinenleistungen zwischen 1,4 MW bis 17 MW ermöglichen soll. Ebenfalls geplant wird die Errichtung einer Demonstrationsanlage (s.u. Mitte 2010).

Im April 2002 gibt die Weltbank bekannt, daß sie bis zu 50 Mio. $ für den Bau von Solar-Hybrid-Anlagen in Ägypten, Indien, Mexiko und Marokko, bei denen die Parabolrinnen-Technologie mit der Erdgasverbrennung verbunden wird, bereitgestellt hat.

Bei der International Executive Conference on Concentrating Solar Power (CSP) in Berlin im Juni 2002 wird der Plan des Königreichs Jordanien bekannt, in der Region Quwairah im Süden des Landes, für 200 – 300 Mio. $ eine 100 -150 MW Solarhybridanlage zu errichten. Tatsächlich hat das deutsche Unternehmen Solar Millennium bereits im Vorjahr ein Angebot zur Umsetzung des Jordanian IPP Solar Power Project unterbreitet, das Ende 2005 in Betrieb gehen soll.

Über die Parabolrinnen-Technologie (engl. Concentrated Solar Power, CSP), um die es auf der genannten Konferenz ging, gibt es im Buch der Synergie ein eigenes Kapitel, ebenso über das Desertec-Projekt, bei dem die Firma Solar Millennium eine maßgebliche Rolle spielt (s.d.).

Über ein ähnliches Projekt wird im Jahr 2002 auch aus Indien berichtet, wo in Mathania, nahe Jodhpur in der Provinz Rajasthan, ein Flüssigbrennstoff/Solar-Hybridkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 140 MW errichtet werden soll, von denen 35 – 40 MW von einem 219.000 m² großen Parabolrinnen-Feld stammen werden. Die Kostenschätzung für das SOLIN-1 genannte Projekt beläuft sich auf konkurrenzfähige 1 Mio. $/MW. Das zuständige Ministry of Non-Conventional Energy Sources (MNES), eine weltweit bislang einmalige Einrichtung, plant außerdem ein 35 MW starkes solarthermisches Kraftwerk, ebenfalls in dem ariden und relativ dünn besiedelten Rajasthan.

Beim Update Mitte 2011 stellt sich allerdings heraus, daß es für dieses von der Global Environment Facility (GEF) geförderte Solarhybrid-Projekt bislang erst eine Machbarkeitsstudie gibt, welche die 1999 gegründete deutsche Firma Fichtner Solar GmbH aus Stuttgart erarbeitet hat. Inzwischen wird über eine reduzierte Kraftwerksgröße von nur 30 – 80 MW gesprochen.

Der nativ-amerikanische Hualapai Stamm erhält im Juli 2004 von der US-Landwirtschaftministerium einen Zuschuß in Höhe von 2 Mio. $, in ihrem isolierten, 3.600 Hektar großen Tourismusunternehmen in Grand Canyon West (GCW) die Infrastruktur zur Stromerzeugung und -verteilung zu schaffen. Das Gebiet ist nicht an das nationale Stromnetz angeschlossen und nutzt Diesel-Generatoren, um den Flughafen und anderen Einrichtungen mit Strom zu versorgen. Der Stamm betreibt seit 1997 die längste solarbetriebene Wasserleitung Nordamerikas, um Wasser nach GCW zu pumpen, und im Jahr 2000 wird ein kleines 7 kW PV/Wind-Hybridsystem mit Batteriespeicher installiert.

Der Stamm plant nun ein Solar-Hybrid-System von zunächst 250 kW, das zukünftig bis auf 2 MW erweitert werden kann. Das Projekt wäre eine Gelegenheit zur Demonstration der fortschrittlichen Solarthermie, Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellen-Technologie. Die Projektierung übernimmt die Firma Daystar Consulting LLC aus Seattle. Für ein ähnliches Projekt erhält auch die Navajo Nation in New Mexico eine Förderung des Ministeriums. 2008 gehen in GCW dann zwei 100 kW Solar/Diesel-Hybridanlagen in Betrieb, die allerdings nur PV-Paneele mit einer Leistung von 16 kW haben, während die Leistung der Batteriebank 5.400 Ah beträgt.

Ende 2004 geht in China die landesweit erste Solar/Wind-Hybridanlage ans Netz. Das 100 kW PV-Array befindet sich in der Huaneng Nan’ao Windfarm und gilt auch als erste netzverbundene Solarzellen-Anlage Chinas. Kleinere Kombi-Systeme im Bereich bis zu 20 kW werden zu diesem Zeitpunkt schon kommerziell angeboten, z.B. von der Suzhou Yueniao Machinery & Electronics Imp. & Exp. Co. Ltd. in Suzhou. Die Huayuan New Energy Project Co. Ltd. wiederum, in dem seit 2005 als Chinas Solar City bezeichneten Dezhou angesiedelt, bietet ebenfalls eine ganze Palette an neuen Energiesystemen an, angefangen von kleinen Windladern, über Vakuumröhren bis hin zu Parabolrinnen-Reflektoren aus Glas oder Metall, wie sie bei großen Solarthermie-Kraftwerken eingesetzt werden. Im Bereich der Hybridsysteme werden Solar/Biogas-Anlagen angeboten.

Die 1981 gegründete SMATechnologie AG aus Niestetal, ein führender Hersteller von Photovoltaik-Wechselrichtern realisiert 2006/2007 im Rahmen des bilateralen deutsch-chinesischen Solarenergie-Programms ein Solarhybrid-System in China, mit dem die Lebensqualität der Menschen in abgelegenen Gebieten der westchinesischen Provinzen Yunnan, Xinjiang, Qinghai und Gansu verbessert werden soll. Das deutsche Interesse besteht darin, PV-Paneele von Shell Solar GmbH and Schott Solar einzusetzen. Die Anlagen sind mit Solarzellen zwischen 4,5 und 18 kW, Dieselgeneratoren von 10 bis 30 kW und Batteriesätze zwischen 72 und 190 kWh ausgerüstet.

Ein interessantes Modell aus Afrika ist die Solar/Pflanzenöl-Hybridanlage der Vincentian Sisters in Mbinga (Tansania), welche die 1983 gegründete deutsche Firma Energiebau Solarstromsysteme GmbH aus Köln im Jahr 2006 realisiert – mit eigenhändiger Hilfe der Schwestern.

Auf dem Kirchendach befinden sich – gottgefällig ein weißes Kreuz umrahmend – 81 Solarmodule vom Typ Schott ASE 100 mit einer Fläche von rund 80 m² und einer Gesamt-Spitzenleistung von 8,1 kW, welche die Hauptlast übernehmen, während der auf 30 kW ausgelegte Pflanzenöl-Generator des Herstellers Kuboto nur bei besonders hohem Stromverbrauch zugeschaltet wird, pro Tag für etwa 2,5 Stunden. Dieser Generator ist von der Kölner Firma auf Jatropha-Öl umgerüstet worden, was den Schwestern pro Liter im Vergleich zum Diesel fast einen Euro einspart. Gekostet hat das Gesamtsystem rund 100.000 €. Im Januar 2007 erhalten die Projektpartner dafür den Roy Family Award 2007 der Harvard University (John F. Kennedy School of Government).

Die Kölner Energiebau hat das Konzept der dezentralen Elektrifizierung auch schon in anderen Ländern umgesetzt, zumeist in Kooperation mit InWEnt und gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi). In ghanesischen Busunu beispielsweise vorsorgt eine Solar-Hybrid-Anlage mit Pflanzenöl-Generator ein Dorf mit 360 Häusern, während eine ähnliche Anlage ein Ausbildungszentrum auf Sumba Island in Indonesien zum unabhängigen Stromproduzenten macht.

Eine moderne und semi-mobile Hybridanlage bildet das von der Ecosphere Technologies Inc. in Stuart, Florida, entwickelte System, das aus zwei 7 m langen Containern besteht und mit ausklappbaren Solarzellen sowie einem zusätzlichen Windlader bestückt ist. Das 2007 vorgestellte Modell Ecos LifeLink liefert 16 kW Elektrizität, kann verseuchtes oder verunreinigtes Wasser filtern und bietet eine Internetanbindung über eine Entfernung bis zu 50 km. Die Anlage ist speziell für Notfalleinsätze entwickelt worden.

Doch langsam werden die Anlagen größer – zumindest die Planungen für diese.

Im Juni 2008 gibt die Firma San Joaquin Solar LLC aus in San Diego (eine Tochter der Martifer Renewables) bekannt, daß sie von dem Stromversorger PG&E den Auftrag erhalten habe, nahe dem kalifornischen Coalinga zwei Solarthermie/Biokraftstoff-Hybridanlagen zu errichten. Jede der beiden Dampfturbinen-Anlagen wird aus dem mit Parabolrinnen versehenen solarthermischen Teil 53,4 MW beziehen, die von 40 MW aus der Biomasse-Verbrennung ergänzt werden. Die zum Betrieb erforderlichen 250.000 Tonnen Biokraftstoff pro Jahr werden aus lokalen Abfällen der Landwirtschaft und Viehzucht kommen. Starten sollen die Hybrid-Anlagen im ersten Quartal 2011.

Im Juni 2009 geht im israelischen Kibbuz Samar nahe Eilat eine patentierte, neue Solaranlage in Betrieb, nachdem es dem Unternehmen gelungen war, in einer Finanzierungsrunde 5 Mio. $ Investitionsmittel zu bekommen, in erster Linie durch EZKlein Partners, EDIG Construction und L&Q Solar.

Im Grunde handelt es sich bei dem Projekt der 1998 gegründeten Firma Aora Solar Energy Co. (früher: EDIG Solar) aus Rehovot um eine kleine Solarturm-Anlage, bei der 30 Heliostate – sonnennachgeführte Spiegel – die Sonnenstrahlen auf die Spitze des 30 m hohen Turms konzentrieren, wo sich ein spezieller Receiver sowie eine 100 kW Gasturbine befinden. Tagsüber treibt die bis auf 1.000°C erhitzte Luft die Mikroturbine direkt an, in der Nacht wird diese mit Biodiesel oder Naturgas betrieben. Das Kraftwerk kann 100 kW Strom und 170 kW thermaler Energie erzeugen.

Die Schlüsselkomponenten von Aora Power Conversion Unit (PCU), die Mikroturbine und der Solar-Receiver, sind in Zusammenarbeit mit dem Weizmann-Institut un der Firma Rotem Industries entstanden. Als Preis der Gesamtanlage werden rund 500.000 $ genannt. In der Zukunft plant das Unternehmen Kraftwerke im Maßstab von 5 MW und mehr zu entwickeln.

Im Dezember 2009 meldet die Presse, daß das amerikanische Electric Power Research Institute (EPRI) zu Demonstrationszwecken den Bau von zwei Solar-Hybridanlagen zu plant, bei denen fossil befeuerte Kraftwerke mit Solarenergie nachgerüstet werden. Dabei soll der solarthermisch erzeugte Wasserdampf dem Dampf-Kreislauf des herkömmlichen Kraftwerks hinzugefügt werden, was zu reduzierten Emissionen und Treibstoffkosten führen soll. Bei den zwei Anlagen handelt es sich um das 245 MW Escalante Kohlekraftwerk der Tri-State Generation and Transmission Association Inc. in Prewitt, New Mexico, sowie um das 1.102 MW Chuck Lenzie Naturgas-Kraftwerk der NV Energy nahe Las Vegas.

Im April 2010 starten der Energy Investors Funds aus Massachusetts und der Energie-Projektentwickler NTE Energie aus Florida ein Joint Venture, das sich auf hybride Erneuerbare Energien/Erdgas-Projekte konzentrieren wird. Die neue EIF NTE Hybrid Renewable Energy will Projekte in Florida, South Carolina und Alabama entwickeln, bei denen Solar-, Biomasse- und andere erneuerbaren Technologien mit der Erdgasturbinen-Technologie verbunden werden.

Die Solarthermie-Firma eSolar gibt im Mai 2010 bekannt, daß sie von der chinesischen Regierung einen Auftrag über 2 GW ihrer Solarturm-Installationen erhalten habe, die in erster Linie als hybride Komponente von Biomasse-Kraftwerken eingesetzt werden sollen. Ich konnte bislang nicht verifizieren, ob dieses Geschäft tatsächlich zur Abwicklung gelangt ist, oder nicht.

Gemeinsam mit Partnern aus Europa, Brasilien und Mexiko nehmen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Mitte 2010 das solarhybride Versuchskraftwerk SOLHYCO in Betrieb, das auf dem großen Solarturm CESA-1 der südspanischen Plataforma Solar de Almería installiert ist. Die gebündelte Sonnenstrahlung erhitzt die im Strahlungsempfänger angebrachten, metallischen Absorberrohre auf über 800°C. Mit dieser Hitze wird die durch die Absorberrohre strömende Luft erwärmt, die dann eine 100-Kilowatt-Mikrogasturbine mit angeschlossenem Generator zur Stromproduktion antreibt.

Bei Sonnenschein wird das Kraftwerk mit Solarenergie betrieben, in der Nacht und bei Bewölkung kann Dieseltreibstoff zugefeuert werden. Nach Abschluß der Entwicklung sollen künftige Betreiber unterschiedliche Kraftstoffe wie Biogas, Biodiesel, Erdgas oder Diesel verwenden können. Bei einem typischen Dauerbetrieb von etwa 4.000 Volllaststunden pro Jahr wird eine Brennstoffeinsparung von ca. 36 % erwartet. Das hybride Kleinkraftwerk ist nach Berechnung des DLR in der Lage, rund 50 Haushalte mit Strom zu versorgen. Die Forscher planen nun, das Prinzip des Hybridkraftwerkes weiterzuentwickeln und ein 5 MW Kraftwerk zu konzipieren.

In der Nähe von Palisade in Colorado geht im Juli 2010 das weltweit erste Solar/Kohle-Hybridkraftwerk in Betrieb. Die 1 MW Cameo-Demonstrationsanlage der Unternehmen Xcel Energy und Abengoa Solar kostet 4,5 Mio. $ und nutzt 8 Reihen Parabolrinnen-Kollektoren mit einer Gesamtlänge von 150 m. Das dort solar erhitzte Mineralöl wird durch einen Wärmetauscher geleitet, wo es zum Vorwärmen des Wassers für die Kohle-befeuerte Turbine des 49 MW Kraftwerks verwendet wird. Damit soll der Brennstoffverbrauch des Kohlekraftwerks um 2 – 3 %, und die Emissionen um bis zu 10 % verringert werden.

Inzwischen haben sich mehrere US-Stromversorger mit dem Electric Power Research Institute (EPRI) zusammengetan, um die Möglichkeiten der Solar/Kohle-Hybridtechnologie in North Carolina und New Mexico zu studieren. In Florida befindet sich außerdem eine  Solar/Erdgas-Hybridanlage im Bau.

Im August 2010 geht in Marble Bar in der Region Pilbara in Westaustralien das offiziell weltweit erste Solar/Diesel-Kraftwerk in Betrieb, das diesen Namen auch verdient. Der Ortswahl ist sinnvoll, denn Marble Bar hält einen Weltrekord für die meisten aufeinander folgenden Tage mit Höchsttemperaturen. Die Pippunyah Power Station von Horizon Power ist mit 1.350 einachsig sonnennachgeführten Solar-Arrays mit einer Gesamtleistung von 1,16 MW ausgestattet. Es wird erwartet, daß die Anlage in der Hochsaison im Sommer bis zu 89 % des städtischen Strombedarfs decken kann und übers Jahr den Diesel-Verbrauch um 35 – 40 % senkt. Sehr interessant: Die von der Anlage erzeugte Energie wird in einem innovativen Schwungrad-Speichersystem gespeichert. Das Projekt wird von der Bundesregierung unterstützt und vom westaustralischen Office of Energy durchgeführt.

Eine weitere Anlage mit der gleichen Technologie und 900 Solar-Arrays ist in Nullagine im Bau, 88 km südlich von Marble Bar gelegen; sie soll im Oktober in Betrieb gehen. Außerdem plant Horizon Power solche Solar/Diesel-Hybridkraftwerke in den abgelegenen Aborigine-Gemeinden Kalumburu und Yungngora zu errichten.

Die internationale Überzeugungsarbeit trägt nun erste Früchte. Die Firmen Abener Energía S.A. und Teyma, beide im Besitz der Abengoa Group, beginnen im September 2010 mit den Bauarbeiten an einem Hybrid-Solarkraftwerk in Algerien, in der Nähe des Erdgasreservoirs Hassi R’Mel, dem größten Afrikas. Die Anlage wird 150 MW Strom produzieren, von denen 25 MW aus dem solarthermischen Anlagenteil stammen, der aus 224 Parabolrinnen-Kollektoren mit zusammen 600.000 m² Spiegelfläche besteht. Ansonsten ist das Kraftwerk, das die sogenannte Integrated Solar Combined Cycle (ISCC) Technologie nutzt, noch mit zwei 40 MW Erdgas-Turbinen und einer 80 MW Dampfturbine ausgestattet. Im Juli 2011 erfolgt die offizielle Einweihung unter Anwesenheit des spanischen Energieministers und seines algerischen Amtskollegen, die Inbetriebnahme erfolgt im September.

Bereits im Dezember 2010 geht das erste solarthermische Hybridkraftwerk in Ägypten mit einer elektrischen Gesamtleistung von 150 MW in Betrieb. Das 30 MW Solarfeld der in Kuraymat, rund 100 km südlich von Kairo, gelegenen Anlage besteht aus 2.000 Parabolrinnen-Kollektoren von jeweils 12 m Länge und 6 m Breite, die zusammen eine Gesamtfläche von 130.000 m² haben. Aufgrund des Vorbildcharakters des Solarfeld-Projektes wird dieses von der Global Environmental Facility (GEF) mit einem Zuschuß in Höhe von rund 50 Mio. $ gefördert. Die Gesamtkosten des Hybrid-Kraftwerks belaufen sich auf über 250 Mio. €, von denen auf das Solarfeld etwa 30 % entfallen.

Die technische Auslegung des Solar-Hybrid-Kraftwerks, das Erdgas zur Stromerzeugung nutzt, erarbeitet das deutsche Unternehmen Fichtner Solar. Die Errichtung und Inbetriebnahme des Solarfelds erfolgt in Zusammenarbeit mit dem ägyptischen Unternehmen Orascom Construction Industries, während die Flagsol GmbH, ein Tochterunternehmen der Erlanger Solar Millennium AG und der Essener Ferrostaal AG, die Solartechnologie für das Projekt liefert. Im Anschluß an die Inbetriebnahme werden Flagsol und Orascom den Solarteil des Kraftwerks nun zwei Jahre lang selbst betreiben, bevor er endgültig dem Auftraggeber, der Egyptian New and Renewable Energy Authority, übergeben wird. Für Deutschland gilt das Projekt als Versuchslauf für die internationale Desertec Initiative. 

Im November 2010 wird in den USA der Ende 2008 begonnene Bau der bislang weltweit größten Solar-Hybridanlage abgeschlossen. Das sogenannte Martin Next Generation Solar Energy Center in Indiantown, Florida, kostet 476 Mio. $ und verbindet das gegenwärtig zweitgrößte Solarthermalfeld der Welt mit dem größten Erdgaskraftwerk der USA (3,8 GW). Ebenfalls weltweit zu ersten Mal wird bei der Hybridanlage des Stromversorgers Florida Power & Light (FPL) ein solarer Anlagenteil in ein bereits bestehendes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk integriert.

Bei der 75 MW Anlage im westlichen Martin County, nördlich von West Palm Beach und in der Nähe des Okeechobee Sees gelegen, bedecken mehr als 190.000 Parabolspiegel eine Fläche von rund 200 Hektar (etwa 80 Fußballfelder). Die Spiegel konzentrieren die Sonnenstrahlen auf Vakuumröhren, in denen ein synthetisches Öl auf 400°C aufgeheizt wird. Der damit erzeugte Dampf wird mit dem Dampf aus der Abwärme von vier Erdgas-Anlagen vermischt und anschließend zur Stromerzeugung in eine bereits bestehende Dampfturbine eingespeist.

Der Betreiber erwartet, mit der neuen Technologie den Verbrauch fossiler Brennstoffe um rund 1,16 Mrd. m³ Erdgas und mehr als 600.000 Barrel Erdöl zu reduzieren, um während der geschätzten 30-jährigen Lebensdauer der Anlage rund 178 Mio. $ an Treibstoffkosten zu sparen. Die restlichen Investitionskosten werden vermutlich mit Emissionsrechten verrechnet.

Die mit 310 MW derzeit größte Parabolrinnen-Anlage der Welt in der Mojave-Wüste gehört ebenfalls der FPL, deren umweltbewußte Firmenpolitik erfolgreich dabei war, seit 1980 den Bau neuer fossiler Kraftwerke zu vermeiden. Die neue Anlage in Florida basiert im Wesentlichen auf der Technologie des 30 Jahre alten Mojave-Systems, wobei sie allerdings mit weitaus stärkeren Trägern, Rahmen und Spiegeln ausgestattet wurde, um auch Hurrikan-Windgeschwindigkeiten bis zu 200 km/h standzuhalten. In diesem Fall drehen sich die Spiegel nach unten.

Ebenfalls im November 2010 beginnt das von der Abengoa Solar S.A. gebaute 240 MW (andere Quellen: 470 MW) Solar-Hybrid-Kraftwerk Ain Beni Mathar im Nordosten von Marokko Strom in das nationale Stromnetz einzuspeisen. Baubeginn war Ende 2007. Die Anlage nahe der algerischen Grenze wurde mit einem Zuschuß der Global Environment Facility (GEF) und der Weltbank in Höhe von 43,2 Mio. $ finanziert, ergänzt durch Kredite der Afrikanischen Entwicklungsbank, des Instituto de Credito Official (Spanien) und Eigenkapital des staatlich-marokkanischen Versorgungsunternehmens Office National de l’Electricité (ONE).

Das Hybridkraftwerk, dessen Planung und Projektabwicklung durch die deutsche Fichtner Solar erfolgt, besteht aus zwei Gas- und einer Dampfturbine, die ihr Gas aus Algerien bekommen. Das Solarfeld aus 224 Parabolrinnen-Kollektoren hat eine Fläche von über 183.000 m² und soll im Jahr etwa 40 GWh Strom produzieren.

Die marokkanische Regierung hatte im November 2009 einen nationalen Solarplan ausgerufen, dem zufolge bis 2020 eine Produktionskapazität von zusätzlichen 2.000 MW Solarstrom geschaffen werden soll. Hierfür wird eine marokkanische Agentur für Solare Energiesysteme gegründet. Die erste Anlage dieses Plans, ein 500 MW Solarkraftwerk in Ouarzazate, soll bis 2014/2015 verwirklicht werden. Sie bildet einen integralen Bestandteil des solaren Erweiterungs- und Investitionsplans für solarthermische Anlagen im Nahen Ostens und Nordafrika, für den der Clean Technology Fund im Dezember 2009 eine Summe von 750 Mio. $ genehmigt hat. Allerdings ist aus diesem Sektor bislang noch nichts über Hybridkraftwerke zu hören. Die weiteren Pläne Marokkos sind eine 400 MW Solaranlage in der Nähe von Ain Beni Mathar plant (bis 2016), eine 500 MW Anlage in Foum Al Ouad (bis 2017), eine weitere 500 MW Anlage in Boujdour (bis 2018) und eine 100 MW Anlage in Sebkhat Tah (bis 2019). Über diese Anlagen berichte ich im Kapitel über Solare Hochtemperatursysteme.

Im Juni 2011 beginnt die Abengoa Solar S.A. mit dem Bau der ersten Solar/Erdgas-Hybridanlage in Mexiko. Das Agua Prieta II Kraftwerk im Bundesstaat Sonora wird in zwei Phasen errichtet, wobei im ersten Schritt 12 MW Parabolrinnen-Kollektoren installiert werden. In der zweiten Phase erhält das Kraftwerk eine Kombination aus zwei Gas- und einer Dampfturbine, einen Wärmetauscher und andere Ausstattungen. Dieser Anlagenteil kommt auf insgesamt 464,4 MW Leistung. Nach den bereits erwähnten Solarhybrid-Kraftwerken in Marokko und Algerien ist dies die dritte Anlage der Abengoa.

Zum Zeitpunkt dieses Updates Mitte 2011 befindet sich auch eine 1 MW Solar/Erdgas-Hybridanlage in Frankreich im Bau. Sie basiert auf der seit 1983 bestehenden 2 MW THEMIS Solarturm-Anlage in Cerdanya (Département Pyrénées-Orientales, nahe der spanischen Grenze im Südwesten des Landes). Die Anlage des Conseil Général des Pyrénées-Orientales, die aus 201 Heliostaten mit einer Gesamtspiegelfläche von 11.800 m² sowie einem 104 m hohen Turm besteht, wurde damals nur bis 1986 betrieben, da es Probleme mit dem Kühlkreislauf gab – und zu geringe politische und finanzielle Unterstützung. Die 1979 begonnene Konstruktion kostete umgerechnet rund 45 Mio. € und wurde von dem Stromversorger Électricité de France (EDF) durchgeführt.

Nach einem mehr als 20-jährigen ‚Winterschlaf’ wird die Anlage vom CERN übernommen, die ein Tscherenkow-Teleskop zur Beobachtung von Gammastrahlen installiert, und im Jahr 2004 beginnt das Conseil Général mit dem Wideraufbau der Anlage zur Stromerzeugung, wobei gleichzeitig gemeinsam mit dem Centre national de la recherche scientifique (CNRS) und Tecsol, einem lokalen Ingenieurbüro, ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für Solarenergie aufgebaut wird.

THEMIS besitzt noch immer seine 201 sonnennachgeführten – gegenwärtig allerdings nicht betriebsbereiten – Heliostate, von denen die meisten sogar noch mit Spiegeln ausgestattet sind, während der Solar-Receiver inzwischen Teil einer Ausstellung in der Nähe des Sonnenofens von Odeillo ist (s.d.). Bei drei Reihen von Heliostaten wurden die Spiegel durch Photovoltaik-Zellen ersetzt. Nun soll im Rahmen eines Sanierungsprojekts die Hälfte der Heliostaten repariert werden, um mittels einer Gasturbine an der Spitze des Turms ein erstes, kleines Hybridkraftwerk in Betrieb nehmen zu können, während die andere Hälfte mit Solarzellen versehen wird.

In Planung befindet sich eine ganze Reihe neuer Anlagen. Für das Electric Power Research Centers (MATN) des iranischen Energieministeriums erarbeitet Fichtner Solar eine detaillierte Machbarkeitsstudie für ein 400 MW Solar-Hybrid-Kraftwerk mit 65 MW solarem Anteil in Yazd, und in Kalifornien sind gleich drei Hybridanlagen geplant: eine 107 MW Solar/Biomasse-Anlage in Fresno County (San Joaquin Solar 1&2), eine 62 MW Solar/Erdgas-Anlage in Palmdale (City of Palmdale Hybrid Power Project) sowie eine ebenfalls Solar/Erdgas-Hybridanlage mit 50 MW in Victorville (Victorville 2 Hybrid Power Project).

Im Herbst 2011 startet die Serienfertigung einer autarken, hybriden Stromerzeugungsanlage für den Einsatz in unterversorgten Regionen und Krisengebieten. Der mobile, 20 Fuß große EnergyContainer der in Gießen ansässigen Firma Johannes Hübner ist in erster Linie für Hilfsmannschaften, Rettungs- und Bautrupps gedacht, und das Exemplar Nr. 1 geht als Spende an das Technische Hilfswerk. Zwei Personen können die Anlage innerhalb von einem Tag aufbauen.

Die Energie wird vorwiegend aus Sonnen- und Windkraft erzeugt und von einem smarten Energiemanagement in Verbindung mit einer Batteriebank gesteuert. Die PV-Anlage setzt sich aus 27 monokristallinen Solarmodulen mit zusammen ca. 5 kW zusammen, ebensoviel, wie die Windturbine WESpe leistet (s.d.). Diese ist nicht in all ihre Komponenten zerlegt, sondern die komplette Gondel ist auf einem Wagen befestigt und kann mit ihren 250 kg Gewicht direkt zum Mastende gefahren werden. Nachdem die vier Rotorblätter an die Nabe angebracht und der Mast aus handlichen Segmenten zusammengesetzt ist, werden die Abspannseile befestigt und der 15 m hohe Mast dann innerhalb einer Minute über ein Zugseil und die Seilwinde elektrisch aufgerichtet.

Die Batterie des EnergyContainer besteht aus 24 in Reihe geschalteten 2 V Zellen, wodurch die Gesamtspannung bei 48 V liegt. Bei einer Kapazität von 1.200 Ah kann die Batterie 52 kWh elektrische Energie speichern. Kernstück des Ganzen ist ein bidirektionaler Multikanalwechselrichter, der die Energie sowohl in die Batterie leiten als auch die Gleichspannung aus der Batterie in eine ein- oder dreiphasige Wechselspannung umformen kann. Als Backup ist noch ein Dieselgenerator an Bord. Schätzungen des Herstellers zufolge könnte ein voll ausgestatteter Container eine Hilfsmannschaft monatelang mit Energie versorgen.

Satellitenkraftwerke

Die Idee, Solarzellen-Satelliten in eine Erdumlaufbahn zu befördern, von der aus sie umgewandelte Sonnenenergie in Form von Mikrowellen- oder Laserstrahlen auf die Erdoberfläche senden, geht wohl auf den aus der Tschecheslowakei amerikanischen Physiker Peter Eduard Glaser zurück, mehrjähriger Vizepräsident der Beraterfirma Arthur D. Little Inc. (ADL) in Boston, der den Grundgedanken dazu bereits 1965 formuliert.

Glaser ist zu diesem Zeitpunkt im Rahmen des Apollo-Programms Projektleiter des Lunar Ranging Retroreflector Array, das im Juli 1969 im Zuge der Mission Apollo 11 auf der Mondoberfläche aufgestellt wird, sowie für zwei weitere Laser-Reflektoren-Arrays, die während nachfolgender Landungsmissionen installiert werden. Glaser ist auch verantwortlich für die im Apollo-Programm eingesetzten Mondwärmesonden und Mondgravimeter.

Der Entwickler ist überzeugt, daß es machbar sei, zahlreiche jeweils mehrere Quadratkilometer durchmessende, kreisrunde Satelliten mit Solarpaneelen – sogenannte Solardisks – ins All zu transportieren. Diese würden die Sonnenstrahlung umwandeln und über Mikrowellensender in Richtung von rund 8 km durchmessenden Empfängerschüsseln auf der Erde schicken – wo aus den Mikrowellen wieder Strom wird.

Im Jahre 1968 beginnt Glaser damit, die Industrie von der Idee zu überzeugen und veröffentlicht im November im US-Magazin Science unter dem Titel ,Power from the Sun: Its Future’, einen entsprechende Vorschlag, den er während der folgenden drei Jahren weiter ausarbeitet. Sein Hauptargument ist, daß die Intensität der Sonnenenergie im Raum außerhalb der Erdatmosphäre 1.347 W/m² (andere Quellen: 1.360 W/m²) beträgt, im Vergleich zu einem Höchstbetrag von 960 W/m² auf der Erdoberfläche, womit der Zugewinn rund 35 % ausmacht. Zudem wird der Ertrag im Orbit weder vom Tag-Nacht-Wechsel beschränkt, noch von den Wetterbedingungen.

Im Juli 1971 meldet Glaser ein US-Patent für sein ,Verfahren und Gerät zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie’ an, das er 1973 erhält (US-Nr. 3.781.647). Ein weiteres Patent unter dem Titel ,Orbiting solar power station’ wird 1975 angemeldet (US-Nr. 4.078.747, veröffentlicht 1979).

Glaser erkennt auch eine wichtige Möglichkeit zur Kosteneinsparung beim Transport in den Orbit: Wenn die Montage auf einem kostengünstiger zu erreichenden niedrigen Orbit erfolgen würde, könne sich die ganze Station nach Vollendung mit eigener Kraft mittels eines kleinen Ionentriebwerks auf eine höhere und längerfristige Umlaufbahn hieven. Die Shuttlekosten zu einem Low-Orbit lagen damals bei 5.000 $ pro Kilogramm, während der Transport zum eigentlichen Zielort im High-Orbit mindestens das fünffache gekostet hätte.

Hinzuweisen ist noch auf das 1997 erschienene Buch Solar Power Satellites (o. Solar Power Satellites: The Emerging Energy Option bzw. Solar Power Satellites: A Space Energy System for Earth) von Glaser, Katinka I. Csigi und Frank Paul Davidson.

Ein gleichnamiges Buch, das jedoch von Don M. Flournoy an der Ohio University stammt, erscheint 2011 in der Reihe SpringerBriefs in Space Development (BRIEFSSPACE) und kostet 70 $, ist inzwischen aber nur noch antiquarisch für knapp 190 € erhältlich. Kontextbezogen sollen hier noch drei weitere Bücher zum Thema genannt werden: Sun Power: The Global Solution for the Coming Energy Crisis (1995) und Energy Crisis: Solution from Space (2009), beide von Ralph Nansen, sowie Space-Based Solar Power: Feasible Idea or Folly?, herausgegeben von Carl P. Thompson (2015).

Möglicherweise hatte sich Glaser mit der Idee der Solarsatelliten bei dem deutschen Physiker und Raumfahrtpionier Hermann Oberth ‚angesteckt’, der seit den 1920er Jahren als Student von einem Weltallspiegel träumte, der das Sonnenlicht im All bündeln und auf die Erde werfen soll. Seine Lieblingsidee sollte der Nachtbeleuchtung großer Städte dienen, zur Wetterbeeinflussung, um die Arktis eisfrei zu halten und um neue Gebiete in der Tundra bewohnbar zu machen.

Oberth beschrieb den Weltraumspiegel erstmals 1923 in seinem Buch Die Rakete zu den Planetenräumen und gab 1978 sogar ein Werk mit dem Titel Der Weltraumspiegel heraus. Das Konstrukt besteht aus einem Netzwerk von 10 km großen Maschen, in die jeweils ein beweglicher Einzel-Spiegel eingebaut ist, um zusammen einen Gesamt-Spiegel von bis zu 300 km Durchmesser bilden.

"Wir könnten im Weltraum große Netze durch rotierende Ringe spannen, es sind zwei Ringe, die im Gegensinne rotieren, so daß sich die Kreiselwirkungen aufheben. Dann könnten wir in die Netzmaschen spiegelndes Blech einsetzen und sie so befestigen, daß wir das Sonnenlicht nach bestimmten Punkten auf der Erde hinwerfen können."

Das Netzwerk wird durch die gegenläufigen, bis zu 1.000 km/h schnell umlaufenden Ringpaare gespreizt. Zusammen mit zwei weiteren umlaufender Ring-Paare, die senkrecht zur Netzebene und senkrecht zueinander stehen, dienen sie der Steuerung der Netzebene, die damit in jede gewünschte Lage gebracht werden kann.

In seinem Buch Menschen im Weltraum. Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt aus dem Jahr 1954 schätzt Oberth, daß ein Spiegel mit einem Durchmesser von 100 km nach den damaligen Möglichkeiten rund 1.000 Mrd. Mark kosten würde. Und im Jahr 1963, als er an der TU-Berlin zusammen mit Wernher von Braun die Ehrendoktorwürde erhält, erläutert er einige denkbare Anwendungen, darunter auch Ideen zur Energieversorgung der Erde aus dem All mit dem Spiegel und einer Sonnenkraftmaschine.

Meines Wissens war auch während der großen 2. Weltkraft-Conferenz mit bis zu 5.000 Teilnehmern im Juni 1930 in Berlin über Solarsatelliten geredet worden - möglicherweise jedoch nur informell -, und zwar unter Anwesenheit von Oberth, Ilse Meitner, Otto Hahn, Albert Einstein und vielen anderen Koryphäen. Ich werde versuchen, dies noch zu verifizieren.

Tatsächlich sitzt man 1945 in der Heeresversuchsstelle Hillersleben, in der Colbitz-Letzlinger-Heide unweit von Magdeburg (wo auch sogenannte Wunderwaffen wie die ‚Dora’ getestet werden), an Plänen für einen Solarreflektor, dessen Strahlen für Kriegszwecke eingesetzt werden sollen. Dies berichten jedenfalls die New York Times (28.06.1945) sowie die US-Magazine Time (09.07.1945) und LIFE (23.07.1045).

Das ‚Sonnengewehr’ – wohl eher ein Sonnenspiegel – mit einem Durchesser von 1.600 m wäre aus einer Flughöhe von gut 35.000 km in der Lage, mit einem Blitz eine ganze Stadt in Brand zu setzen. Eine Realisierung wurde damals „in 50 bis 100 Jahren“ als möglich betrachtet. Oberth zufolge sollte die bewohnte Orbitalanlage aber auch genutzt werden, um Raumschiffe mit Treibstoff zu versorgen.

Eine andere Inspirationsquelle von Glaser könnte die im Jahr 1941 von Isaac Asimov veröffentlichte Science-Fiction-Kurzgeschichte Reason sein, in der eine Raumstation von der Sonne gewonnene Energie über Mikrowellenstrahlen an verschiedene Planeten weiterleitet. Auch Asimovs Kurzgeschichte Die letzte Frage (o. Wenn die Sterne verlöschen) von 1956 behandelt den Einsatz von orbitalen Sonnenkraftwerken, um grenzenlose Energie für den Einsatz auf der Erde bereitzustellen.

In der Sowjetunion wird die Idee, Solarkraftwerke im Weltraum zu montieren, bereits kurz nach dem Weltraumflug von Juri Gagarin im April 1961 in einer Sitzung des Präsidiums der Akademie der Wissenschaften diskutiert und weitgehend gebilligt. In den darauf folgenden Jahren werden mehrere Projekte von Sonnenkraftwerken verfolgt, besonders aktiv in den Jahren der Energiekrise Mitte der 1970er. Allerdings sind alle diese Projekte an geostationäre Umlaufbahnen gebunden, die inzwischen fast vollständig mit Kommunikationssatelliten vieler Länder besetzt sind.

In späteren Analysen wird betont, daß für die Stationierung eines russischen Kraftwerks eine elliptische solar-synchrone Umlaufbahn vorteilhafter wäre, in der die Anlage eine Erdumkreisung in zwölf Stunden absolvieren würde. In diesem Fall wird das Kraftwerk zwei Mal pro Tag ,aufgehen’. Die maximale Erdentfernung (über dem Nordpol) beträgt 40.000 km und die minimale Erdentfernung (über dem Südpol) 500 km.

Energie von einem solchen orbitalen Kraftwerk könnte acht Stunden lang zur Erde übertragen werden, wenn das Kraftwerk über das Territorium Russlands fliegt. Dabei können insbesondere die nördlichen Gebiete des Landes versorgt werden, wo es akut an Strom mangelt. In den restlichen vier Stunden würde der Strom in Akkus zwischengespeichert werden.

Unter dem Eindruck der Ölkrise von 1973 unterzeichnet die NASA im Folgejahr einen Vertrag mit der o.g. ADL, um zusammen mit Boeing, den Rüstungskonzernen Raytheon und Grumman sowie dem kalifornischen Solarzellenhersteller Spectrolab eine breit angelegte Studie zur Feststellung der technischen Machbarkeit und des wirtschaftlichen Nutzens des Projekts Solar Power Satellite (SPS) zu erstellen. Für die dreijährige Untersuchung werden 25 Mio. $ bereitgestellt.

Schon im Februar 1974 kommen die Autoren der Studie zu dem Schluß, daß das Konzept zwar mehrere große Probleme hat – vor allem die Kosten für die Bereitstellung der benötigten Materialien in der Umlaufbahn und die mangelnde Erfahrung bei Projekten dieser Größenordnung im Weltraum –, daß es aber vielversprechend genug sei, um weitere Untersuchungen und Forschungen zu rechtfertigen.

Andere Quellen schreiben, daß die NASA und das Energieministerium der Vereinigten Staaten (DoE) zwischen Juli 1977 und August 1980 mit einem Budget von 15,6 Mio. $ eine Machbarkeitsstudie zu weltraumgestützten Solarkraftwerken durchführen. Eine weitere Version ist, daß der Kongreß zwischen 1978 und 1986 das DoE und die NASA ermächtigte, das Konzept gemeinsam zu untersuchen, mit einem Budget in Höhe von 50 Mio. $. Das daraufhin entstandene ,Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program’ gilt bis heute als die umfangreichste Studie zum Thema der orbitalen Sonnenkraftwerke.

Nach den Kongreßwahlen 1980 und dem Amtsantritt des republikanischen Präsidenten Ronald Reagan wird das Projekt aber nicht fortgesetzt. Ein Grund dafür ist möglicherweise, daß der US-amerikanische Astronom Donald J. Kessler Ende der 1970er Jahre herausgefunden hatte, daß Solarsatelliten ausgesprochen gefährdet sind, da das Risiko von Weltraummüll nicht beherrschbar sei. Dazu mehr weiter unten.

Darüber hinaus kommt 1981 die National Academy of Sciences (NAS) in einer Studie zum Schluß, daß ein Solarsatelliten-Projekt rund 50 Jahre dauern und drei Billionen US-Dollar kosten würde. Insbesondere in Anbetracht der inzwischen wieder günstigen Öl- und Kohlepreise erscheint Solarstrom aus dem All nicht interessant, unrentabel und viel zu aufwendig. Eine frühere Arbeit der Universität Illinois hatte sogar vorausgesagt, daß ein derartiger Satellit während seiner Lebensdauer höchstens doppelt so viel Energie zur Erde senden kann, wie zu seiner Herstellung und Implementierung benötigt wurde.

Anzumerken wäre noch, daß Raytheon bereits seit Anfang der 1960er Jahre gemeinsam mit W. Brown und der US-Luftwaffe die Möglichkeiten der Mikrowellen-Energieübertragung erforscht. 1963 war im Spencer Lab von Raytheon das erste moderne System gebaut worden, und im Oktober 1964 fand eine der bekanntesten öffentlichen Vorführungen der Energieübertragung per Strahl statt, bei der ein kleiner Hubschrauber zehn Stunden lang in einer Höhe von 15,2 m flog, während er durch einen Mikrowellenstrahl mit Energie versorgt wurde.

Eine ausführliche und sehr empfehlenswerte Übersicht zur weiteren Entwicklung der drahtlosen Energieübertragung auf internationaler Ebene findet sich in dem Bericht von Paul I. Jaffe vom Naval Research Laboratory (NRL) der US-Navy und weiteren Wissenschaftlern, der unter dem Titel ,Microwave and Millimeter Wave Power Beaming’ im Januar 2021 erscheint und im Netz einsehbar ist (s.u.).

Die Vorschläge zu Solarkraft-Satelliten, die im Laufe der Jahre vorgelegt werden, gleichen sich in ihrer Systembeschreibung, unabhängig von der jeweiligen Dimensionierung:

Ein Satellit umkreist die Erde in 30.000 - 40.000 km Höhe auf geosynchroner Bahn (d.h. er steht stets am gleichen Punkt über dem Äquator), wobei die ekliptische Neigung dieser Umlaufbahn gegen den Einfallswinkel der Sonnenstrahlung zur Folge hat, daß die bis zu 100 km² großen Kollektorflächen nie in den Erdschatten geraten. Der Gleichstrom von rund 15 GW, den die Solarzellen erzeugen, wird von dem Satelliten in eine Mikrowellenstrahlung von 10 cm transformiert und zur Erdoberfläche gesendet. Die Sende-Richtantenne hat einen Durchmesser von 1.000 m, die Empfangsantenne einen Durchmesser von 7 – 10 km.

In der terristischen Empfangsstation wird der ankommende Mikrowellenstrahl wieder in Wechselstrom umgewandelt und ins öffentliche Netz eingespeist. Angedacht ist z.B. eine Anlage mit 50 km² und einer sehr großen Anzahl von Dipolantennen, die zusammen etwa 10 GW aufnehmen könnten.

Bei einer Konferenz in Wien 1982 präsentiert die NASA erstmals ein komplettes Energiesystem Satellit-Erde. Die Behörde plant, möglicherweise schon 1985 eine Anlage in den Orbit zu transportieren, um frühzeitig die notwendigen Erfahrungen für den Bau wesentlich größerer Satellitenkraftwerke zu gewinnen. Als Zielvorstellung gelten Stationen mit einem Gesamtgewicht von 50.000 – 100.000 t und einer Gesamtfläche von über 50 km², die mit bis zu 14 Mrd. Solarzellen bestückt sind – was eine Leistung von bis zu 10 GW erbringen könnte. Um aber auch nur die Hälfte des US-Strombedarfs von 1980 zu sichern, müßten zwischen 50 und 100 derartiger Satelliten hergestellt und in den Orbit gebracht werden.

Was das Projekt dann endgültig an die Grenzen der Illusion treibt, sind die unverhältnismäßig hohen Kosten von 500 Mio. $ bis 1 Mrd. $ pro Satellit. Skeptiker sprechen daher gleich von einem Staatsbankrott. Bei einer Verwirklichung würden außerdem keinerlei weitere Investitionsmittel für andere alternative Energieprojekte übrig bleiben. Und um das Material für einen einzigen 10 GW Energiesatelliten auf die Umlaufbahn zu schaffen, bedarf es etwa 500 Flüge mit dem Space Shuttle, weshalb auch erwogen wird, das Material mittels neuer elektrischer Kanonen hinaufzuschießen.

Ein SPS-System würde zudem ein nicht zu schlagendes Energie­Monopol bedeuten, das ausschließlich in den Händen der raumfahrtbetreibenden Staaten läge. Auf ökologische Einwände und technologische Grenzen gehe ich noch im weiteren Verlauf dieses Kapitels ein.

Untersuchungen von General Dynamics und dem Space Studies Institute (SSI) in Princetown/New Jersey führen allerdings zu dem Ergebnis, daß die solaren Energiesatelliten zum größten Teil aus Mondmaterial hergestellt werden können. Aus den Analysen der SSI ergibt sich, daß die Kosten eines Energiesatelliten aus Mondmaterial nur 3 % der Summe betragen, die für den gleichen Satelliten aus Erdmaterial aufgebracht werden müsste.

1988 führt die NASA daraufhin zusammen mit Vertretern von Elektrizitätskonzernen und anderen Industriezweigen eine Untersuchung unter dem Titel ‚Mond-Energie-Wirtschaftsstudie’ durch. Die Studie empfiehlt eine weitere Beschäftigung mit Solarsatelliten – allerdings auf der Basis von Mondmaterial.

Späteren Berichten zufolge beinhaltet der Vorschlag von General Dynamics, daß Astronauten Skylab-ähnliche Raumstationen in einer niedrigen Erdumlaufbahn in 3.200 km Höhe bauen, wo Besatzungen und Roboter die riesigen Solarsatelliten zusammensetzen würden, die dann in ihre endgültige Umlaufbahn gut 35.000 km über der Erde gebracht werden.

Das Konzept sieht vor, daß Fabriken auf dem Mond, 352.000 km von der Erde entfernt, gebaut werden, um Solarsatellitenkomponenten aus lokalen Materialien herzustellen und sie dann in ihre geosynchrone Umlaufbahn um die Erde zu befördern. Dabei wird vorgerechnet, daß die Kosten aufgrund der geringeren Schwerkraft des Mondes und der fehlenden Atmosphäre nur 10 % der Kosten für einen Start von der Erde betragen würden - was allerdings nicht die hohen Kosten und die Komplexität der Einrichtung von Produktionsanlagen auf dem Mond berücksichtigt.

Da diese Pläne mehr gekostet hätten als das gesamte Apollo-Programm, und weil auch die Elektrizität von Solarsatelliten weitaus mehr gekostet hätte als die auf dem Boden erzeugte, werden alle diese Vorschläge und Entwürfe schließlich auf Eis gelegt.

Im Jahr 1991 veranstaltet die International Astronautical Federation eine Konferenz über solare Energiesatelliten; gefordert wird dabei ein energisches internationales Versuchsprogramm zur Nutzung der Weltraumressourcen für die Energieversorgung der Erde.

Ähnliche Projekte, die auf der intensiven und andauernden Raum-Sonnenstrahlung aufbauen, sind die L5-Weltall-Stationen von Prof. Gerard O’Neill, 1977 Gründer des SSI und späterer Leiter der Geostar Corporation, und seinen Mitarbeitern in Princeton, wo er bis 1985 unterrichtete - sowie der Vorschlag eines Soletta-Spiegelschwarms von Krafft A. Ehrike.

Die L5-Stationen, von denen 16 Stück in einer Kette um den Globus herum stationiert werden sollen, würden zu 95 – 98 % aus Rohstoffen vom Mond hergestellt werden. Neben der Energieübermittlung zur Erde sollen diese Stationen auch als Wohn- und Produktionsanlagen im Weltall dienen – d.h. als Keimzellen künftiger kosmischer Expansion.

In den großen Habitaten ist das Leben für Tausende von Menschen möglich – deren ‚Exportgut’ in der Hauptsache aus Energie besteht. Diese Energie soll in Form von Radiowellen mit niedriger Frequenz auf die Erde gestrahlt werden. Die Energiedichte am Zielort ist dabei so groß wie normales Sonnenlicht. Die entsprechenden Radioantennen-Auffangstationen würden ein abgezäuntes Areal von 5 – 8 km umfassen.

Das Soletta-Spiegelsystem soll seinerseits eine Ausdehnung von 100.000 km² bekommen und das Sonnenlicht ununterbrochen auf Empfangs-Solarkraftwerke in Wüstengebieten reflektieren. Eine derartige Anlage würde insgesamt etwa 100 Mrd. $ kosten und ca. 88 · 10⁹ kW/h pro Jahr zur Verfügung stellen. Die Solettas sollen außerdem der Wetterkontrolle dienen.

Andere Pläne von Ehrike, der nach dem II. Weltkrieg zusammen mit Wernher von Braun aus Peenemünde nach Amerika kam, umfassen ein Space-Light-Programm, das aus Soletta- und Lunetta-Systemen kombiniert ist. Die Lunettas erreichen die 100- bis 700-fache Lichtstärke des Vollmonds, was bedeutet, daß bei einem derartigen Licht z.B. geerntet werden kann. Außerdem soll dadurch das Pflanzenwachstum positiv beeinflusst werden.

Ein weiteres Projekt schlagen 1983 die US-Wissenschaftler John Canady und John Allen vor: 18 orbitale Spiegel sollen fünf Industriegebiete morgens und abends jeweils zwei Stunden lang zusätzlich beleuchten, um die dortige Produktionsrate zu steigern. Das Projekt soll rund 3,6 Mrd. DM kosten, die Lebenserwartung beträgt 15 Jahre.

Auch in der damaligen UdSSR befaßt man sich mit derartigen Planungen. 1987 gibt Guri I. Martschuk, Direktor der Sowjetischen Akademie der Wissenschaften, bekannt, daß man solare Licht- und Energiesatelliten in die Umlaufbahn bringen möchte. Dabei sollen in der erste Phase dieses Vorhabens – bereits 1990 – riesige Spiegel auf geostationären Umlaufbahnen bestimmte Gebiete auf der Erde beleuchten, beispielsweise große Städte. Phase zwei umfaßt dann den Start von Energiesatelliten – für welche in Phase drei die notwendigen Antennenanlagen auf der Erde gebaut werden sollen, die den über Mikrowelle abgestrahlten Strom empfangen und in das Netz einspeisen würden.

Doch dann übernimmt das russische Weltraumunternehmen NPO Energija die Idee und projektiert 100 kreisförmige Spiegel, die in einer Höhe zwischen 1.550 und 5.530 km die Erde umrunden und Sonnenlicht reflektieren. Besonders geeignet erscheint nun die Beleuchtung nördlich gelegener Industriegebiete – oder von Rettungsarbeiten in Katastrophengebieten beispielsweise.

Aufbauend auf der Idee von Wladimir Syromjatnikow, dem leitenden Ingenieur des Projekts, beginnt eine Reihe von Weltraumspiegelexperimenten: dem Experiment Znamya 2 (o. Snamja; Banner), dem Experiment Znamya 2.5 sowie dem Experiment Znamya 3. Der Znamya-Spiegel war ursprünglich als Prototyp eines Sonnensegel-Antriebssystems konzipiert worden, wurde aber als Weltraumspiegel zur Beleuchtung umfunktioniert, als das Interesse an Sonnensegeln nachließ.

Der Prototyp Znamya 2 ist ein 20 m breiter Weltraum-Sonnenspiegel aus aluminiumbeschichteter Polyesterfolie, der im Oktober 1992 an Bord von Progress M-15 von Baikonur aus gestartet wird. Nach einem Besuch der russischen Raumstation Mir  koppelt die Progress-Versorgungskapsel ab und setzt den Spiegel Anfang Februar 1993 neben der Raumstation in 375 km Höhe aus.

Der Spiegel öffnet sich an der Spitze der Versorgungskapsel, indem sich diese einige Minuten lang schnell um die eigene Achse dreht, worauf die Fliehkräfte den aus acht Segmenten bestehenden Reflektor entfalten. Der Spiegel erzeugt daraufhin einen 5 km durchmessenden hellen Fleck, der Europa von Südfrankreich bis Westrussland mit einer Geschwindigkeit von 8 km/s durchquert und dessen Leuchtkraft in etwa der des Vollmonds entspricht. Der Spiegel wird nach mehreren Stunden de-orbitiert und verglüht beim atmosphärischen Wiedereintritt über Kanada.

Ich führe diese Technologien hier auf, da es sich ebenfalls um orbitale Systeme handelt, obwohl sie meist nicht direkt mit der Photovoltaik zu tun haben. Kritik an diesen ‚Lichtreflektoren’ gibt es insbesondere von Astronomen, die dadurch bei ihren Himmelsbeobachtungen gestört werden.

Der Nachfolger Znamya 2.5 wird erst im Februar 1999 in Betrieb genommen, diesmal durch das russische Unternehmen JSC SRC Progress (vormals ZSKB-Progress). Auch hier wird eine Transportkapsel eingesetzt, die innerhalb eines Tages die Erde 16 mal umrundet. Der Spiegel, der nun sogar ferngesteuert werden kann, hat diesmal einen Durchmesser von 25 m und soll einen hellen Fleck von 7 - 8 km Durchmesser mit einer Leuchtkraft erzeugen, die der fünf- bis zehnfachen Stärke des vollen Mondlichtes entspricht.

Kurz nach der Entfaltung verfängt sich der Spiegel jedoch an einer Antenne der Progress und reißt ab. Nach mehreren vergeblichen Versuchen der russischen Missionskontrolle, den Spiegel von der Antenne zu lösen, wird Znamya 2.5 aus der Umlaufbahn gebracht und verglüht beim Wiedereintritt. Den Berichten zufolge sollte der Lichtkegel auf Vancouver, Frankfurt am Main, Kiew und andere Städte der nördlichen Hemisphäre gerichtet werden.

Nach dem gescheiterten Einsatz des Znamya 2.5 wird das Projekt von der Russischen Föderalen Raumfahrtagentur aufgegeben und der geplante Znamya 3, eine vergrößerte Version mit einem Spiegeldurchmesser von 60 - 70 m, der rund einhundert mal heller als der Vollmond leuchten sollte, wird nie gebaut.

In Deutschland befasst man sich bei der Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH (MBB) mit Energiesatelliten. Dort geht man davon aus, daß es trotz aller Enge im Orbit noch Platz für 5.000 GW Strom gibt (das entspricht rund 5.000 Atomkraftwerken). 1988 unterzeichnen MBB und die Firma Total einen Kooperationsvertrag ‚Phototronics in Space’, der als Bestandteil des europäischen Technologieprogramms EUREKA gilt und von der Bundesregierung gefördert wird. 1990 hofft man, noch bis zur Jahrtausendwende eine Demonstrationsanlage in der Erdumlaufbahn zu platzieren – und das für nur rund 19 Mio. DM.

Die von dort gesendete Energie soll als Mikrowellen oder Laserstrahlung von irdischen Empfangsfeldern aufgefangen und wieder in Strom zurückverwandelt werden. Wobei man bei MBB aus Sicherheitsgründen mehr zu den Lasern neigt, da man bei den Mikrowellen Störungen im Funkverkehr befürchtet, außerdem kennt noch niemand die Langzeitwirkung von Mikrowellen auf Menschen. Das Laserlicht ließe sich auch stärker bündeln, so daß die Empfangsantennen entsprechend kleiner dimensioniert werden können. Allerdings ist der Wirkungsgrad dieser Methode rund 50 % niedriger als jener der Mikrowellen-Energieübertragung.

Die Deutsche Aerospace, eine Tochter des Daimler-Benz-Konzern, macht Mitte 1990 damit Werbung, daß man an Solar-Satelliten arbeiten würde, deren Energie mittels Lasern zur Erde gesendet werden könne. Dieses Laserlicht ließe sich bei Tag und bei Nacht unsichtbar weiterleiten – und besonders für den nächtlichen Empfang würden sich terrestrische Solarzellenfelder gut eignen, da diese nächtens sowieso nicht in Betrieb sind. Man hofft zu diesem Zeitpunkt, die ersten Energiesatelliten bereits in 10 - 20 Jahren in die Raumfahrtprogramme integrieren zu können.

Doch erst 1997 geht es weiter in Richtung auf eine neue energetische Solarenergie-Nutzung im Weltall: Die für einen Mondflug im Jahr 2000 geplante Sonde Smart 1 der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA wird beispielsweise nur 35 kg Xenon-Gas für den Flug benötigen (statt wie sonst Tausende Kilogramm Brennstoff), denn im Unterschied zum Verbrennungsantrieb beschleunigt der Solarstrom der Sondenpaneele das ionisierte Edelgas - und dies auf eine weit höhere Rückstoßgeschwindigkeit als die der konventionellen Variante.

Trivia: Als Mikrowellenkraftwerke bezeichnete Solarsatelliten können in dem 1993 erschienenen Computerspiel Sim City 2000 erbaut werden, und auch in dem 2002 veröffentlichten browserbasierten Spiel OGame sind Sonnensatelliten eine von drei Möglichkeiten, Energie zu produzieren.

Zwischen 1995 und 1997 führt die NASA die ,Fresh Look Study’ durch, um den aktuellen Stand der Machbarkeit eines Solarsatelliten-Projekts zu untersuchen. Als wichtigste Motive werden die weltweit steigende Energienachfrage und die daraus resultierende zunehmende Besorgnis hinsichtlich der Kohlenstoffverbrennung, der CO₂-Emissionen und des globalen Klimawandels genannt.

Das NASA-Team entwickelt dabei auch eine neue Herangehensweise: den sogenannten Sun Tower. Dabei handelt es sich um einen durch lose Module und Kabel verbundenen Turm aus einzelnen Satelliten-Segmenten, an dem jeweils in Zweierpaaren 50 - 100 m durchmessende Scheiben montiert sind, die das Licht mit Linsen auf PV-Paneele fokussieren. Mehrere dieser über 1 km langen Türme sollen dicht über der Erde schweben und dadurch von der Gravitation in Position gehalten werden, um die gesammelte Energie in einem engen Mikrowellenstrahl zur Erde zu schicken.

Die Studie kommt zu dem Schluß, daß dieses und andere Konzepte unbedingt weiter verfolgt werden sollten. Vor einer Realisierung müßten allerdings die Kosten für den Transport von der Erdoberfläche in eine Umlaufbahn drastisch gesenkt werden. Ein 12-seitiger Abschlußbericht von John C. Mankins unter dem Titel ,A Fresh Look at Space Solar Power: New Architectures, Concepts and Technologies’ ist im Netz abrufbar.

Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) gibt 1997 auf der Hannover Messe bekannt, daß man Konzentratorzellen entwickelt habe, die Laserstrahlen mit einem „extrem hohen Wirkungsgrad von über 50 %“ in Strom umwandeln können – ein wesentliches Element der passenden ‚Empfänger’ für die Satellitenenergie.

Im Jahr 1999 startet die NASA das ,Space Solar Power Exploratory Research and Technology Program’ (SERT) mit folgender Zielsetzung: Durchführung von Designstudien für Prototypen von orbitalen Sonnenkraftwerken verschiedener Bauart; Auswertung von Studien über die allgemeine Machbarkeit, das Design und die Anforderungen solcher Kraftwerke; Ausarbeitung von Konzepten für Subsysteme, die auch für andere Zwecke im Weltraum oder auf der Erde eingesetzt werden können; Formulierung eines vorläufigen Aktionsplans für die USA (in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern), um eine entsprechende Technologieinitiative zu starten.

Im Rahmen von SERT wird zudem das Konzept eines zukünftigen Gigawatt-Kraftwerks entwickelt, bei dem eine aufblasbare photovoltaische Spinnennetzstruktur mit Konzentratorlinsen oder Wärmekraftmaschinen vorgeschlagen wird, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Diese Arbeit, die auf der 35. Intersociety Energy Conversion Engineering Conference im Juli 2000 in Las Vegas vorgestellt wird, erfolgt unter dem Titel ,The Abacus/Reflector and Integrated Symmetrical Concentrator: Concepts for Space Solar Power Collection and Transmission’.

An SERT ist auch das Glenn Research Center (GRC) der NASA beteiligt. Ein entsprechender Bericht von James E. Dudenhoefer und Patrick J. George erscheint im August 2000 unter dem Titel ,Space Solar Power Satellite Technology Development at the Glenn Research Center: An Overview’.

Anfang der 2000er Jahre konzipiert das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) eine Idee ähnlich dem obigen Sun Tower der NASA, nur, daß bei dem European Sail Tower SPS rund 60 entfaltbare segelartige PV-Strukturen mit 150 m Kantenlänge und einer Gesamtlänge von etwa 15 km genutzt werden sollen.

Das neue Design für einen erdumkreisenden Solarstromsatelliten basiert auf einer 1998/1999 vom DLR im Auftrag der ESA/ESTEC durchgeführten Studie mit dem Titel ,System Concepts, Architectures and Technologies for Space Exploration and Utilization (SE&U)’,

Zum Aufbau des Segelturms werden 60 Einheiten - jeweils bestehend aus einem Paar quadratischer Segel - mit elektrischem Antrieb vom LEO zum GEO bewegt und im GEO nacheinander robotergestützt auf einer zentralen Stütze montiert. Jedes einzelne Dünnschicht-Solarzellensegel hat eine Größe von 150 × 150 m, wird mit Hilfe von vier diagonalen Auslegern aus leichter Kohlefaser, die zunächst auf eine zentrale Nabe aufgerollt werden, automatisch entfaltet und erzeugt in der Umlaufbahn eine elektrische Leistung von etwa 3,7 MW.

Die Gesamtmasse dieses 450 MW SPS beträgt etwa 2.100 Tonnen. Eine Mikrowellenantenne mit einem Durchmesser von 1 km überträgt den Strom an eine 10 km durchmessende Rectenna am Boden. Ein Bericht unter dem Titel ,European Sail Tower SPS concept’ wird im März 2001 veröffentlicht.

Die PowerSat Corp. in Everett, Washington, versucht ab 2001 Investoren für ihren Plan zu finden, zu einem globalen Anbieter von Solarsatelliten zu werden, doch nach 2002 hört man lange nichts mehr von dem Unternehmen, und erst 2009 taucht der Name wieder in der Presse auf (s.u.).

Im September 2003 erreicht die EADS Space Transportation mit der Entwicklung einer punktgenauen Steuerung für die Übertragung von Energie per Laser einen ersten Meilenstein für künftige solare Energieversorgungssysteme aus dem All. Mit dem dafür entwickelten Algorithmus ist es jetzt erstmals möglich, sowohl Energie als auch Daten präzise auf ein Objekt zu übertragen. Frank Steinsiek, der zuständige Leiter des Projekts Solar Power Infrastructure (SPI) erklärt bei einer Pressekonferenz in Bremen:

„Damit wird zum einen die zielsichere Übertragung von Energie durch freifliegende orbitale Strukturen zum Empfänger auf der Erde möglich; zum anderen können bemannte wie unbemannte Missionen durch Übertragung mittels Laser im All auch dort mit Energie versorgt werden, wo Solarzellen keinen Strom produzieren und liefern können. Wir erschließen für die Raumfahrt als auch für das Leben auf der Erde gleichermaßen ein riesiges Potential.“

In einem nächsten Schritt schlägt das Unternehmen die Anbringung einer Lasereinheit für die Energieübertragung an der Internationalen Raumstation ISS vor. Doch die Visionen reichen weit darüber hinaus:

„Weitere Schritte führen über freifliegende Laserplattformen in verschiedenen Umlaufbahnen bis hin zur Errichtung eines Kraftwerks im Gigawatt-Bereich in 36.000 km Höhe. Gleichzeitig können wir uns vorstellen, daß Raumschiffe der Zukunft auf eigene Antriebe verzichten können. Stattdessen sollen sie von Laserstationen im Weltraum ebenso mit Sonnenenergie versorgt werden, wie Roboter und Rover auf Mond und Mars.“

Die bisherigen Kosten für die Entwicklung der SPI-Technologie werden auf über 600.000 € beziffert.

Die EADS Space Transportation wurde übrigens im Juni 2003 gegründet und ist aus dem Zusammenschluß der deutschen Astrium Raumfahrt-Infrastruktur und der französischen EADS Launch Vehicles hervorgegangen. Das Unternehmen ist der europäische Spezialist für Raumtransporte, bemannte Raumfahrt und ballistische Trägerraketen für Frankreichs Streitkräfte und ist an den Standorten Bremen, Friedrichshafen, Ottobrunn und Lampoldshausen sowie in Les Mureaux bei Paris, in St-Médard-en-Jalles bei Bordeaux und in Kourou (Französisch-Guayana) angesiedelt.

Im September 2004 wird noch eine 99-seitige Abschlußbewertung der Systemdurchführbarkeit veröffentlicht, die vom SPS-REPOSE-Team in Zusammenarbeit mit EADS-Astrium, der Université de La Réunion und der Firma Technicatome erstellt wurde, doch anschließend ist lange Zeit nichts mehr über das Laserprojekt zu hören.

Trivia: In dem 2005 erscheinenden Roman Powersat von Ben Bova versucht ein Unternehmer zu beweisen, daß das fast fertiggestellte Sonnenkraftwerk sowie das Raumflugzeug seines Unternehmens, als Mittel, um Wartungsteams effizient zum Kraftwerk zu bringen, sowohl sicher als auch wirtschaftlich tragfähig sind, während Terroristen mit Verbindungen zu erdölexportierenden Ländern alles tun, diese Versuche durch Täuschung und Sabotage zum Scheitern zu bringen.

Im Januar 2006 führt die Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) in Kooperation mit den Universitäten Tokio und Kobe ein Experiment mit einer Höhenforschungsrakete durch, um ein großes Furoshiki-Netz im Weltraum auszubringen, das ein vielversprechender Kandidat für künftige Großantennen oder Solarstromsatelliten ist.

Die japanische Raumfahrtbehörde hatte bereits 1998 mit Forschungen über Solarsatelliten begonnen, da die Idee wie gemacht ist für ein Land, das kaum Platz für erneuerbare Energien hat, und Kohle und Öl teuer importieren muß.

Die Japan Science and Technology Agency, die Society of Japanese Aerospace Companies und andere Institutionen befassen sich sogar schon seit 1979 mit Grundlagenforschungen und Konzepten für orbitale Sonnenkraftwerke. Ein Bericht darüber von Hiroshi Matsumoto und Kozo Hashimoto tägt den Titel ,URSI White Paper on Solar Power Satellite (SPS) Systems and Report of the URSI Inter-Commission Working Group on SPS’.

Die Bezeichnung ‚Furoshiki’ stammt von dem japanischen Wort für ein Tuch, in das man Gegenstände einschlagen kann. Auseinandergefaltet ist es dann ziemlich groß – und genau so sollen sich Weltraumnetze entfalten, auf denen dann Solarfarmen eingerichtet werden, die größer sind als zehn Fußballfelder.

Das Experimentalsystem, bestehend aus einem Mutter- und drei Tochtersatelliten sowie einem gefalteten Netz, wird von einer S-310 Höhenforschungsrakete in 110 km Höhe abgetrennt, wobei die Tochtersatelliten nach der Abtrennung vom Muttersatelliten mit einer Geschwindigkeit von 1,2 m/s erfolgreich ein Netz in Form eines 14 m großen Vierecks entfalten. Auch ein Experiment zur Übertragung von Mikrowellen unter Verwendung von vier retro-direktiven Antennen an der Unterseite der Satelliten wird erfolgreich durchgeführt.

Die 350 g schweren Roboter für die Bauarbeiten auf dem im All schwebenden Netz hat ein Forschungsteam um Prof. Peter Kopacek von der Technischen Universität Wien in Zusammenarbeit mit der ESA ab 2005 entwickelt.

Die Roby Space (o. Roby Space Junior I und II) genannten Roboter fahren wie Raupenfahrzeuge über die Maschen des Riesennetzes und bestehen jeweils aus zwei Teilen, die sich mit Magneten gegenseitig anziehen, damit sie sich in der Schwerelosigkeit nicht vom Netz lösen.

Auf den übertragenen Videobildern wird beobachtet, daß zumindest einer der Roboter seine Aufgabe gut meistert, einige Meter auf dem rund 50 m² großen Netz herumzufahren. Allerdings stürzen der Roboter und das Netz schon nach zehn Minuten Schwerelosigkeit in Richtung Erde zurück und verglühen. Ein Bericht darüber erscheint 2007 unter dem Titel ,Large Furoshiki Net Extension in Space – Sounding Rocket Experiment Results’, er ist im Netz einsehbar.

Zwecks der Energieübertragung arbeitet die JAXA inzwischen mit Experten des Institute of Laser Engineering der Universität Osaka zusammen, um gemeinsam die Grundlagen des Projekts Space Solar Power System (SSPS) zu entwickeln. Dabei soll ein Prototyp in 36.000 km Höhe über dem Äquator stationiert werden und seine Energie mittels Laserstrahlen an die Empfangsstation auf der Erdoberfläche leiten.

Genutzt werden hierzu keramische Materialien, die lichtabsorbierendes Chromium enthalten – sowie Neodymium, das die Energie in Laserstrahlen umwandelt. Der Wirkungsgrad des gesamten Prozesses soll bereits 42 % betragen, wie Experimente im September 2007 zeigen.

Im Februar 2008 beginnen im Taiki Aerospace Park zudem Tests an einen Mikrowellensystem zur Energieübertragung, das als Alternative zur Laser-Bündelung gedacht ist. Während die Sendeantenne des Satelliten in diesem Fall einen Durchmesser von 2,4 m hat, würde die Boden-Empfangseinheit des SSPS-Kraftwerks einem Durchmesser von 2 - 3 km aufweisen. Hierbei wird von einer Leistung von 1 GW ausgegangen. Auf den veröffentlichen Grafiken erkennt man, daß bei diesem Projekt an eine seebasierte, schwimmende Empfangsanlage gedacht ist.

Weitere Versuche erfolgen mit einem 800 W Laser, der auf eine 500 m entfernte Empfangsstation gerichtet wird. Die Wellenlänge, die mittels eines Spezialspiegels aus dem Strahl herausgefiltert und genutzt wird, beträgt exakt 1.064 nm, da es sich herausgestellt hat, daß diese Frequenz die Atmosphäre am leichtesten durchdringen kann.

Nachdem das japanische Parlament im Mai 2008 ein neues Weltraumgesetz beschließt, wird mit dessen Inkrafttreten im August beim japanischen Kabinett das Strategische Hauptquartier für Weltraumpolitik eingerichtet. Dieses verabschiedet im Juni 2009 ein Weißbuch zur Weltraumpolitik, in welchem ein zunächst auf zehn Jahre befristetes Programm zur Entwicklung von weltraumgestützter Sonnenenergie festgeschrieben wird.

Die JAXA erdenkt daraufhin ein System aus zwei großen Spiegeln, die das Sonnenlicht auf einen Satelliten mit kleinen, aber hocheffizienten PV-Paneelen fokussieren und die gesammelte Energie in Form von Laserstrahlen oder Mikrowellen zurück auf die Erde übertragen (s.u.).

Im September 2009 kursiert die Nachricht, daß auch die Mitsubishi Electric Corp. und der Mischkonzern IHI Corp. den Bau einer Weltraum-Solarfarm planen. Die Solaranlage mit einer Gesamtgröße von 2,4 x 2,6 km würde in einer Höhe von 36.000 km um die Erde schweben und ab 2030 Energie auf die Erde schicken. Von den 1,6 GW Sonnenenergie, die von dem aus 100 x 100 x 0,1 m großen Einzelpaneelen bestehenden Kollektor empfangenen und ausgesendet werden, sollen 1 GW zur Erde gelangen. Die Kosten des Projekts werden gegenwärtig auf etwa 15 Mrd. € beziffert.

Bevor das Hauptprojekt an den Start geht, will die JAXA zunächst einen 100 kW Satelliten im niedrigen Orbit testen. Im Jahr 2015 soll dann eine 10 MW Demonstrations-Anlage im All stationiert werden, um herauszufinden, wie die Energieübertragung aus dem Weltall am besten funktioniert. Dem würde schließlich ein 250 MW Prototyp folgen.

Bis dahin wird eine Forschungsgruppe aus 16 Unternehmen, darunter  NEC, Fujitsu, Sharp und  Mitsubishi Heavy Industries Ltd., vier Jahre lang praktikable Technologien entwickeln, um Strom in Form von Mikrowellen zu senden. Das Team agiert unter dem Namen Institute for Unmanned Space Experiment Free Flyer (USEF).

Darüber hinaus wird im Januar 2014 bekannt, daß sich die JAXA bereits vor einigen Jahren mit der Firma Nitto Seimo zusammengetan hat, einem Unternehmen, das Fischereinetze herstellt, um ein magnetisches System zu bauen, das Weltraummüll einsammelt. Einer aktuellen Schätzung zufolge gibt es rund 22.000 Objekte in der Umlaufbahn, die groß genug sind, um von den Behörden am Boden verfolgt zu werden, und Hunderttausende weitere kleinere, die Raumschiffe und Satelliten beschädigen könnten.

Der erste Test erfolgt Ende Februar, als eine H-IIA Rakete gestartet wird, um den gemeinsam mit Forschern der Kagawa University und der Kanagawa University entwickelten Satelliten STARS-II (Space Tethered Autonomous Robotic Satellite II) auszusetzen. Der kleine, insgesamt 9 kg schwere Satellit teilt sich dann und setzt einen noch kleineren, 4 kg schwere Tochtersatelliten an einer 300 m langen elektrodynamischen Seil aus, das aus ultradünnen Drähten aus rostfreiem Stahl und Aluminium besteht.

Aufgrund der Bewegung durch das Magnetfeld der Erde entsteht darin wegen der Lorenzkraft ein Stromfluß, wodurch der elektromagnetische Tether den Weltraumschrott, an welchem er angebracht ist, gezielt verlangsamt und zum Verglühen in der Erdatmosphäre bringt. Allerdings ist das Experiment nur teilweise erfolgreich, da zwar die Abtrennung vom Trägerfahrzeug klappt, die Entfaltung des Seils aber nicht bestätigt werden kann und die Funkdaten darauf hindeuten, daß auch die Solarzellen und Antennen nicht ausgefahren sind. Auch das Subsystem für die Befehls- und Datenverarbeitung funktionierte nicht.

Das Funkfeuer der Tochtersonde wurde schwach und war nach einigen Wochen nicht mehr zu empfangen, während das Funkfeuer der Muttersonde später wieder stark wurde, was nahelegte, daß die Solarzellen und Antennen durch einen Neustart erfolgreich ausgefahren werden konnten. Die Umlaufbahn verringert sich innerhalb von 50 Tagen von 350 km auf 280 km und Teleskopaufnahmen des Satelliten vom Boden aus zeigen, daß er ein einziger Punkt ist und nicht zwei Objekte. Die Forscher vermuten, daß sich das Seil zwar ausdehnte, durch den Rückprall dann aber verhedderte. Nach zwei Monaten in der Umlaufbahn tritt STARS-II Ende April wieder in die Atmosphäre ein.

Auch ein Experiment im Dezember 2016 mit dem Nachfolger STARS-C (Space Tethered Autonomous Robotic Satellite-Cube), der ebenfalls aus einem Mutter- und einem Tochtersatelliten besteht und für die Ausbringung eines 100 m langen Aramidfaserseils ausgelegt ist, ist nur bedingt erfolgreich. Der 2U-CubeSat wird mittels des J-SSOD (JEM Small Satellite Orbital Deployer) der JAXA aus dem japanischen Experimentiermodul Kibo der Internationalen Raumstation (ISS) ins All ausgesetzt.

Die Signalqualität ist jedoch unregelmäßig, was möglicherweise auf ein Versagen des Solarpaneels zurückzuführen ist, und es werden keine Daten über die Entfaltung des Seils gewonnen. Schätzungen deuten darauf hin, daß sich das Seil nur auf eine Länge von etwa 30 m entfaltet hat. Der Wiedereintritt erfolgt Anfang März 2018. Über weitere Experimente ist bislang nichts bekannt.

Im Mai 2014 erläutert die Raumfahrtbehörde ihren 25-jährigen Technologieentwicklungsplan, der in einem 1 GW Solarenergiesatelliten gipfelt. Auf praktischer Seite wird im März 2015 bekanntgegeben, daß man erfolgreich 1,8 kW drahtlos über 55 m zu einem Empfänger übertragen habe, indem der Strom in Mikrowellen und dann wieder in Strom zurück umgewandelt wurde. Zeitgleich demonstriert Mitsubishi Heavy Industries die Übertragung von 10 kW an einen 500 m entfernten Empfänger. Zur Effizienz dieser spezifischen Tests äußern sich weder Mitsubishi die noch JAXA.

Während Mitsubishi hofft, dieses System in den nächsten fünf Jahren für die Lieferung von hoher Leistung über kurze Entfernungen, bzw. kleinerer Energiemengen über mittlere Entfernungen einsetzen zu können, plant die JAXA, die Technologie bis 2018 auch im Weltraum zu testen, indem ein kleiner Satellit mehrere Kilowatt aus einer niedrigen Erdumlaufbahn an einen Mikrowellenempfänger am Boden sendet.

Der aktuelle Plan sieht vor, den 100 kW-Satelliten bis 2021 in der Umlaufbahn zu haben, und bis 2028 eine 200 MW Version. Die kommerzielle Pilotanlage mit einer Leistung von 1 GW soll bis 2031 in Betrieb genommen werden, und ab 2037 würde dann mit einem Start pro Jahr eine vollwertige kommerzielle weltraumgestützte Energieindustrie aufgebaut werden. Bodenseitig wird an eine künstliche Insel mit einem Durchmesser von 3 km in der Bucht von Tokio gedacht, die mit fünf Milliarden Antennen bestückt ist, um die aus dem All empfangene Mikrowellenenergie in Elektrizität umzuwandeln.

Die JAXA arbeitet derzeit an zwei Konzepten. Das einfachere Konzept sieht eine riesige quadratische Platte mit einer Seitenlänge von 2 km vor, deren Oberseite mit photovoltaischen Elementen bedeckt ist, während sich auf der Unterseite Sendeantennen befinden.

Die Steuerungs- und Kommunikationssysteme wären über 10 km lange Drähte mit der Platte verbunden. Eine Einschränkung dieses Konzepts besteht darin, daß die Ausrichtung des Paneels fest ist, d.h., wenn sich Erde und Satellit drehen, variiert die Menge des Sonnenlichts, die das Paneel empfängt, was sich auf die Menge der Stromerzeugung auswirkt.

Die komplexere Lösung versucht, dieses Problem zu lösen, indem sie neben zwei PV-Paneelen zwei riesige Spiegel aufstellt, die das Sonnenlicht 24 Stunden am Tag auf die Paneele reflektieren und dabei frei fliegen, d.h. sie wären weder an das Paneel noch an die Übertragungseinheit gebunden. Das spiegelbasierte System würde mehr als 100 Millionen 10 W Halbleiterverstärker benötigen und könnte 1 GW Leistung erzeugen.

Für die Übertragung dieser Leistung zurück zur Erde ist der JAXA zufolge eine Frequenz von 5,8 GHz geeignet. Es müßten jedoch mehr als eine Milliarde Antennen vorhanden sein, die zudem einen einzigen fokussierten Strahl bilden, was mit einem so genannten retrodirektiven System möglich ist, bei dem ein Pilotsignal von einer Gleichrichterantenne (Rectenna) am Boden an die Antennen auf dem Satelliten gesendet wird.

Tatsächlich zeigt die Japan Space Systems (JSS), eine japanische Non-Profit-Organisation, die 2012 durch die Fusion dreier Raumfahrt- und Fernerkundungsinstitute entstanden ist, auf der in Tokio stattfindenden Ceatec Electronics Show im Oktober 2016 eine flache Antenne, die auf der Frequenz von 5,8 GHz Mikrowellen empfangen kann und damit den Anforderungen der JAXA entspricht.

Über diese Antenne kann bereits Strom über eine Entfernung von 50 m übertragen werden, aber mit starken Verlusten. Von den 1,8 kW, die auf der Senderseite abgestrahlt werden, kommen in einer Entfernung von 2,3 - 2,6 m nur 340 W bei der Antenne an.

Es ist etwas befremdlich, doch in den Folgejahren ist nichts mehr über die entsprechenden Arbeiten der JAXA zu erfahren. Allerdings erläßt Japan im Juli 2020 die ersten Vorschriften für die drahtlose Energieübertragung in den Frequenzbändern 920 MHz, 2,4 GHz und 5,7 GHz. Ein mehrseitiger Bericht darüber von Takuya Fujimoto, der im Netz abrufbar ist, erscheint im Oktober 2024 unter dem Titel ,Japanese Institutionalization and Global Standardization of Wireless Power Transmission, and Recently R&D Trend in Japan’.

Im Juni 2023 wird zudem bekannt, daß in Japan eine öffentlich-private Partnerschaft entstanden sei, in deren Rahmen erstmals Sonnenenergie im Erdorbit gewonnen und dann mittels Mikrowellenstrahlen zur Erdoberfläche gesendet werden soll. Zu diesem Zweck sollen bereits eine ganze Reihe kleiner Satelliten in den Orbit gebracht worden sein. Eine Bestätigung oder nähere Details dazu sind bislang aber nicht auffindbar.

Im Dezember 2024 berichtet ein japanisches Forschungsteam, daß im Zuge des Projekts Ohisama erfolgreich die Stromübertragung über große Entfernungen durch Mikrowellen von einem Flugzeug zur Erde erfolgt sei. Der Projektname ist eine Abkürzung für ,Orbitexperiment zur hochpräzisen Strahlsteuerung unter Verwendung eines kleinen Satelliten für die Mikrowellenenergieübertragung’.

Das Flugzeug fliegt dabei in einer Höhe von 7 km und die 5,8 GHz Mikrowellen werden von 13 Meßgeräten mit einer Größe von jeweils 10 cm² problemlos empfangen. Die Japan Space System Organisation (JSS), die das Projekt leitet und sich seit vielen Jahren im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Handel und Industrie (METI) mit dem SSPS-Projekt befaßt, will im Jahr 2025 einen Satelliten ins All schicken, um auch dort die technologische Machbarkeit zu testen.

Zu erwähnen ist, daß sich auch die Kyoto University mit Weltraum-Solarstromsatelliten befaßt. Hier war bereits 2003 ein Artikel von Hiroshi Matsumoto mit dem Titel ,Japanese Research for a Bright and Clean Energy from Space’ erschienen, gefolgt 2009 von dem Artikel ,Space Solar Power Satellite/Station and the Politics’. Im September 2011 wird bekannt, daß die Universität in ihrer Testanlage auf dem Campus Uji den ersten Schritt zum Bau eines solchen Satelliten getan hat.

Die Anlage zur Übertragung von Mikrowellenenergie für die erste Phase des Experiments ist für die Öffentlichkeit zugänglich. Nach Angaben der Universität verfügt sie über einen Absorber mit hoher Leistung und Haltbarkeit, eine Dunkelkammer für elektromagnetische Wellen, Meßgeräte und weitere Ausstattungen. Es ist geplant, in dieser Einrichtung das weltweit größte Experiment zur Übertragung von Mikrowellenenergie durchzuführen. Die geplanten Experimente umfassen viele Phasen, und in der letzten Phase, in 5 - 10 Jahren, soll dann der Satellit in Betrieb genommen werden und die gewonnene Energie über Mikrowellen zur Erde übertragen.

Peripher von Wichtigkeit: Als die NASA im Dezember 2006 ihre neuen Pläne für eine permanente Mondbasis bekannt gibt, die ab 2024 dort errichtet werden soll, wird der Mond-Südpol als Standort insbesondere deshalb ins Auge gefaßt, weil dieser Ort eine sehr große Sonnenscheindauer hat und damit besonders gute Chancen zur Nutzung von Solarenergie bietet.

Auch bei den ersten NASA-Wettbewerben für den Bau von sogenannten ‚Crawlern’, die im Rahmen eines Orbitalfahrstuhls zum Einsatz kommen sollen, werden Solarzellen eingesetzt. Die Technologie ist jedoch nicht so einfach umzusetzen - in den ersten beiden Jahren kann keines der beteiligten Teams das Preisgeld mit nach Hause nehmen. Ich werde diese Umsetzung ausführlicher im Kapitel der elektrischen Mobilität präsentieren (in Arbeit).

Im Mai 2007 lebt die Diskussion um Solarsatelliten wieder einmal auf, als Prof. Daniel Nocera vom MIT daran erinnert, daß diese Technologie im Gegensatz zu allen irdischen Entsprechungen keinerlei Genehmigungsverfahren erfordert. Die Anlagen können im Orbit installiert werden, so schnell sie nur fabriziert und hinauftransportiert werden können.

Außerdem regt Nocera an, über Energieanlagen auf dem Mond nachzudenken - denn auch dort haben die Strukturen keine negativen Auswirkungen auf unsere Umwelt. Machbar wäre dies bereits in rund 20 Jahren. Ich komme weiter unten noch auf derartige Vorschläge zu sprechen.

Ein anderer Kollege, der MIT-Professor William F. Schreiber, schlägt in einem Artikel vom Mai/Juni 2007 vor, eine Flotte riesiger Spiegelballons mit einem Durchmesser von bis zu einer Meilein die geostationäre Umlaufbahn zu bringen, wo sie per Fernsteuerung aktiviert würden, um sich zu entfalten und aufzublasen. Während sich die Position der Erde im Verhältnis zur Sonne verändert, würden die sphärischen Spiegel kontinuierlich angepaßt, um Sonnenenergie einzufangen, zu bündeln und in konzentrierten Strahlen an Empfangsstationen auf der Erde zu übertragen, wo die Sonnenenergie genutzt wird, um Wasser zu erhitzen und stromerzeugende Dampfturbinen anzutreiben.

Der Ballonansatz ist insofern attraktiv, da er es ermöglicht, den Fokus durch den Druck im Inneren des Ballons zu steuern, anstatt einen sehr präzisen Spiegel herzustellen und in die Umlaufbahn bringen zu müssen. Ein Reflektor mit einem Durchmesser von etwa 1.500 m soll etwa 3.000 MW sammeln. Schreibers Artikel ,Solving the Energy Problem’ ist noch immer im Netz abrufbar. Über eine spätere Weiterbeschäftigung mit dieser Idee ist jedoch nichts zu finden.

Im Oktober 2007 wird eine Studie des National Security Space Office (NSSO) der USA mit dem Titel ,Space-Based Solar Power As an Opportunity for Strategic Security’ vorgestellt, der zufolge ein auch weiterhin steigender Ölpreis die Technik der Energiesatelliten über kurz oder lang wettbewerbsfähig machen wird.

Der Bericht dient als Durchführbarkeitsstudie der Phase 0, in der das Potential der Übertragung von Solarenergie aus dem Weltraum auf die Erde neu bewertet wird, um die sich abzeichnenden globalen Energie- und Umweltkrisen zu lösen.

Das Pentagon fordert die US-Regierung daraufhin auf, entsprechende Demonstrationsprojekte zu finanzieren und innerhalb der nächsten zehn Jahre 10 Mrd. $ in einen Test-Satelliten zu investieren, der einen Strahl von 10 MW elektrischer Energie zur Erde schicken kann.

Natürlich haben die Autoren des NSSO-Berichtes auch die militärische Nutzung im Sinn, da Solarenergie-Satelliten eine schon seit langem bestehende Schwäche des US-Militärs beheben könnten: die Abhängigkeit von lokaler Energieversorgung in den oft entlegenen Einsatzgebieten, in denen sich das Militär herumtreibt.

Die nun ins Leben gerufene Space Solar Alliance for Future Energy (SSAFE) will die Empfehlungen der NSSO-Studie weiter voranbringen.

Im Juni 2008 verkündet Yet Mehta, Direktor der indischen Filiale der 1999 gegründeten Space Island Group (SIG), einer kalifornischen Firma zur Entwicklung von Solar-Satelliten, daß diese Technologie die passende Lösung für den in Indien im Jahr 2030 erwarteten, zusätzlichen Bedarf von 700.000 MW Strom sei.

In einem geosynchronen Orbit in rund 35.000 m Höhe würden die Sateliten Tag und Nacht ununterbrochen Gigawatts an Energie zu den Empfangsstationen am Boden senden.

Auch die anderen Pläne der SIG sind sehr ambitioniert: Neben dem Anstoß zur Entwicklung neuer Raumfahrzeuge sollen bestehende, solide NASA-Kompnenten genutzt werden, um eine Raumstation samt Personal in den Orbit zu bringen. Diese Station soll neben ihren industriellen, wissenschaftlichen und touristischen Zwecken auch Energie zur Erde transferieren.

Außerdem soll von Asteroiden abgebautes Wasser durch solarbetriebene Reformer in Wasserstoff und Sauerstoff umgewandelt werden, um als Raketentreibstoff genutzt zu werden. Schon im Jahr 2020 könnten mehr als 20.000 Frauen und Männer auf derartigen Stationen im Einsatz sein – hofft man bei der SIG.

Die Firma erregt um 2009 herum zwar einiges an öffentlicher Aufmerksamkeit, als sie Zeitpläne für Gewerbeimmobilien im Welltraum vorschlägt, doch realisiert wird von den Projekten nichts.

Im September 2008 macht eine wichtige Meldung die Runde: Der o.e. John Carlton Mankins (meist: John C. Mankins), einer der führenden Experten im Bereich der Solarsatelliten-Technologie und früherer Leiter des von ihm selbst 1999 ins Leben gerufene ,Exploration Systems Research and Technology Program’ der NASA, der inzwischen Chef der im Oktober 2005 gegründeten und im kaliformischen Santa Maria beheimateten Firma Artemis Innovation Management Solutions LLC ist, gibt den Erfolg einer drahtlosen Energieübertragung zwischen Inseln des Hawaii-Archipels bekannt.

Bei dieser Langstreckenübertragung von Strom, die bereits im Mai stattfand, war vom Haleakala-Vulkan der Insel Maui aus ein mit Solarstrom erzeugter 2,45 GHz Mikrowellenstrahl - wie er auch für Übertragungen aus dem All benutzt werden würde - zu einem Empfänger auf dem 148 km entfernt gelegenen Vulkan Mauna Loa der Insel Hawaii gesandt worden.

Bei ihrem Versuch stellen die Forscher senderseitig neun Solarpaneele zur Produktion von jeweils 20 W Strom auf, begrenzen die Übertragung aber auf 2 W pro Panel, um der Zulassung für den Test seitens der US Federal Aviation Administration zu entsprechen. Die insgesamt etwa 20 W Solarstrom werden dann mittels Mikrowellen zur Hauptinsel übertragen, wo ein winzig kleiner Teil auch ankommt, allerdings weniger als ein Tausendstel von 1 % der übertragenen Leistung.

Der unbefriedigende Wirkungsgrad, der mit einem niedrigen, vom Fernsehsender Discovery Channel gesponserten Budget von rund 1 Mio. $, und einer kurzen Vorbereitungszeit von nur fünf Monaten erklärt wird, soll mit geeignetem Equipment allerdings bis zu 64 % erreichen.

Immerhin hatte der bislang erfolgreichste Test zur drahtlosen Energieübertragung, der 1975 von Bill Brown am Goldstone Deep Space Communications Complex (GDSCC) in der Mojave-Wüste, durchgeführt wurde, mit Hilfe eines Deep Space Tracking Dish der NASA und über eine Entfernung von gut 1,6 km einen Wirkungsgrad von 82,5 % erreicht.

Mankins zufolge könnte ein Demonstrationssystem in 6 – 7 Jahren in der Umlaufbahn sein, und ein groß angelegtes, operationales System in 10 – 15 Jahren. Zuerst einmal soll im Frühjahr 2010 auf Hawaii erneut die Energieübertragung via Mikrowellen getest werden, diesmal gemeinsam mit Prof. Nobuyuki Kaya von der Universität Kobe in Japan, der 2006 mit einer Höhenforschungsrakete in 210 km Höhe die automatische Entfaltung eines 130 m² großen antennenartigen Metallnetzes sowie die Mikrowellen-Kommunikation mit einer Bodenstation erprobt hatte.

Nun sollen weitaus größeren Sende- und Empfangsanlagen samt einer dynamischen Zielvorrichtung eingesetzt werden, die den Mikrowellensender genau auf den Empfänger ausrichtet. Die sogenannte retrodirektive phasengesteuerte Gruppenantenne (retrodirective phased array) sorgt dafür, daß der Sendestrahl immer genau in der Mitte des Empfängers fokussiert wird.

Im Jahr 2011 schlägt Mankins einen grundlegend neuen Solarstromsatelliten vor, den SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via of Arbitrarily Large Phased Array). Dieses Solarkraftwerk soll aus Hunderten bis Zehntausenden von einzeln gesteuerten Dünnschichtspiegeln eine Glocke formen, um das Sonnenlicht auf eine kompakte Photovoltaik-Scheibe auf der Rückseite des Satelliten zu bündeln und 10 - 1.000 MW mittels drahtloser Energieübertragung auf die Erde und an Missionen im Weltraum zu liefern.

Bis September 2012 wird für die NASA eine 113-seitige Studie zu diesem neuen Konzept fertiggestellt, die unter dem Titel ,SPS-ALPHA: The First Practical Solar Power Satellite via Arbitrarily Large Phased Array’ im Netz zu finden ist. Mitbeteiligt sind der o.e. Nobuyuki Kaya sowie Massimiliano Vasile von der schottischen University of Strathclyde.

Außerdem veröffentlicht die International Academy of Astronautics (IAA) im August 2011 eine von Mankins editierte, 272-seitige Studie, die unter dem Titel ,The First International Assessment of Opportunities, Issues, and Potential Pathways Forward’ im Netz abrufbar ist.

Da Mankins ein Buch über Solarenergie im Weltraum schreibt, in welchem auch Details des SPS-ALPHA aufgeführt werden, versucht er im Mai 2012, die Mittel für die Veröffentlichung über die Crowdfunding-Website Kickstarter.com zu erhalten. Von dem Zielbetrag in Höhe von 25.000 $ kommen aber nur 10.639 $ zusammen, womit die Finanzierung fehlgeschlagen ist. Allerdings gelingt das Projekt auch so, und das Buch The Case for Space Solar Power wird 2014 von der Virginia Edition Publishing Co. veröffentlicht, kostet gebunden allerdings über 100 €.

Bei dem neuen SPS-ALPHA-Konzept entfällt die Notwendigkeit eines großen und teuren integrierten Energieverwaltungs- und -verteilungssystems. Zudem kann der Solarstromsatellit vollständig aus einzelnen Systemelementen zusammengebaut werden, die nicht mehr als 50 - 200 kg wiegen, was eine Massenproduktion aller Teile zu drastisch niedrigeren Kosten als bei herkömmlichen Raumfahrtsystemen ermöglicht.

Die notwendigen nächsten Schritte sind die Entwicklung eines funktionierenden Prototyps eines oder mehrerer Module und die Demonstration des zusammengebauten Systems in der Praxis, um in den nächsten Jahren einen Flugtest des Systems in einer niedrigen Erdumlaufbahn durchzuführen.

An dem Konzept arbeitet auch die 2019 von Serdar Baycan gegründete australische Firma Solar Space Technologies (SST) mit, die mit Unterstützung von Mankins plant, bis 2027 einen Solarstromsatelliten in eine geostationäre Umlaufbahn zu bringen, um das australische Stromnetz mit Grundlaststrom zu versorgen. Bislang gibt es aber keine Informationen über umgesetzte Schritte.

Im Mai 2022 veröffentlicht Mankins eine 47-seitige Übersicht unter dem Titel ,Space Solar Power: An Overview’, die im Netz abrufbar ist, allerdings fast nur aus Bildern und sehr knappen Texten besteht. Interessant ist sie aufgrund der Klassifizierung der Solar-Satelliten in sieben Typen.

Was das o.e. Team der University of Strathclyde unter Leitung von Massimiliano Vasile anbelangt, so testet dieses im Jahr 2012 Geräte, die als Plattform für Solarpaneele dienen könnten, um die Sonnenenergie zu sammeln und sie mit Hilfe von Mikrowellen oder Lasern zurück zur Erde zu leiten. Die Wissenschaftler gehen davon aus, daß anfänglich kleinere Satelliten zum Einsatz kommen werden, die in der Lage sind, genug Energie für ein kleines Dorf zu erzeugen. Letztlich sollen aber ausreichend große Struktur im Weltraum plaziert werden, die eine große Stadt versorgen können.

Zu den besonderen Innovationen des Teams, zu dem auch Kollegen der University of Glasgow und des KTH Royal Institute of Technology in Schweden gehören, zählt ein Weltraumnetz, das nach einer Vorbereitungszeit von 24 Monaten im März an Bord der Höhenforschungsrakete REXUS 12 (Rocket Experiments for University Students) vom schwedischen Startplatz ESRANGE in Kiruna aus gestartet wird. Das Experiment trägt den Namen Suaineadh.

Nach dem Start wird das  2 x 2 m große Weltraumnetz aus dem Ausstoßzylinder in der Raketenspitze ausgestoßen, und die Zentrifugalkräfte, die auf die Spinnvorrichtung des Raumnetzes wirken, werden zur Stabilisierung der Experimentplattform genutzt. Dabei dienen vier Tochtersektionen in den Ecken des quadratischen Netzes, die jeweils Inertialmesseinheiten (IMUs) enthalten, als Stabilisierungsmassen, während jede IMU Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsmessungen in allen drei Richtungen liefert.

Nach dem Start von REXUS12 ist man zwar nicht in der Lage, das ausgestoßene Experiment zu lokalisieren, aber 22 hochauflösende Bilder der vier Kameras, die auf dem zentralen Nabenteil montiert sind, wurden über die drahtlose Verbindung zwischen dem Experiment und der Rakete empfangen. Das letzte Bild wird zu Beginn des Entfaltungsprozesses aufgenommen und die Auswertung läßt die Vermutung zu, daß das Experiment nach dem Abwurf voll funktionsfähig war, aber möglicherweise durch ein Taumeln des Experiments oder der Rakete die Funkverbindung unterbrochen wurde.

Das Experiment ebnet trotzdem den Weg für die nächste Phase des Solarenergieprojekts, bei der man sich mit den Reflektoren befaßt, die für die Sammlung der Sonnenenergie benötigt werden. Ein 10-seitiger Bericht erscheint im Juni 2013 unter dem Titel ,Lessons learned from REXUS12’s Suaineadh Experiment: Spinning deployment of a space web in milli gravity’. Er ist im Netz abrufbar.

Meldungen vom Mai 2012 zufolge soll das Folgeprojekt mit der Bezeichnung Self-inflating Adaptable Membrane (SAM) den Einsatz einer ultraleichten zellularen Struktur testen, die ihre Form verändern kann, sobald sie entfaltet ist. Diese Struktur besteht aus Zellen, die sich im Vakuum selbst aufblasen und ihr Volumen durch Nanopumpen selbständig verändern können. Die unabhängige Steuerung der Zellen würde es ermöglichen, die Struktur in einen Solarkonzentrator umzuwandeln, um das Sonnenlicht zu sammeln und es auf Solaranlagen zu projizieren.

Bereits im Februar 2012 hatten die Wissenschaftler um Vasile zudem die Studie ,Design of a formation of solar pumped lasers for asteroid deflection’ veröffentlicht, in welcher der Entwurf eines Systems aus mehreren Raumfahrzeugen zur Ablenkung von Asteroiden vorgestellt wird, wobei jedes Raumfahrzeug mit einem Faserlaser und einem Solarkonzentrator ausgestattet ist.

Demnach soll ein Schwarm relativ kleiner Satelliten, die mit solarbetriebenen Lasern ausgestattet sind und über die Oberfläche eines Asteroiden fliegen, diesen viel leichter verdampfen können als ein großes, unhandliches Raumschiff mit Atombomben, wie es gerne in Filmen gezeigt wird. Ein weiterer Bericht unter dem Titel ,A Space-based Laser System for the Deflection and Manipulation of Near Earth Asteroids’ wird im April 2014 auf dem International High Power Laser Ablation and Beamed Energy Propulsion Symposium in Santa Fe vorgestellt aber noch nicht veröffentlicht.

Wie sich im Zuge der Recherche herausstellt, wurde das Team der University of Strathclyde und der University of Glasgow bei der Durchführung von Laborstudien, um das Verständnis dieser Technik zu verfeinern und zu bestätigen, von der Planetary Society unterstützt. Diese hatte bereits im Jahr 2010 mit einem Projekt zur Validierung der als Laserablation bekannten Asteroiden-Ablenkungstechnik begonnen.

Zum Hintergrund: Die von Carl Sagan, Bruce Murray und Louis Friedman in Pasadena, Kalifornien, im Jahr 1979 gegründete Gesellschaft war vor allem durch das 1999 gestartete, verteilte Rechenprojekt SETI@home bekannt geworden, bei dem Freiwillige ihre privaten Rechner zur Suche nach möglichen Signalen außerirdischer Intelligenz bereitstellten. Das erste größere technische Projekt war dann ein Sonnensegel namens Cosmos 1 bzw. LightSail-1, das im Juni 2005 gestartet wurde.

Bei der Laserablation wird durch die Fokussierung eines Lasers auf die Asteroidenoberfläche ein Teil seines Oberflächenmaterials direkt von einem Feststoff in ein Gas umgewandelt. Dieses Gas bildet eine Auswurfwolke, die dann von der Oberfläche ausgestoßen wird und gegen den Asteroiden wirkt, wodurch ein kleiner, aber kontinuierlicher Schub entsteht. Mit der Zeit kann dieser kleine Schub die Flugbahn eines potentiell gefährlichen Asteroiden erheblich verändern.

Im Zuge des Laser Bees genannten Projekts kann nachgewiesen werden, daß die Laserablation eine vielversprechende Ablenkungsmöglichkeit darstellt und mehrere Vorteile gegenüber anderen Methoden hat: Sie hängt nicht von der Materialzusammensetzung des Asteroiden ab und funktioniert bei einem Trümmerhaufen oder einem massiven Eisenbrocken gleich, sie kann mit der Größe des Asteroiden skaliert werden, größere Asteroiden erfordern mehr Raumfahrzeuge, kleinere Asteroiden weniger, und es werden Schwärme derselben kleinen Raumfahrzeuge eingesetzt, die jeweils einen kleinen Laser tragen, wodurch eine hohe Redundanz erreicht wird.

Zu dem Projekt gehören detaillierte Ablationsexperimente zur direkten Messung des Massenstroms und der Temperatur der Auswurfsfahne, des resultierenden Schubvektors und der Reduzierung der Laserenergie während der potentiellen Lebensdauer der Mission. Die Ergebnisse führen zu erheblichen Verbesserungen der theoretischen Modelle und zeigen vielversprechende Wege für zukünftige Arbeiten auf.

Das Projekt Laser Bees wird hier erwähnt, obwohl es die Solarenergie nicht einbezieht, da es als Vorreiter weiterer Initiativen gilt, die sich mit dem Thema beschäftigen, bedrohliche Asteroiden daran zu hindern, die Erde zu treffen - und dabei auf die Sonne als Energielieferant setzen.

Zu diesen Arbeiten gehört Beispielsweise das im Februar 2013 veröffentlichte und DE-STAR (Directed Energy Solar Targeting of Asteroids and Exploration) genannte System im Orbit, das Sonnenenergie in ein phasengesteuertes Laserarray bündeln soll, dessen Strahlen dann auf die bedrohlichen Weltraumgesteinsbrocken oder Meteoriten treffen und sie in eine andere Richtung ablenken. Die im Netz einsehbare 16-seitige Arbeit stammt von Philip M. Lubin und seinen Kollegen an der University of California, Santa Barbara (UCSB) und trägt den Titel ,DE-STAR: Phased-Array Laser Technology for Planetary Defense and Other Scientific Purposes’.

In diesem Rahmen werden noch diverse weitere Studien und Analysen veröffentlicht, wie z.B. ,Orbital Simulations on Deflecting Near-Earth Objects by Directed Energy’ im Januar bzw. ,DE-STARLITE - A directed energy planetary defense mission’ im September 2014. Im Jahr 2016 folgt ein Papier mit dem Titel ,Directed Energy Missions for Planetary Defense’. Darin wird DE-STAR erweitert und um DE-STARLITE ergänzt, ein viel kleineres und kostengünstigeres Roboter-Raumschiff, das zu einem Asteroiden fliegt und seine Position etwa 10 km von seinem Ziel entfernt hält, um dieses mit seinem solarbetriebenen Laser mehrere Jahre lang zu beschießen und so abzulenken.

Eine Forschungsarbeit, in welcher die erforderliche Laserleistung zur Ablenkung eines erdnahen Asteroiden mit Hilfe der Ablationstechnik geschätzt wird, erscheint im Juni 2015 unter dem Titel ,Estimation of necessary laser power to deflect near-Earth asteroid using conceptual variable-laser-power ablation’. Die Arbeit stammt von Young-Joo Song und Sang-Young Park an der Kyung Hee University in Seoul, Südkorea. Noch aktueller ist die Forschungsarbeit ,Minimum Safe Distances for DE-STAR Space Lasers’ von Adam Hibberd von der Initiative for Interstellar Studies in London, die im September 2024 erscheint.

Auch in diesem Fall ist es danach eine lange Zeit ruhig um die genannten Projekte, und erst im September 2023 melden die Blogs, daß die University of Strathclyde in Kooperation mit der niederländischen TU Delft sowie der schweizerischen Firma Sirin Orbital Systems AG an dem Konzept eines Schwarms von 16U CubeSats arbeitet, der Sonnenenergie zur Erde überträgt. Die Firma hatte den Zuschlag von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Rahmen einer wettbewerbsorientierten Kampagne ,Innovative Mission Concepts Enabled by Swarms of CubeSats’ erhalten, zu der 74 europäische Einrichtungen oder Einzelpersonen Ideen eingereicht hatten.

Das Portfolio des 2019 gegründeten Unternehmens mit Sitz in Zürich, das Gewinner des Leading Innovation in Space Award 2024 der World Space Week Association ist, umfaßt Antriebssysteme für Kleinsatelliten, drahtlose Energieübertragungstechnologien im Mikro- und Millimeterwellenbereich, einschließlich solcher für weltraumgestützte Solarenergie, quantenbasierte Sensortechnologien und vieles mehr.

Das neue Missionskonzept der Sirin Orbital Systems trägt dem Titel ,Swarms of CubeSats for kW-scale Space-Based Solar Power (16U₄SBSP)’. Bislang läßt sich jedoch nichts über eine Umsetzung finden.

Im Januar 2024 erscheinen zudem Meldungen, denen zufolge die Forscher der University of Glasgow inzwischen mit der NASA zusammenarbeiten, wobei nun von riesigen, hauchdünnen Satellitenreflektoren die Rede ist, die die Erde in einer Höhe von rund 900 km umkreisen um nachts Sonnenlicht auf irdische Solarkraftwerke zu lenken, so daß diese auch nach Sonnenuntergang noch zeitweise Strom liefern können, wenn die Nachfrage der Verbraucher nach Strom am höchsten ist.

Die Spiegel sollen so gesteuert werden, daß sie das Sonnenlicht ins All schicken, außer sie befinden sich im Einzugsbereich eines irdischen Solarkraftwerks. Dann werden sie gedreht, damit das Sonnenlicht auf die Erde fällt und etwa 10 km² beleuchtet. Dies geschieht bei jeder überflogenen Anlage, wobei die Dauer der Stromerzeugung bei jeweils 17 Minuten liegt, was eine Stromerzeugung von jeweils 35 MWh bedeutet.

Wenn die Route von fünf großen Reflektoren so ausgelegt würde, daß sie täglich nacheinander 13 große Solarparks erreicht, könnte das System 284 MWh Solarenergie pro Tag liefern. Die Menschen auf der Erde würde das zusätzliche Licht aus dem Weltraum nicht stören, da es außerhalb der Solarparks praktisch nicht sichtbar sei.

Das Projekt namens ,SOLSPACE: Enhancing Global Clean Energy Services Using Orbiting Solar Reflectors’ wird von Prof. Colin McInnes geleitet und für fünf Jahre durch einen ERC Advanced Grant in Höhe von 2,5 Mio. € unterstützt. Das Team, das Onur Çelik, Andrea Viale, Litesh Sulbhewar und Temitayo Oderinwale umfaßt, wird die effizientesten Umlaufbahnen und Steuerungsstrategien für die Reflektoren erforschen und Entwürfe für die Solarreflektoren untersuchen, wie sie hergestellt und montiert werden können und welche wirtschaftlichen Auswirkungen die zusätzlich gelieferte Energie hat.

Eine ungewöhnliche Geschichte hat die 2008 von Stephan Tennsel und Peter Sage gegründete Schweizer Firma Space Energy AG mit Sitz in Schaffhausen, die ebenfalls den Versuch macht, Solarsatelliten zu kommerzialisieren. Das Unternehmen verfolgt den Ansatz, den durch Satelliten erzeugten Strom durch ein Kabel zur Erde zu leiten, das durch die Erdrotation gespannt bleiben würde. Bislang kann die Industrie die hierfür nötigen Kohlenstoff-Nanomaterialien mit der nötigen Zugfestigkeit allerdings noch nicht in der erforderlichen Menge herstellen. Bis dahin setzt man auf eine Mikrowellen-Technologie.

Die Space Energy zeigt auf ihrer Homepage deutlich, welche Märkte sie vorzugsweise im Auge hat: die Seite existiert nur auf Englisch, Japanisch und Chinesisch. Die Firma will bereits 2012 den ersten 5 kW Testsatelliten in eine niedrige Erdumlaufbahn bringen. Anderen Informationen zufolge soll dieser nur der erste von mehr als 40 Satelliten sein, die das Unternehmen in die niedrige Erdumlaufbahn schicken, dort zunächst parken, weiter ausbauen und erst dann in eine geostationäre Umlaufbahn weiterschicken will.

Im Jahr 2010 ist das Unternehmen auf Büros und Zweigstellen in in San Francisco, Fort Lauderdale, Ras Al Khamiah und Peking angewachsen und betätigt sich als Gastgeber der Sichuan Governments International Clean Energy Conference in China. Hier war bereits im November des Vorjahres eine Absichtserklärung für einen Stromabnahmevertrag mit dem Sichuan Investment Promotion Bureau (SPIPB) zum Bezug von Energie aus dem ersten kommerziellen Satelliten der Firma unterzeichnet worden.

Außerdem beschäftigt man sich mit terrestrischen PV-Großanlagen, für die im Februar dieses Jahres eine bislang ungenannte Bank als erster Investor gewonnen wird. Im Jahr 2013 sichert sich Space Energy über den gemeinsamen Entwicklungspartner Swara einen ersten Stromabnahmevertrag für den Bau einer 1 MW Anlage in Rajasthan. Kurz darauf  erleidet das Unternehmen jedoch einen großen Verlust, als es ins Visier organisierter Krimineller gerät, die sich als legitime Käufer ausgeben. Dies führt zu einer Verschuldung in Höhe von 1,8 Mio. £, die das Unternehmen nicht ausgleichen kann, so daß es sich gezwungen sieht, seine Geschäftstätigkeit einzustellen.

Im Jahr 2009 lautet die erste Meldung in Verbindung mit der SSP-Technologie, daß nun auch die Internationale Raumstation ISS als Testobjekt dienen und Strom vom Weltraum zur Erde senden soll. Dazu soll am japanischen Modul ein ,Experimental Packet’ befestigt werden, das zu Demonstrationszwecken Mikrowellen-Energie mit 20,2 GHz zur einer 34 m durchmessenden Antenne auf dem Gelände des GDSCC senden soll.

Etwas verzögert stellt sich dann jedoch heraus, daß die NASA das Projekt gekippt hat, da sie die dafür erforderlichen 55 Mio. $ nicht bekommen hatte.

Dafür kündigt der kalifornische Energieversorger Pacific Gas & Electric (PG&E) im April 2009 an, gemeinsam mit der seit 2001 bestehenden Solaren Corp. aus Manhattan Beach, Kalifornien, eine Solarfarm im Weltraum errichten zu wollen. Man habe vereinbart, daß der Solarsatellit ab Sommer 2016, und dann 15 Jahre lang, 200 MW Energie an PG&E liefert. Der Solarstrom soll mittels hochfrequenter Radiowellen zur Empfangsstation in Los Baños, etwa 100 km südwestlich von San Francisco, gelangen. Mit ihrer  Intensität, die etwa einem Siebtel der Mittagssonne entspricht, sei die Strahlung aus dem All ungefährlich.

Die Solaren Corp. führt bereits Labortests mit Prototypen ihrer patentierten SSP-Station durch, außerdem plant man Feldversuche, bei denen Testsatelliten ins All geschickt werden sollen. Die geplanten vier Solar-Power-Anlagen auf geostationären Umlaufbahnen können einzeln arbeiten, aber auch zusammengeschaltet werden.

Zu den finanziellen Details gibt es bislang keine Informationen, und auch mit technischen Daten hält sich Solaren sehr bedeckt. Gerüchteweise hört man, daß das Sonnenlicht bei dem Solaren-System mit faltbaren, superleichten Spiegeln, vermutlich aus Mylar oder Polyethylen, auf die Solarmodule gelenkt werden soll, um die Ausbeute um ein Vielfaches zu erhöhen.

Dem Patent der Firmengründer James ,Jim’ E. Rogers und Gary T. Spirnak von 2006 ist außerdem zu entnehmen, daß ihre Erfindung eines im Weltraum stationierten Solarkraftwerks auch dazu dienen soll, mittels der gewonnenen Energie das Wettergeschehen zu beeinflussen. Durch die Erwärmung der oberen und mittleren Schichten eines sich bildenden Hurrikans soll dieser geschwächt werden können. Im Dezember 2009 gibt die California Public Utilities Commission (CPUC) dem Projekt grünes Licht und das Unternehmen versucht, in einer ersten Finanzierungsrunde 100 Mio. $ zu akquirieren.

Trotz mehrjähriger Bemühungen ist die Solaren jedoch nicht in der Lage, die Mittel für das Kraftwerk zu erhalten. Im Jahr 2015 vereinbaren Solaren und PG&E einvernehmlich, auf den Stromvertrag zu verzichten.

Neuigkeiten gibt es auf der Unternehmenshomepage erst wieder im Februar 2019, als der Solaren-Chef Spirnak verkündet, daß das patentierte Weltraum-Solarkraftwerk „in hohem Maße synergetisch mit den US-amerikanischen und internationalen Weltraumforschungsaktivitäten“ sei. Nun sollen bis 2021 die Labortests für die Nutzlast abgeschlossen werden, gefolgt von Tests im hohen Leistungsbereich und Tests für den Einsatz im Weltraum, die im Jahr 2025 mit dem Start einer SSP-Prototypanlage der Megawattklasse in die geostationäre Erdumlaufbahn ihren Höhepunkt erreichen sollen.

Die SSP-Prototypanlage könnte später mit Hilfe ihres internen elektrischen Antriebs auch auf eine Mondumlaufbahn oder zu einem Librationspunkt gebracht werden. Eine Empfangsantenne mit einer Leistung von 1 MW könnte bereits 2026 auf dem Mond installiert werden, damit der Solarstromsatellit (Lunar SSP) kontinuierlich Hochfrequenzenergie für die Bedürfnisse der NASA, der internationalen Gemeinschaft und der Wirtschaft senden kann. Die Spot-Beam-Fähigkeit ermöglicht die gleichzeitige Unterstützung mehrerer Basen, Außenposten oder Expeditionen.

Die jüngste Meldung stammt vom Juni 2023 und besagt, daß es der Firma gelungen sei, in ihrer ersten Finanzierungsrunde der Serie D 2,5 Mio. $ aufzunehmen, um die Entwicklung und die Labortests des Space Solar Power Systems fortzusetzen.

Mitte 2009 reicht das US-Unternehmen PowerSat Corp. Patentanträge für zwei Technologien ein, bei denen es um die Generierung von Solarstrom im Orbit der Erde geht. Der Firma zufolge macht das BrightStar gennnte Konzept sowie die SPOT-Technologie (Solar Power Orbital Transfer) eine Verwirklichung von Solar-Satelliten um vieles realistischer, sowohl in technischer wie auch in wirtschaftlicher Hinsicht. PowerSat ist Anhänger der Mikrowellenübertragung.

BrightStar sieht vor, daß die Sonnenstrahlung von bis zu 300 kleineren Satelliten aufgefangen und dann über einen größeren gebündelt und zur Erde gesendet wird, während es sich bei SPOT um ein Antriebskonzept handelt, bei dem auch die Schubdüsen der Satelliten mittels Solarenergie betrieben werden, um die Satelliten in Position zu halten, was durch entsprechende Ionenantriebe machbar ist.

Die PowerSat rechnet vor, daß mittels dieser beiden Technologien die Start- und Betriebskosten eines 2,5 GW Orbitalkraftwerks um bis zu 1 Mrd. $ verringert werden könnten. Für einen wirtschaftlichen Betrieb müßten Satellitensolarparks nämlich mindestens 2,5 GW Leistung erbringen, was mit Investitionen von 4 - 5 Mrd. $ pro Anlage verbunden ist.

Derzeit arbeitet die Firma an einer 10 kW Demo-Anlage für einen nicht genannten Kunden. Für 2015 ist ein Prototyp im niedrigen, geosynchronen Orbit geplant, ein 100 Mio. $ Projekt, während die kommerzielle Produktion bereits 2020 anlaufen könnte.

Im Juni 2009 meldet PowerSat, daß es Zusagen über Startfinanzierungen in Höhe von 3 – 5 Mio. $ bekommen habe, doch die bislang letzte Meldung auf der Homepage stammt vom Oktober 2009, seitdem ist es um das Unternehmen wieder ruhig geworden.

Im Jahr 2009 soll auch die Air Force Academy der USA mit dem Bau von zwei kleinen Satelliten begonnen haben, um das Konzept der Übertragung von Solarstrom aus dem Weltall per Laser-Technologie zu testen. Man erwartet, genug Strom zu empfangen, um wenigstens eine 0,1 W LED zum Leuchten zu bringen. Es ist nachvollziehbar, daß das US-Militär davon träumt, seine Soldaten auch in schwierigem Gelände mit Energie zu versorgen, die einfach aus dem All herabgebeamt wird.

Tatsächlich hatte das National Security Space Office des US-Verteidigungsministeriums im Jahr 2007 eine Initiative zur Untersuchung der weltraumgestützten Solarenergie gestartet. Eine damals veröffentlichte erste Studie wies auf das enorme Potential dieser Technologie hin und empfahl ausdrücklich, die entsprechenden Entwicklungen zu unterstützen, auch wenn noch erhebliche technische und wirtschaftliche Herausforderungen zu überwinden seien. Kein Wunder also, daß im Internet inzwischen Gerüchte kursieren, denen zufolge die vorstehend erwähnten Solaren und Space Energy möglicherweise Tarnfirmen des US-Militärs sind.

Weiter geht es bei der Air Force anscheinend erst im Jahr 2020, als das Air Force Research Laboratory (AFRL) im Dezember bekannt gibt, daß sein Projekt ,Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research’ (SSPIDR) jüngst von Northrop Grumman die erste Komponente für das Raumfahrtexperiment Arachne erhalten habe. Bei der Komponente mit dem Namen Helios handelt es sich um einen kommerziellen Raumfahrzeugbus namens ESPAStar, der die Nutzlast auf ihrem Weg in die Umlaufbahn hält und die Plattform ist, von der aus die Experimente zur Demonstration weltraumgestützter Energieübertragungstechnologien und -konzepte durchgeführt werden.

Arachne wird als erstes frei fliegendes Flugexperiment dienen, um kritische Technologien zu entwickeln, die für den Aufbau eines betriebsfähigen Solarstromübertragungssystems wesentlich sind. Helios besteht wiederum aus einem EELV-Ring (Evolved Expendable Launch Vehicle) für den sekundären Nutzlastadapter (ESPA) und dient als Bus, d.h. als Teil des Raumfahrzeugs, in dem die notwendigen Komponenten für die Steuerung der Energieversorgung, der Kommunikation, der Wärmeversorgung und der Lagekontrolle untergebracht sind.

Das von Northrop Grumman entwickelte und gebaute ,Space Solar Power Radio Frequency Integrated Transmission Experiment’ (SSPRITE) wird vier der sechs verfügbaren Anschlüsse des ESPAs nutzen und eine Schnittstelle zu Helios bilden, um Strom für seine Subsysteme zu erhalten. Der Helios-ESPA-Ring und das Solarenergie-Beamingexperiment SSPRITE bilden zusammen das Raumfahrzeug Arachne, das die erste der Demonstration des SSPIDR-Projekts darstellt.

Arachne wird neue Technologien zur Umwandlung der Solarenergie hocheffizienter PV-Zellen in Hochfrequenz demonstrieren, wobei innovative Sandwichkacheln zum Einsatz kommen, sowie die Machbarkeit der Übertragung dieser Energie zum Boden und ihre Umwandlung in nutzbaren Strom. Die Sandwichkacheln, die sich seit 2018 bei Northrop Grumman in der Entwicklung befinden, sind insofern ein Novum, als daß die Fähigkeiten, Energie zu sammeln, diese umzuwandeln und dann zum Boden zu strahlen, in einer einzigen Komponente enthalten sind. Der Start des Arachne-Raumschiffs ist für 2024 (später: 2025) geplant.

Aktuell läuft bereits das ,Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module Flight Experiment’ (PRAM-FX), das im Mai 2020 ins All gebracht wird, um die Effizienz des Umwandlungsprozesses von Solarenergie in RF-Energie zu untersuchen. Im Rahmen von Experimenten namens SPINDLE und SPIRRAL sollen außerdem kleine Prototypen entsprechender Satelliten getestet werden, wobei SPINDLE bereits 2023 starten soll.

Im Dezember 2021 wird der erfolgreiche Bodentest einer einzelnen Kachel für die Arachne-Nutzlast gemeldet, bei dem ein Solarsimulator verwendet wird, um die PV-Seite der Platte zu beleuchten und den Umwandlungsprozeß von Solar- in Funkfrequenz zu starten.

Auf der International Space Development Conference im Mai 2009 in Orlando stellt Peter Kokh, Präsident der amerikanischen Moon Society, das Modell einer Space-Solar-Power-Anlage vor, bei der zwei gigantische Sonnensegel das Sonnenlicht einfangen und auf einen zentralen Kollektor konzentrieren. Dort wird das Licht in Mikrowellen umgewandelt und als Strahl gebündelt zum Erdboden geschickt.

Die Moon Society ist ein privater Interessenverband, der sich für eine Rückkehr zum Mond stark macht, aber auch für andere Innovationen in der Weltraumfahrt einsetzt. Der im Jahr 2000 als Mitgliederorganisation für die Artemis Society gegründete Verband, damit diese sich auf die Förderung des Artemis-Projekts konzentrieren konnte, hat sich zum Ziel gesetzt, eine dauerhafte Besiedlung des Mondes zu ermöglichen, indem er eine Gemeinschaft auf der Grundlage von Partnerschaften zum gegenseitigen Nutzen schafft.

Das Artemis-Projekt, benannt nach der Göttin des Mondes in der griechischen Mythologie, ist ein kommerzieller Plan zur Besiedlung des Mondes, der in den 1990er Jahren entwickelt wurde. Er hat aber nichts mit dem NASA-Programm zur Rückkehr von Menschen auf den Mond bis 2024 zu tun, das ebenfalls den Namen Artemis trägt.

Das Power Beaming Project der Moon Society beschäftigt sich mit Solarenergiesatelliten in der Mondumlaufbahn, die Siedlungen auf dem Mond kontinuierlich mit Energie versorgen und so das Problem der 14-tägigen Mondnacht aus der Welt schaffen sollen. Auch Cis-Mond-Raumfahrzeuge und -Satelliten könnten so mit Energie versorgt werden.

Der Direktor der Gesellschaft, Peter Schubert, hatte bereits im März 2008 gefordert, die Führung bei der Förderung der Vision eines Netzwerks von Solarstromsatelliten zu übernehmen, die größtenteils aus Mondmaterialien gebaut werden. In den späten 1980er und frühen 1990er Jahren hatte die Brainstorming-Gruppe der 1975 gegründeten L5 Society in Seattle, deren Mitglieder zu einem hohen Prozentsatz von Boeing stammten, einen Bericht präsentiert, dem zufolge  92 % eines Solarenergiesatelliten mit Materialien aus Mondregolith gebaut werden könnten (Seattle Lunar Group Studies, SLuGS).

Außerdem gelang es einem Team der Moon Society, ein funktionsfähiges Demonstrationsmodell für die Übertragung von Solarenergie zu entwerfen, zu bauen und auf der International Space Development Conference in Washington DC im Mai 2008 vorzustellen, um die öffentliche Unterstützung für diese Initiative zu fördern. Im September war dann ein Whitepaper der Moon Society unter dem Titel ,Promoting a vision of a network of Solar Power Satellites largely built from Lunar Materials’ veröffentlicht worden. Über praktische Umsetzungen ist bislang nichts bekannt.

Im Juli 2009 berichtet die Fachpresse über die um 1992 gegründete Firma Xenotech Research, eine Forschungs- und Entwicklungsinitiative unter der Leitung von Charles W. Shults III, die Aufmerksamkeit für konzeptionelle, bislang jedoch unbewiesene Vorschläge zur Erzeugung von weltraumgestützter Solarenergie und ihrer drahtlosen Übertragung zur Erde mit Hilfe von Hochfrequenzlasern oder Mikrowellenfrequenzen erregt.

Das Unternehmen will sich in Nähe des neuen, privaten Raumflughafens von Virgin, dem New Mexico Space Port, ansiedeln, um schon im Oktober 2010 ein Solarenergieprojekt im niedrigen Orbit zu verwirklichen, das 12 - 13 kW Strom erzeugen soll. Hierzu wird mit der o.e. Space Island Group über die Lieferung einiger Technologiekomponenten verhandelt. Und bereits 2012 will man eine 1 GW Anlage in einem stationären Orbit in knapp 36.000 km Höhe in Betrieb nehmen.

Die Xenotech arbeitet außerdem an einem 500 W Solarofen mit Fresnel-Linse, sowie an einer besonders günstigen Windkraftanlage. Bei so vielen unterschiedlichen Ambitionen ist es aber nicht verwunderlich, daß die Firma schon beim Update 2011 nicht mehr zu erreichen ist.

Im September 2009 findet am Ontario Science Centre in Toronto das erste International Symposium on Solar Energy from Space statt, das gemeinsam von der International Academy of Astronautics (IAA) und dem neu gegründeten not-for-profit Interessenverband SPACE Canada (Solar Power Alternative Clean Energy) organisiert wird, der sich der Förderung des internationalen Dialogs zu weltraumgestützten Solarenergie widmet. Unter den Beratern der Initiative und Sprechern findet man auch Mankins.

Ebenfalls präsent ist u.a. Wael Almazeedi aus Kuwait, Mitbegründer der Social-Enterprise-Plattform FATE Consortium (Free Access to Energy), die sich auf die Entwicklung und Umsetzung kollaborativer, kommerzieller Energielösungen konzentriert, wobei der Schwerpunkt auf hybriden Stromerzeugungssystemen und solarer Energieerzeugung im Weltraum liegt.

Während des Symposiums findet auch die erste öffentliche Demonstration der drahtlosen Energieübertragung statt, bei der Energie mit Hilfe von Festkörperverstärkern durch die große Halle des Ontario Science Centre übertragen wird.

Darüber hinaus veranstalten SPACE Canada und seine Partner die International SSP Student Project Competition, einen Wettbewerb für studentische Forschungs- und Ingenieursarbeiten auf dem Gebiet der Solarstromprojekte im Weltraum, der auch weiterhin durchgeführt wird.

Anfang 2010 meldet sich auch die Astrium (später: Airbus Defence and Space), eine 100 %-ige Tochtergesellschaft des größten europäischen Luft-, Raumfahrt- und Rüstungskonzerns EADS, wieder zu Wort.

Hier arbeitet man inzwischen an einem Infrarot-Laser, der die Erde vom All aus mit Strom versorgen soll. Bei der Rückwandlung des Infrarot-Laserlichts in Elektrizität wird ein Wirkungsgrad von 80 % angestrebt. Was die Labortests bislang tatsächlich erbracht haben, wird nicht gesagt. Ebensowenig, warum der Laser auf dem Foto grün leuchtet.

Dem Unternehmen zufolge sei in den nächsten fünf Jahren der Aufbau eines Systems mit 10 - 20 kW Leistung vorstellbar, und von 2020 an könnten Raumstationen mit Laseranlagen von 20 - 50 kW Leistung Sonnenenergie umwandeln und an die Erde übertragen. Was im Vergleich zu den anderen vorstehend genannten Plänen recht wenig ist.

Das Raumfahrtunternehmen will jedenfalls einen eigenen Satelliten ins All schicken. Aus den öffentlich zugänglichen Angaben läßt sich jedoch kein realisiertes Satellitenprojekt zur Energieübertragung erkennen. Das Energielaser-Projekt wurde offenbar nicht bis zu einem operativen Satelliten umgesetzt und blieb bei der Konzept- bzw. Demonstrationsphase stehen.

Mitte 2010 überschlagen sich die Blogs mit Nachrichten über ein gigantisches Projekt der japanischen Shimizu Corp., bei dem es sich tatsächlich jedoch nur um eine visionäre Konzeption unter dem Namen Luna Ring. handelt. Da aber auch der Mond ein Satellit der Erde ist, hat dieser Entwurf genau hier seinen richtigen Platz.

Bei dem Mondprojekt handelt es sich um einen 400 km breiten Gürtel aus Solarzellen, der sich knapp 11.000 km lang um den Äquator des Mondes spannt, um die dort empfangene saubere Energie durch Kabel zu den 20 km durchmessenden Sendestationen auf der erdzugewandten Seite, und von dort aus mittels Mikrowellen und Lasern zur Erde zu senden, wo dutzende gigantische Hochleistungs-Empfänger in den Wüsten oder auf den Ozeanen der ganzen Welt installiert sind, möglichst in Nähe großer Bevölkerungszentren.

Beim Bau sollen Menschen kaum einbezogen und die Konstruktion weitgehend von Robotern errichtet werden. Wasser soll aus dem Mondboden mit von der Erde importiertem Wasserstoff produziert werden, während Bindestoffe ebenfalls aus lunaren Ressourcen gewonnen werden können.

Aus diesen Materialien wird dann mit Mond-Erde und -Kies Beton zusammengemischt. Ziegel, Glasfasern und anderen Baumaterialien können durch solar-thermische Prozesse hergestellt werden. Sonstige Maschinen und Geräte von der Erde werden im Weltraum zusammengebaut und zur Installation auf die Mondoberfläche gebracht.

Im November 2013 erklärt Shimizu, daß mit dem Bau des Mondrings bereits 2035 begonnen werden könnte. Bei ausreichender Finanzierung sollen dann erste Roboter auf der Mondoberfläche ausgesetzt werden, um die Materialien zu extrahieren, aus denen die Solarzellen, der Beton und die anderen benötigten Baustoffe hergestellt werden. Shimizu zufolge würde das Projekt, einmal umgesetzt, genug Energie für unseren ganzen Planeten liefern.

Das Projekt erscheint erst wieder im Mai 2026 in der Presse. Shimizu kalkuliert nun mit einem Aufbau über rund 30 Jahre, wobei die Zielleistung des Luna Ring bei 13.000 TW liegt, einem Vielfachen des heutigen weltweiten Stromverbrauchs. Eine Kostenschätzung existiert bislang nicht, und auch die drahtlose Übertragung von Strom in diesem Maßstab über 380.000 km Entfernung ist in keiner Skalierung erprobt. Zudem bleibt der Mondstaub, der Solarzellen verklebt und Mechanik beschädigt, ein offenes Ingenieursproblem.

In diesem Zusammenhang ist auch der Wissenschaftler Jeffrey M. Gordon von der Ben-Gurion-Universität in Israel zu erwähnen, der im März 2022 vorschlägt, Sauerstoffabriken auf dem Mond unterbrechungsfrei mit PV-Strom zu versorgen. Hierzu sollen Solarmodule mit einer Leistung von rund 10 MW um einen 360°-Breitenring in der Nähe eines der Mondpole installiert werden.

Es gäbe dadurch keine Abschattung zwischen den Modulen, wobei sowohl statische vertikale als auch Module auf einachsigen vertikalen Nachführsystemen praktikable Montagestrukturen dafür sein könnten. Da die Kraftwerke weit von der Erde entfernt wären, müßten die Anlagen auf dem Mond sich allerdings auch selbst automatisch instandhalten können.

Die Idee wird in unter dem Titel ,Uninterrupted photovoltaic power for lunar colonization without the need for storage’ veröffentlicht. Hinweise auf eine konkrete Bau- oder Demonstrationsumsetzung des 10 MW PV-Rings gibt es jedoch keine.

An dieser Stelle ist es höchst passend, auf das Designprojekt der New Yorkerin Bryna Anderson hinzuweisen, Studentin der Columbia University, mit dem diese 2010 den Wettbewerb Moon Capital International Design gewinnt.

Das Konzept gründet auf dem Vorschlag des amerikanischen Physikers David Criswell für ein mondbasiertes Solarenergiesystem, bei dem ebenfalls Solarzellen zur Energiesammlung und Mikrowellen zur Übertragung genutzt werden. Criswell, inzwischen Direktor des Institute for Space Systems Operations an der University of Houston, erfand das Lunar Solar Power System (LPS) ursprünglich gemeinsam mit Robert D. Waldron. Auch dieses System beinhaltet die Herstellung der Solarzellen mittels lunarer Rohstoffe auf dem Mond selbst.

Der Entwurf von Criswell und Waldron würde 20.000 GW Strom produzieren und 4.400 Arbeiter auf dem Mond, 340 in einer niedrigen Mondumlaufbahn und 400 in einer niedrigen Erdumlaufbahn erfordern. Die auf dem Mond gesammelte Solarenergie soll an tausende Empfangsstationen auf der Erde gesendet werden. 

Das nun veröffentlichte innovative Design von Anderson namens LPS: 2069 stellt einen massiven Solarturm (oder Sonnenturm) dar, wie sie auf unserer Erde schon mehrfach gebaut worden sind (s.d.). Die übrigen technischen Erklärungen spiegeln das Criswell-System wieder. Anderson gewinnt übrigens gegen die Konkurrenz von 100 Einreichungen aus 26 Ländern.

Im August 2010 wird der Bericht eines vom Verteidigungsministerium in Indien geförderten Think-Tanks veröffentlicht, in welchem die Einrichtung eines internationalen, weltraumbasierten Solarstrom-Programms unter indisch-amerikanischer Leitung vorgeschlagen wird. Verfasser ist US-Air Force Oberstleutnant Peter Garretson, der mit dem Institue of Defense Studies and Analyses in New Delhi zusammenarbeitet. Der Bedarf an weltraumgestützten Solarkraftwerken wurde in Indien bereits 1993 erkannt.

Der 174 Seiten starke Bericht mit dem Titel ,Sky’s No Limit: Space-Based solar power, the next major step in the Indo-US strategic partnership?’, der im Netz abrufbar ist, schlägt vor, daß die beiden Länder nicht mehr warten, sondern das Projekt durch eine gemeinsame Erklärung während Präsident Barak Obamas Besuch in Indien im November anstoßen sollten.

Das Großprojekt sieht die Errichtung eines Solarkraftwerks in der geostationären Umlaufbahn vor, das seine Energie in Form von Mikrowellen an die Empfänger auf dem Erdboden überträgt. Für die Umsetzung schlägt der Autor einen Drei-Stufen-Plan vor. Während der ersten Fünf-Jahres-Phase sollen mit einem Etat von 10 – 30 Mio. $ die grundlegenden Technologien entwickelt und eine detaillierte Roadmap festgelegt werden.

In der zweiten Phase, die sich über 10 Jahre erstrecken soll, wird ein internationales Konsortium mit einem Betrag von 10 Mrd. $ ein verkleinertes Space Solar Power System ins All bringen, das dann seitens der Industrie aufskaliert werden soll. Die dritte Phase würde die Einrichtung eines internationalen, kommerziellen Konsortiums unter indisch-amerikanischer Leitung sehen, das den Bau und die Inbetriebnahme entsprechender orbitaler Solarfarmen durchführt. Eine wirtschaftlich rentable Umsetzung könnte ab dem Jahr 2025 erfolgen.

Im Juni 2013 kündigen die in den USA ansässige National Space Society (NSS) und die Indian Space Research Organisation den Start einer Initiative für weltraumgestützte Solarenergie an, die darauf abzielt, Regierungschefs weltweit von der Idee einer entsprechenden wirtschaftlich und technisch tragfähigen Infrastruktur zu überzeugen. Die NSS war übrigens im März 1987 durch den Zusammenschluß des 1974 von Wernher von Braun gegründeten National Space Institute und der 1975 auf der Grundlage der o.e. Konzepte von Gerard K. O’Neill gegründeten L5 Society aus der Taufe gehoben worden.

Erwähnenswert ist auch, daß die NSS auf ihrer Homepage eine Reihe ausgewählter Beiträge und Berichte zur Weltraum-Solarenergie veröffentlicht, welche eine Zeitspanne zwischen 1978 und 2016 umfassen.

Die Astronomen und Astrobiologen Brooks Harrop und Dirk Schulze-Makuch von der Washington State University schlagen in ihrer im März 2010 veröffentlichten Studie ,The Solar Wind Power Satellite as an alternative to a traditional Dyson Sphere and its implications for remote detection’ vor, eine Energiegewinnungstechnik im Weltraum ins Auge zu fassen, die nicht auf der Photovoltaik basiert. Ihr Vorschlag betrifft Satelliten, die nicht die Sonnenstrahlung, sondern den Sonnenwind nutzen.

Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, ein Plasma, das aus der oberen Atmosphäre der Sonne ausgestoßen wird und die Heliosphäre erzeugt, eine riesige Blase im interstellaren Medium, die das Sonnensystem umgibt.

Die Wissenschaftler schlagen vor, die Elektronen des Sonnenwindes mit einem 300 m langen, 1 cm dicken Kupferdraht (Tether) einzufangen, der ein magnetisches Feld aufbaut und die Elektronen zu einem 10 m großen Segel und einem 2 m großen Empfänger leitet, durch den der Strom gewonnen wird. Von diesem wird nur ein kleiner Teil benötigt, um das magnetische Feld aufzubauen, während der Rest zur Erde gesendet werden kann. Mit einer Anordnung dieser Größe sollen sich 1,7 MW erzeugen lassen, deren Übertragung durch einen auf die Erde gerichteten Infrarot-Laserstrahl erfolgt.

Mit einem 1 km langen Kabel und einem 8.400 km breiten Segel würde sich eine Billion GW erzeugen lassen, 100 Milliarden Mal mehr, als die Menschheit derzeit verbraucht. Der Sonnenwind-Satellit, der billig und ohne komplizierte Technik sein würde, könnte dabei etwa so weit von der Sonne entfernt sein wie die Erde selbst. Er müßte allerdings gleichzeitig auch weit genug von der Erde entfernt stationiert werden, um außerhalb, oder zumindest am Rand ihrer Magnetosphäre überhaupt funktionieren zu können.

Der sogenannte Dyson-Harrop-Satellit weist allerdings noch einige technische Probleme auf, an deren Behebung die Forscher derzeit arbeiten. Er verfügt über keinen Schutz vor Weltraummüll, und ein Teil der Energie könnte beim Durchqueren der Erdatmosphäre verloren gehen. Außerdem ist es keine leichte Aufgabe, einen Weg zu finden, den Laserstrahl über Millionen von Kilometern durch den Weltraum zu lenken. Realistischer erscheint es daher, solche Satelliten zur Energieversorgung von Weltraummissionen in der näheren Umgebung einzusetzen.

Das Konzept wird erst wieder in dem im Juni 2025 veröffentlichten Artikel ,A novel Dyson-Harrop CubeSat for harvesting energy in solar wind’ von Fuzhen Yao und Zheng H. Zho von der York University in Toronto behandelt, der im Netz vollständig einsehbar ist.

In diesem Beitrag wird ein neuartiges Design für einen Dyson-Harrop-CubeSat vorgestellt, der auf der Grundlage des photoelektrischen Effekts Energie aus dem Sonnenwind ernten soll und das Potential hat, einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als die derzeitige PV-Technologie zu erzielen.

Auf der Abbildung ist die grundlegende Architektur des Dyson-Harrop-CubeSat zu sehen, der aus drei Hauptkomponenten besteht: einer Fesseleinheit, einer Energiegewinnungseinheit und dem zentralen 3U-CubeSat-Körper.

Die Tether-Einheit erzeugt ein zylindrisches Magnetfeld entlang ihres Hauptträgers, das die Elektronen aus dem Sonnenwind effektiv auf die Energiegewinnungseinheit konzentriert. Diese umfaßt einen kugelförmigen Elektronenempfänger, der als Kondensator fungiert und Elektronen aus dem Sonnenwind anzieht, sowie ein ringförmiges, flaches Sonnensegel, das Photonen im Sonnenwind einfängt, um über den photoelektrischen Effekt Elektronen auszustoßen, was zu einem elektrischen Strom im System führt.

Der Dyson-Harrop-CubeSat erweist sich als hocheffizientes Energieerzeugungssystem, das mit einem 3U-CubeSat eine Leistung von etwa 1 kW bietet, die über Mikrowellenstrahlen an andere Raumfahrzeuge oder Bodenstationen auf der Erde übertragen werden kann. Die Autoren weisen allerdings darauf hin, daß ihre Schätzung auf ersten Grundsätzen beruht und eine gründliche theoretische Analyse und experimentelle Validierung erforderlich sind, um die Machbarkeit des Konzepts zu bestätigen.

Hinweis: Technologien, bei denen die Sonnenstrahlung bzw. der Sonnenwind für mobile Systeme genutzt werden, behandle ich im Rahmen der elektrischen Mobilität unter Weltraum-Sonnensegel.

Die Professoren Andrea Massa und Giorgio Franceschetti von der Universität Trient leiten auf dem Internationalen Symposium für Antennen und Ausbreitung des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) im August 2010 eine Sondersitzung zum Thema ,Analyse elektromagnetischer Funksysteme für die Solarströmübertragung’. Im August 2011 folgt von Massa und weiteren Kollegen die Studie ,Array antenna architectures for solar power satellites and wireless power transmission’, die während der General Assembly and Scientific Symposium of International Union of Radio Science in Istanbul vorgestellt wird.

Im Mai 2012 wird bei den International Microwave Workshop Series in Kyoto die Arbeit ,Innovative rectenna design for space solar power systems’ vorgelegt, in welcher der Entwurf eines innovativen Gleichrichtersystems vorgestellt wird, das für die Sammlung der von Solarenergiesatelliten im Weltraum gelieferten Energie verwendet werden soll. Und im Juni 2013 folgt der Bericht ,Array Designs for Long-Distance Wireless Power Transmission: State-of-the-Art and Innovative Solutions’, der einen Überblick über die aktuell vorgeschlagenen Array-Design-Ansätze für die drahtlose Energieübertragung über große Entfernungen gibt.

In dem zeitgleich erscheinenden Artikel ,Advances on remote wireless power transmission at the ELEDIA research center’ wird über die jüngsten Fortschritte im Rahmen der drahtlosen Energiefernübertragung berichtet, die am ELEDIA-Forschungszentrum der Universität Trient entwickelt wird.

Neu gegründet wird im Jahr 2010 die Firma KESE LLC mit Sitz in Hardeeville, South Carolina, die eine Reihe von Ingenieurdienstleistungen anbietet, darunter Unterstützung bei der Entwicklung von Prototypen, Durchführbarkeitsstudien, Geschäfts- und Marketingplänen, Drohnenkartierung und 3D-Modellbau.

Zu den Entwicklungsinitiativen des Unternehmens im Bereich der alternativen Energien gehören insbesondere die weltraumgestützte Solarenergie sowie unterstützende Technologien wie der Weltraumaufzug, neben Tiefengeothermie, Biomasse, Wellenenergie, Windenergie und Wasserstoff. Es lassen sich jedoch keinerlei tatsächliche Aktivitäten nachweisen.

Der Student Carl Peart aus Rio Rancho, New Mexico, beteiligt sich im Juni am Create the Future Design Contest 2011 mit seinem Entwurf eines Solar Collection and Transfer Satellite, der in Zukunft zur Erzeugung und Speicherung von sauberer Energie eingesetzt werden kann, um den steigenden globalen Bedarf zu decken.

Das System nutzt elektromechanische Batterien (EMBs), um Energie zu speichern, die von den auf dem Satelliten installierten PV-Paneelen gesammelt wird. Bei EMBs schwimmt ein magnetisch gelagertes Verbundschwungrad mit einem Elektromotor in einer Vakuumkammer und kann sich mit über 60.000 Umdrehungen pro Minute nahezu reibungsfrei drehen, was es ermöglicht, Energie über einen langen Zeitraum zu speichern. Der Strom kann wiedergewonnen werden, indem man das Schwungrad abbremst und den Motor als Generator verwendet. Jeder Satellit soll 360 Batterien mit einer Kapazität von jeweils etwa 25 kWh enthalten.

Bei Nachfrage wird diese Energie über eine Mikrowellenantenne zur Erde übertragen, wo sie über eine Gleichrichterantenne wieder in Strom umgewandelt wird. Dabei kann die Sendeantenne so positioniert werden, daß die Energie von einer Position in der Umlaufbahn aus leicht an verschiedene Orte auf der Erde übertragen werden kann.

Im Februar 2012 schlägt der Wissenschaftler Stuart Armstrong vom Future of Humanity Institute der Universität Oxford ein Konzept vor, wie aus dem Material des Planeten Merkur ein ganzer Schwarm von Solarkraftwerken gebaut werden könnte, welcher nah um die Sonne kreist. Eine 48-minütige Präsentation, in der er auch diesen Vorschlag erläutert, ist auf YouTube unter dem Titel ,von Neumann probes, Dyson spheres, exploratory engineering and the Fermi paradox’ auffindbar.

Die grundlegende Idee basiert auf dem 1960 veröffentlichten Artikel des britischen theoretischen Physikers Freeman Dyson, der sich vorgestellt hat, daß eine fortgeschrittene Zivilisation ihren erhöhten Energiebedarf durch den Bau einer Kugel um einen Stern herum decken würde, um dessen Energieausstoß vollständig zu absorbieren. Im Falle unserer Sonne beträgt diese Zahl 3,846 × 10²⁶ W, was in etwa dem Billionenfachen unseres derzeitigen weltweiten Energieverbrauchs entspricht.

Laut Armstrong ist eine Dyson-Sphäre als riesige, hohle Kugel um die Sonne jedoch unmöglich, da die Zugfestigkeit, die erforderlich wäre, um zu verhindern, daß die Sphäre auseinanderreißt, diejenige aller bekannten Materialien bei weitem übersteigt. Außerdem würde sich die Kugel durch die Schwerkraft nicht stabil an ihren Stern binden, denn wenn ein Teil der Kugel näher an den Stern herangeschoben würde - z.B. durch einen Meteoriteneinschlag -, dann würde dieser Teil bevorzugt in Richtung des Sterns gezogen, was zu Instabilität führen würde.

Ein verwandtes Konzept - der Dyson-Schwarm - ist hingegen vielversprechender. Dieser Schwarm besteht aus Tausenden von relativ kleinen Spiegeln oder Solarpaneelen, die in einer Reihe von Bahnen um die Sonne kreisen und einen Großteil der verfügbaren Sonnenenergie einfangen. Ein robotergesteuerter Herstellungsprozeß könnte einen Dyson-Schwarm in nur wenigen Jahrzehnten aufbauen, was damit beginnt, daß Roboter Material vom Merkur abbauen.

Armstrong Plan beruht auf exponentiellen Erträgen aus einem positiven Kreislauf. Das Material wird mit Raketen in die Umlaufbahn geschossen, was angesichts der schwachen Schwerkraft des Merkur nicht allzu schwierig ist, und dann zu einer energiesammelnden Dyson-Schwarm-Einheit zusammengebaut. Die Herstellung der ersten Einheit würde ein Jahrzehnt dauern, sie wäre weniger als eine halbe Quadratmeile groß und hätte die Dicke von Zinnfolie.

Diese Einheit bewirkt dann einen Aufschwung im Bergbau und im Kollektorbau und so beginnen drei weitere ähnliche Zyklen, jeder in größerem Maßstab als der vorherige. Armstrong schätzt, daß etwa die Hälfte der Masse des Merkurs in Form der Elemente Sauerstoff und Eisen nutzbar wäre. Diese Elemente können kombiniert werden, um das Eisenoxid Hämatit zu bilden, das seit der Antike zur Herstellung von Spiegeln verwendet wird. Die Orbitalspiegel reflektieren das Sonnenlicht, um ein solarthermisches Kraftwerk anzutreiben, das für den Betrieb im Weltraum angepaßt wurde.

Nach 40 Jahren, in denen Merkur in eine Horde von Bergbau- und Produktionsrobotern umgewandelt worden wäre, die von Flotten von Dyson-Schwarm-Sonnenkollektoren angetrieben werden, wäre der kleine Planet allerdings völlig kaputt. Armstrongs Vorstellungen reichen sogar noch weiter, denn der Abbau der Venus würde dann nur ein Jahr dauern, wenn man bedenkt, wie viel Energie und Robotertechnik nach dem Untergang des Merkurs zur Verfügung stehen.

In einem Artikel ,Space-Based Solar Power’, der im März 2012 erscheint und im Netz abrufbar ist, bewertet der Astrophysiker Prof. Tom Murphy von der University of California, San Diego (UC San Diego) die Weltraum-Solarenergie und untersucht die enormen Hürden, denen ein solches Vorhaben gegenübersteht.

Man sollte die Argumente von Murphy sorgsam lesen, denn sie listen eine ganze Reihe von Unzulänglichkeit auf, mit denen sich Solarsatelliten konfrontiert sehen. Ich werde sie hier nicht wiederholen, da diese Chronologie ja dem tatsächlichen Geschehen gewidmet ist, doch alles in allem rechnet der Wissenschaftler nicht damit, daß diese Technologie in unserer Welt Fuß fassen wird. Der Aufwand und die Schwierigkeiten stehen in keinem Verhältnis zum Nutzen.

Auf der 38. IEEE Photovoltaic Specialists Conference in Austin im Juni 2012 veröffentlicht Lewis M. Fraas von der 1994 gegründeten Firma JX Crystals Inc. aus Issaquah, Washington, die als Boeing-Spinoff und unter deren Lizenz solare Infrarot- und thermophotovoltaische Zellen herstellt, eine Studie unter dem Titel ,Mirrors in space for low-cost terrestrial solar electric power at night’. Darin schlägt er vor, daß Spiegelsatelliten die Sonnenstrahlung konzentrieren und auf irdische Solarfarmen mit speziellen Solarreceiver-Paneeln fokussieren.

Vorgeschlagen wird eine Konstellation von 18 leichtgewichtigen Spiegelsatelliten in einer polaren, sonnensynchronen Umlaufbahn in einer Höhe von etwa 1.000 km über der Erde, wobei jeder Spiegelsatellit eine Vielzahl von zweiachsig nachführbaren Spiegelsegmenten enthält, die gemeinsam einen Sonnenstrahl auf einen terrestrischen Zielort richten und diesem eine Sonnenintensität verleihen, die der normalen Sonnenintensität bei Tageslicht entspricht und die Sonnenstunden an diesem Ort in der Morgen- und Abenddämmerung jeden Tages verlängert.

Jeder Spiegelsatellit der Konstellation besteht aus einer linearen Reihe von Spiegelelementen, und jeder terrestrische Solarfeld-Standort hat einen Durchmesser von 10 km und kann etwa 5 GW erzeugen. Das System erzeugt so auch in den Morgen- und Abendstunden kostengünstigen Solarstrom und verlängert die typische Betriebszeit einer Solarfarm um etwa 30 %.

Als erster Schritt ist ein Spiegel-Satellit mit einem Durchmesser von 17 m in einer 550 km hohen Umlaufbahn angedacht, der auf der Erde auf einer Fläche mit einem Durchmesser von 6 km eine Lichtintensität erzeugt, die der eines Vollmonds entspricht. Der Satellit soll das ,Mondlicht’ für vier Disney-Parks erzeugen. Im Netz abrufbar ist eine 27-seitige Präsentation vom Oktober 2014, die den Titel ,Mirror Satellites for Solar Power from Space’ trägt. Doch auch im Fall der JX Crystals Inc. ist es bislang zu keiner Umsetzung gekommen.

Ebenfalls peripher von Interesse: Im August 2013 gibt die NASA bekannt, daß sie dem Technologieunternehmen Tethers Unlimited Inc. (TUI) einen Vertrag der zweiten Phase über 500.000 $ für die Entwicklung der SpiderFab genannten Technologie erteilt hat, die es ermöglicht, extrem große Strukturen direkt im Weltraum zu bauen. Einen Vertrag der ersten Phase hatte es bereits Anfang des Jahres gegeben und im Juli hatte die TUI unter dem Titel ,SpiderFab: Process for On-Orbit Construction of Kilometer-Scale Apertures’ einen 53-seitigen Bericht über die Technologie veröffentlicht, der im Netz abrufbar ist.

Die von Robert ,Rob’ P. Hoyt und Robert Lull Forward im Jahr 1994 gegründete Firma hatte mit der Entwicklung von Produkten auf der Grundlage von Weltraumseiltechnologien begonnen, darunter Konzepte zur Beseitigung von Weltraummüll und Impulsaustauschseilsysteme für den Start von Nutzlasten in höhere Umlaufbahnen. Im Jahr 2007 startete das Unternehmen in Zusammenarbeit mit der Stanford University das MAST-Experiment (Multi-Application Survivable Tether), um die Überlebensfähigkeit von Haltegurten im Weltraum zu testen.

In Bezug auf robotergestützten Montage soll das Material für diese Komponenten in einer sehr kompakten und haltbaren Form, z.B. als Faserspulen oder Polymerblöcke, ins All gebracht werden, wodurch es in eine kleinere, weniger teure Trägerraketen paßt. Im Orbit werden die SpiderFab-Roboter das Material verarbeiten, um kilometerlange Traversen zur Aufnahme von Solaranlagen oder fußballfeldgroßer Sonnensegel, Antennen und Masten von nahezu unbegrenzter Größe herzustellen.

Nachdem die NASA im März 2014 weitere 750.000 $ zahlt, beginnt die TUI damit, einen Trusselator entwickeln, der additive Fertigungstechnologien wie den 3D-Druck zur Herstellung von Fachwerkstrukturen im Weltraum nutzen kann. Der Trusselator wird als System für die Produktion und Integration von Solaranlagen in der Umlaufbahn unter Verwendung einer Kombination aus 3D-Druck und automatisierten Verbundwerkstoff-Layup-Techniken beschrieben (’TRUSSELATOR - On-Orbit Fabrication of High Performance Support Structures for Solar Arrays’).

Im Oktober 2016 wird berichtet, daß die TUI-Unterabteilung Firmamentum einen Vertrag mit dem amerikanischen Hersteller von Satelliten und Raumfahrtsystemen Lanteris Space Systems (früher: Space Systems/Loral, SSL) unterzeichnet hat, um die Fertigungstechnologien für den Weltraum im Rahmen des Dragonfly-Programms von SSL zu testen, das von der der NASA finanziert wird. Für die Missionsdauer von Oktober 2018 bis April 2019 wird dann ein Refabricator an die ISS geliefert, der Kunststoffmaterial annimmt und in hochwertiges 3D-Druckerfilament umwandelt.

Im Mai 2020 wird die Tethers Unlimited von der Amergint Technologies mit Sitz in Colorado übernommen. Über weitere Entwicklungsschritte der 3D-Herstellung im Weltraum ist bislang nichts bekannt.

Es gibt aber auch einige Alternativen zu Satelliten. So berichten die Fachblogs im November 2013 über die im Vorjahr gegründete britische Firma New Wave Energy UK Ltd., die sich das Ziel gesetzt hat, mit Hilfe von Netzwerken unbemannter Drohnen in einer Höhe von 15.000 m über der Erdoberfläche Energie aus verschiedenen Quellen zu ernten.

Die zum Patent angemeldete Technologie zielt darauf ab, daß sich die etwa 20 x 20m großen Drohnen, die mit vier Rotoren, mehreren Windturbinen und Solarzellen ausgestattet sind, mit geringer Geschwindigkeit am Himmel bewegen, um der Sonne zu folgen. Sie können sich selbst mit der geernteten Energie versorgen und zusätzlich bis zu 50 kW erzeugen, die dann drahtlos an den Boden übertragen werden.

Die Drohnennetzwerke sind so konzipiert, daß sie leicht zu aktualisieren sind und mit effizienteren Generatoren ausgestattet werden können, sobald diese verfügbar sind. Das Unternehmen will zunächst den unbesiedelten Luftraum über dem Atlantik, dem Indischen Ozean oder dem Pazifik nutzen, um mit Tausenden von Drohnen rund 400 MW Strom zu erzeugen.

Die Firma plant nun, eine Kickstarter-Kampagne zu starten, um rund 300.000 £ zu sammeln, und rechnet damit, innerhalb von sechs Monaten nach Erhalt der Finanzierung einen funktionierenden Prototyp zu haben. Es läßt sich allerdings nichts darüber finden und die Firma wird im Februar 2016 aufgelöst, ohne etwas von ihren Plänen realisiert zu haben.

Ebenfalls von Interesse im Zusammenhang mit den Solarsatelliten, die ja sehr große Solarfelder benötigen, ist eine Meldung vom Dezember 2013, welche die Idee für ein entfaltbares Solarpaneel betrifft.

Die Idee entstand, als die Studentin Shannon Zirbel von der Brigham Young University (BYU) einen Sommer am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA verbrachte. Dort kam ihr von Larry Howell geleitetes Team mit dem Origami-Experten Robert Lang zusammen, zu dessen früheren Hightech-Origami-Arbeiten der Prototyp einer faltbaren Teleskoplinse gehört. Dank der kompakten Falttechnik lassen sich solche Konstruktionen problemlos ins All befördern.

Die faltbare Solaranlage des BYU-Teams ist so konzipiert, daß sie beim Start kompakt ist und sich nach Erreichen des Weltraums auf das 10-fache ihrer Größe ausdehnt. Genauer gesagt, lassen sich die 1 cm dicken Solarzellen auf einer dünnen, flexiblen Membran auf einen Durchmesser von 2,7 m zusammenfalten und auf einen Durchmesser von etwa 25 m entfalten. Während eine Anlage dieser Größe eine Leistung von 150 kW erbringen soll, streben die Forscher bereits eine Version an, die 250 kW für den Einsatz in Satelliten oder Raumstationen erzeugt.

Bislang existiert jedoch nur ein Prototyp im Maßstab 1:20, der aus einen Glasfaserverbundstoff namens Garolite besteht. Das Team glaubt, daß von Origami inspirierte Entwürfe auch für die Schaffung dehnbarer Netze verwendet werden könnten, die Asteroiden, Antennen und Sonnensegel auffangen können. Zudem wird an einem nachgiebigen Ausrichtungsmechanismus gearbeitet, mit dem sich Geräte wie Triebwerke und Antennen ohne Lager ausrichten lassen.

Weitere Details über die Origami-Arbeiten des JPL und anderer Akteure finden sich in der Jahresübersicht zur Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2014 (s.d.).

Eine weitere periphere Meldung vom Dezember 2013 befaßt sich mit einem neuen System, das erhebliche Mengen an Energie für mögliche zukünftige Mondmissionen liefern kann.

Hierbei stellen Forscher der Polytechnic University of Catalonia (UPC) um Ricard Gonzalez-Cinca gemeinsam mit einer Reihe internationaler Kooperationspartner konzentrierende Solarsysteme für Wärme und Strom vor, die Fahrzeuge und Besatzungsstationen auf dem Mond versorgen sollen. Dies würde den Transport schwerer Batterien von der Erde oder den Einsatz nuklearer Energiequellen überflüssig machen.

Das erste System besteht darin, Fragmente des Mond-Regoliths zu modifizieren und Elemente wie Aluminium einzubauen, so daß sie zu einer thermischen Masse werden. Wenn die Sonnenstrahlen auf die Oberfläche treffen, reflektiert ein System von Spiegeln das Licht, um die thermische Masse zu erwärmen, die später die Wärme während der Nacht an die Rover und andere Mondgeräte weitergeben kann.

Das zweite System enthält eine Reihe von Fresnel-Spiegelreflektoren, die die Sonnenstrahlen auf ein mit Flüssigkeit gefülltes Rohr konzentrieren. Die Wärme wandelt die Flüssigkeit in ein Gas um, das wiederum die thermische Masse aufheizt. Während der langen Mondnacht wird die Wärme dann an einen Stirling-Motor zur Stromerzeugung weitergeleitet. Die entsprechende Studie, mit dem Titel ,Heat storage and electricity generation in the Moon during the lunar night’, an der auch der ehemalige NASA-Administrator Michael D. Griffin beteiligt ist, wird im Januar 2014 veröffentlicht.

Wie im März 2014 bekannt wird, läuft auch bei der schon mehrfach erwähnten Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ein Programm, um Weltraummüll unschädlich zu machen. Nachdem der vielfach ausgezeichnete US-amerikanisch-britische Weltraum-Thriller Gravity mit Sandra Bullock in der Haupt- und George Clooney in der Nebenrolle im Vorjahr die Bedrohung von Astronauten durch Weltraummüll augenfällig thematisiert hat, gibt es auch wieder vermehrt öffentliches Interesse an an dieser Thematik.

Bei der Clean Space genannten Initiative, über die im Mai auf dem e.Deorbit-Symposium in den Niederlanden diskutiert wird, prüft die ESA die Entwicklung eines Satelliten, der Weltraummüll wie einen Fisch im Netz auffängt und dadurch unschädlich macht. Der e.DeOrbit-Satellit würde etwa 1.600 kg wiegen und an der Spitze einer Vega-Rakete der ESA in den Orbit fliegen, um ausgediente Satelliten, Oberstufen von Trägerraketen und andere Teile aus den polaren, erdnahen Umlaufbahnen in einer Höhe von 800 - 1.000 km entfernen.

Zu den Aktivitäten der ESA in Bezug auf Solarsatelliten kommen wir weiter unten noch ausführlich zu sprechen.

Interessant sind auch die im Jahr 2014 beginnenden Arbeiten am Naval Research Laboratory (NRL) der US-Navy unter der Leitung des Raumfahrtingenieurs und Glaser-Fans Paul I. Jaffe und Chris DePuma, bei denen es ebenfalls um Weltraum-Solarstrom geht. So wird im März gemeldet, daß das NRL-Team zur Umsetzung zwei ultraleichte Module entwickelt habe, die mit einem Solarpaneel und einem Mikrowellensender ausgestattet sind.

Bei dem einen handelt es sich um ein hocheffizientes Sandwich-Modul, das Sonnenenergie in eine Funkfrequenz umwandelt und das eine integrierte Antenne zur Energieübertragung besitzt, während das andere eine zum Patent angemeldete Stufen-Variante darstellt, die das Sandwich nach außen hin öffnet, so daß die Wärme effizienter abgestrahlt werden kann. Bei Tests in einer Vakuumkammer erweist sich das Stufenmodul gegenüber dem Sandwich-Modul als viermal effizienter.

Es dauert danach allerdings mehrere Jahre, bis es auch zu Tests im Weltraum kommt. Erst im Mai 2020 ist zu erfahren, daß das Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module (PRAM) genannte Modul nun erstmals an der unbemannten Drohne X-37B angebracht wurde, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Die bislang supergeheime X-37B (o. Orbital Test Vehicle, OTV) der US-Luftwaffe ist eine verkleinerte Version des Space Shuttle. Sie ist ca. 8,8 m lang, hat eine Flügelspannweite von etwa 4,6 m und umkreist die Erde alle 90 Minuten.

Das quadratische PRAM-Kachelmodul mit einer Kantenlänge von 30 cm testet die Fähigkeit, Strom von seinem Solarpaneel zu ernten und die etwa 10 W Energie in eine Hochfrequenz-Mikrowelle umzuwandeln und zu einer Basisstation auf der Erde zu senden. Die Platte hat eine zusätzliche Schicht, die mehr Licht im blauen Spektrum einfangen soll. Um zu beweisen, wie effizient das PRAM wäre, wenn es 36.000 km von der Erde entfernt kreisen würde, wird es mit Hilfe von Heizgeräten auf einer konstanten, warmen Temperatur gehalten, was auch funktioniert.

Dem Team zufolge hätte die Energie ebenso optisch per Laser übertragen werden können, doch der Nachteil ist, daß dabei viel Energie durch Wolken und die Atmosphäre verloren gehen kann. Die Umstellung auf eine optische Übertragung könnte allerdings für Mondanwendungen sinnvoll sein, da es dort keine Atmosphäre gibt.

Im Januar 2021 veröffentlichen Jaffe und sein Team, an dem auch Mitarbeiter der Sandia National Laboratories, des Air Force Research Laboratory, der Raytheon Technologies Corp. und der Kyoto University beteiligt sind, die Ergebnisse ihrer Experimente unter dem Titel ,Microwave and Millimeter Wave Power Beaming’. Der Bericht, der auch eine ausführliche und sehr empfehlenswerte Übersicht zur Entwicklung der drahtlosen Energieübertragung auf internationaler Ebene enthält, ist im Netz einsehbar.

Im Juni meldet die US-Navy, daß das System in der Umlaufbahn weiterhin gut funktioniert und in einigen Fällen sogar die Labortests vor dem Start übertroffen hat. Das Experiment läuft weiter und liefert eine Fülle wertvoller Flugdaten - bis die X-37B nach 908 Tagen im All wieder zur Erde zurückgekehrt.

Auf der Grundlage der Ergebnisse von PRAM wird der nächste Schritt darin bestehen, ein voll funktionsfähiges Prototypsystem zu bauen, das in einem maßgeschneiderten Raumfahrzeug installiert wird, um tatsächlich Energie zur Erde zurückzustrahlen. Der Start ist für 2023 geplant.

Im April 2022 wird berichtet, daß es den Forschern des NRL derweil gelungen sei, am Boden 1,6 kW Gleichstrom über eine Entfernung von einem Kilometer drahtlos mit 10 Ghz zu übertragen. Die Stromdichte habe dabei innerhalb internationaler Normen gelegen, eine Gefahr für Vögel, Tiere und Menschen gehe von der drahtlosen Übertragung nicht aus. Die Technik wird an zwei Standorten demonstriert, zum einen auf dem U.S. Army Research Field in Blossom Point in Maryland und zum anderen auf dem Haystack Ultrawideband Satellite Imaging Radar (HUSIR) Sender am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Das Projekt SCOPE-M (Safe and COntinuous Power bEaming - Microwave) wird von Christopher Rodenbeck geleitet, der den Machbarkeitsnachweis als bedeutendste Demonstration des Power-Beamings seit fast 50 Jahren bezeichnet. Das System ist auf der Empfängerseite aus Zehntausenden von X-Band-Antennen aufgebaut, die jeweils mit einer kleinen Gleichrichterdiode verbunden sind, welche die einfallende Mikrowellenleistung in elektrische Gleichspannung umwandelt.

 

 

Nach dieser umfassenden Betrachtung der photoelektrischen Nutzung kommen wir nun zur photothermischen Nutzung der Sonnenenergie.

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