Solarzellen für die Raumfahrt

_{Ich hab keinen Thread finden können der für Solarzellen taugt. Falls es doch einen gibt, könnt Ihr es ja verschieben} 

Forscher des California Institute of Technology (Caltech) haben flexible Solarzellen aus einer in transparentes Polymer eingebetteten Siliziumdraht-Matrix hergestellt. Sie benötigt nur 1/50 des teuren Siliziums normaler Solarzellen und zeichnet sich durch eine hohe Lichtabsorption sowie photoelektrische Effizienz aus. Weitere Infos bei computerbase.de

Hört sich interessant an. 

Gruß, Klaus

Das könnte in der Tat interessant sein. Hier die Originalpressemitteilung:
http://media.caltech.edu/press_releases/13325

Wenn ich das richtig sehe, hat die Solarzelle dann also mehr als 80% Wirkungsgrad? Das wäre ja ein großer Sprung nach vorne.

Wenn ich das richtig sehe, hat die Solarzelle dann also mehr als 80% Wirkungsgrad?

Jo, zwischen 76,5% und 85% (werden zwischen 90% und 100% von den durchschnittlich 85% des absorbierten Lichtes in elektrische Energie umgewandelt)

Gruß, Klaus

Ok jetzt habe ich gerade hier gelesen, dass es auch nur 15-20% Wirkungsgrad sind wie bei heutigen Zellen:
http://www.golem.de/1002/73125.html

Laut dem computerbase-Forum hat die Solarzelle einen Innenwiderstand wo die meiste Leistung verloren geht. Der Hauptvorteil scheint der geringe Siliziumanteil zu sein. Damit sind sie für die Raumfahrt aber ziemlich nutzlos, wenn der Wirkungsgrad nicht höher als bei heutigen Zellen ist.

So ganz rücken die mit der Sprache nicht raus. Da stehen zwei Aussagen, die man nicht so einfach kombinieren kann:

• 85% des Lichts aller Wellenlängen wird von der Fläche absorbiert.
• Die Silizium-Drähte wandeln 90-100% der von ihnen absorbierten Photonen in Elektronen um.

Wie kann man aus der ersten Zahl schließen wieviele Photonen und mit welchen Wellenlängen dann effektiv von den Drähten absorbiert werden? Das Ganze ist sehr unscharf formuliert.


Edit:
q.e.d.   

Naja, es ist vielleicht von Nutzen für die Raumfahrt, dass die Solarzelle flexibel und leichter ist.

Gruß, Klaus

...

• 85% des Lichts aller Wellenlängen wird von der Fläche absorbiert.
• Die Silizium-Drähte wandeln 90-100% der von ihnen absorbierten Photonen in Elektronen um.

Wie kann man aus der ersten Zahl schließen wieviele Photonen und mit welchen Wellenlängen dann effektiv von den Drähten absorbiert werden? Das Ganze ist sehr unscharf formuliert.....

Niemand, der nicht weiß, welchen Anteil die Siliziumdrähte an der Fläche haben, ob und wie die Siliziumdrähte anders absorbieren als "die Fläche", ob die Fläche Photonen Richtung Drähte lenken kann usw.. Die zwei Angaben riechen einfach nicht aus, das zu beurteilen.

Gruß   Thomas

Niemand, der nicht weiß, welchen Anteil die Siliziumdrähte an der Fläche haben, ob und wie die Siliziumdrähte anders absorbieren als "die Fläche", ob die Fläche Photonen Richtung Drähte lenken kann usw.. Die zwei Angaben riechen einfach nicht aus, das zu beurteilen.

Steht im Originalartikel:

Each wire measures between 30 and 100 microns in length and only 1 micron in diameter. “The entire thickness of the array is the length of the wire,” notes Atwater. “But in terms of area or volume, just 2 percent of it is silicon, and 98 percent is polymer.”

Aber wie Klaus schon sagt, selbst wenn der Wirkungsgrad unter dem von herkoemlichen Solarzellen liegt kann man das bei dem geringen Gewicht mit einer groesseren Flaeche ausgleichen. Nur ein Zehntel Millimeter dick, das wiegt ja dann fast nichts. 

Ein Blick in den Orginalartikel zeigt mir, dass in der Tat viel getan wurde, um Photonen auf die quasi vertikal in der Schicht stehenden Siliziumdrähte zu lenken. Hinter der Schicht ist ein Reflektor, in der Schicht Partikel, die Licht ablenken sollen, und wenn ich die Grafik richtig interprtieren, sind die Drähte reflexionshemmend beschichtet.

Gruß   Thomas

Aber wie Klaus schon sagt, selbst wenn der Wirkungsgrad unter dem von herkoemlichen Solarzellen liegt kann man das bei dem geringen Gewicht mit einer groesseren Flaeche ausgleichen. Nur ein Zehntel Millimeter dick, das wiegt ja dann fast nichts. 

Aber die Fläche muss man entfalten, dass ist ab einer bestimmten Größe auch ein Problem. Was ist eigentlich die größte Fläche an Solarzellen an einem unbemannten Satelliten?

Imho ist die sicher an einem der ganz großen Kommunikationssatelliten zu finden, oder an einer Sonde, die viel Strom braucht, weil sie mit Ionenantrieb unterwegs ist.

Weiß jemand, was aus dem IRIS Experiment zum Ausrollen einer großen Fläche Folie geworden ist, das an der Fregat-Oberstufe beim Start von Meteor M1 mitgeflogen ist?

Gruß   Thomas

Aber die Fläche muss man entfalten, dass ist ab einer bestimmten Größe auch ein Problem.

Eigentlich nicht. Mit Entfaltungen großer Strukturen hat man in der Raumfahrt ganz gute Erfahrungen. Siehe Ku-Band Antennen von diversen Kommunikationssatelliten, oder das Segel von Cosmos-1. Wenn man den Gerüchten glauben soll haben die Antennen der Magnum-Orion Satelliten einen Durchmesser von fast 80 Metern.

Forscher aus Japan und Österreich haben neue hochdünne und superleichte Solarzellen hergestellt:
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n4/full/ncomms1772.html

Obs da Potential für den Weltraumeinsatz gibt?

Das dürfte davon abhängen, wie gut solche Leichtbausolarzellen die Bedingungen des Weltraums und der Weltraumfahrt aushalten, nicht wahr?

Nein, wohl leider nicht. Das Stichwort ist "organisch". Organische Zellen haben schon auf der Erde eine _sehr_ begrenzte Lebensdauer. Unter Weltraumbedingungen dürfte die wohl gegen Null gehen, mit der dort herrschenden UV-Strahlung.

Gruß

Da es sich um "organisch" Solarzellen handelt dürfte hier die Strahlung einen Einsatz im All verbieten, da zu hohe Degradation. Leider!

Könnte aber für Kurzzeitmissionen interessant werden. Wenn der Satellit für seine Mission nur ein halbes Jahr im All zu überleben hat könnte das die Gesamtkosten solcher Missionen stark beeinflussen...

Es gibt jetzt Solarzellen mit 44% Wirkungsgrad, allerdings nur, wenn eine Leistung von 949 Sonnen, also 13MW/m^2 auf die Solarzelle einstrahlt. Um diese zu erreichen, muss ein Parabolspiegel oder Linsen benutzt werden um das Licht zu bündeln:
http://www.greenerideal.com/alternative-energy/1015-44-percent-solar-cell-efficiency-achieved/

Hier gibts Hintergrundinformationen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_photovoltaics

Tja ist das für die Raumfahrt interessant?

44% ist sicher mehr aber dafür braucht man Spiegel um auf 13MW/m^2 zu kommen sind Spiegel leichter als Solarzellen ? wenn mann Spiegel nimmt die schwerer sind lohnen sich eher größere Solarzellen.

Aber um das genau zusagen müste man wissen was die Spiegel wiegen (im Verhältnis zu Solarzellen)

13MW/m^2

Bei 13 MW/m² dürfte die Lebensdauer im Mikrosekundenbereich liegen.

Zitat von: tobi am 04. Januar 2013, 22:20:34

13MW/m^2

Bei 13 MW/m² dürfte die Lebensdauer im Mikrosekundenbereich liegen.

 

Es sollte sicher 1,3MW/m² heißen. 1000x 1,3kW. Aber auch da will viel Verlustleistung abgeführt werden.

Ja, 1,3MW/m² wäre wohl der richtige Wert. Das mag bei einigen wenige cm² auch funktionieren (hallo, das sind 130 Watt pro cm²), aber das auf Dutzende oder mehr Quadratmeter hochzurechnen ist Unfug!

Zum Vergleich: Ein High-End-CPU liegt mit ihrer Leistungsaufnahme maximal bei etwa 130 Watt, der Chip ist drei bis vier cm² groß (ohne Gehäuse). Die dafür nötige Kühlung benötigt eine wesentlich größere Fläche und hat ordentlich Masse.

Ich sehe nicht, dass diese Solarzellen-Technik Vorteile für die Raumfahrt bietet, zumindest nicht in einer Ausführung "949 Sonnen".