Solarluftfahrt

Die Solar Impulse ist nicht das erste von Menschen erdachte Solarflugzeug, aber es ist sicher das ehrgeizigste. Denn keinem der bemannten Vorgängermodelle ist es bisher gelungen, einen Nachtflug zu absolvieren.

 

Mit einfachen Modellen nahm die Solarluftfahrt in den Siebzigerjahren ihren Anfang, als die ersten erschwinglichen Solarzellen auf dem Markt erhältlich waren. Die ersten bemannten Flüge erfolgten erst im Jahr 1980.

GESCHICHTE DER SOLARLUFTFAHRT

In den Vereinigten Staaten entwickelte das Team von Paul MacCready die Gossamer Penguin, die zur Solar Challenger führte. Mit diesem Fluggerät, das eine Spitzenleistung von 2.5 kW aufwies, gelang es, im Jahr 1981 den Ärmelkanal zu überqueren und über einige Stunden Distanzen von mehreren hundert Kilometern zurückzulegen. Zur gleichen Zeit führte in Europa Günter Rochelt seine ersten Flüge mit der Solair 1 durch. Diese war mit 2500 photovoltaischen Zellen ausgerüstet, die eine Spitzenleistung von 2.2 kW erzeugten.

1990 überquerte der Amerikaner Eric Raymond mit der Sunseeker die Vereinigten Staaten in 21 Etappen und 121 Flugstunden, verteilt über einen Zeitraum von etwa zwei Monaten. Die längste Etappendistanz betrug 400 km. Die Sunseeker war ein Motor-Solar-Segelflugzeug mit einer Gleitzahl von 30 bei einem Leergewicht von 89 kg. Sie war mit Solarzellen aus amorphem Silizium ausgestattet.

Mitte der Neunzigerjahre wurden mehrere Flugzeuge gebaut, um am "Berblinger"-Wettbewerb teilzunehmen. Das Ziel bestand darin, aus eigener Kraft mit Hilfe der in Batterien gespeicherten Energie auf 450 Meter Höhe aufzusteigen und dann bei einer Sonneneinstrahlung von mindestens 500 W/m2 einen allein durch Solarenergie angetriebenen Horizontalflug durchzuführen. 500 W/m2 entsprechen ungefähr der Hälfte der Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit über dem Äquator.

Der Preis wurde im Jahr 1996 vom Team des Professors Voit-Nitschmann von der Universität Stuttgart mit Icare 2 gewonnen (25 Meter Spannweite, Solarzellenoberfläche von 26 m2).

Obwohl nur für unbemannte Flüge konzipiert, muss hier auch die HELIOS erwähnt werden, die durch die amerikanische Gesellschaft Aerovironment im Auftrag der NASA entwickelt wurde. Dieses ferngesteuerte Flugzeug mit einer Spannweite von über 70 Metern hat 2001 einen Höhenrekord von fast 30'000 Metern aufgestellt. Es wurde zwei Jahre später während eines Fluges über dem pazifischen Ozean, wahrscheinlich aufgrund von Turbulenzen, zerstört.

2005 gelang es Alan Cocconi, dem Gründer der AC Propulsion, einen 48-stündigen Non-Stop-Flug durchzuführen. Dies mit einem vollständig solarbetriebenen, unbemannten Flugzeug bzw. einer Drohne mit einer Spannweite von fünf Metern. Es war das erste Mal, dass ein solches Fluggerät eine ganze Nacht durchfliegen konnte, angetrieben von der in den Solarzellen auf der Flugzeugoberfläche eingefangenen und in Batterien gespeicherten Energie.

Vom 9. bis 23. Juli 2010 realisierte die englisch-amerikanische Gesellschaft QuinetiQ mit ihrer Drohne Zephyr (27 kg bei einer Spannweite von 12 m) in einer Höhe von 21‘562 m einen Non-stop-Flug von 336 Stunden und 22 Minuten (14 Tage) Dauer.

Timeline

CONSTRUCTION HB-SIB

SunPower Corp.

Ich habe bereits darüber geschrieben, wie die HB-SIA Energie aus der Sonne sammelt und verarbeitet und ich habe ebenfalls den Zusammenhang mit dem Flugzyklus erläutert, im Rahmen dessen Solarzellen für das Funktionieren des Flugzeuges ...

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Ich habe bereits darüber geschrieben, wie die HB-SIA Energie aus der Sonne sammelt und verarbeitet und ich habe ebenfalls den Zusammenhang mit dem Flugzyklus erläutert, im Rahmen dessen Solarzellen für das Funktionieren des Flugzeuges absolut lebensnotwendig sind.

Die HB-SIA verfügt derzeit über 12.000 Solarzellen, die auf den Flügeln und dem Höhenruder installiert sind. Das Flugzeug der nächsten Generation, die HB-SIB, wird über 15.000 Zellen verfügen. Das allein erscheint vielleicht nicht allzu beeindruckend, bis man erfährt, dass die Panelproduktion reine Handarbeit ist. Ja, Sie haben ganz richtig gelesen. SunPower Corp. (NASDAQ: SPWR) stellt die Solarzellen zur Verfügung, die anschließend von unseren Dübendorfer Jungs mit großer Sorgfalt einzeln zusammengesetzt werden.

Ich hatte die Gelegenheit, während einem meiner Besuche diesen Prozess mit eigenen Augen in voller Länge zu sehen. Die Geduld und Beharrlichkeit der Ingenieure haben mich sehr beeindruckt. Wenn beispielsweise eine neue Lieferung Solarzellen eintrifft, muss jede für sich einem letzten Check unterzogen werden, bevor sie einzeln drei Mal auf Ihre Spannung getestet wird. Können Sie sich vorstellen, 15.000 Solarzellen drei Mal zu testen oder auch denselben Job  45.000 Mal auszuführen?

Wenn ich Sie rasch durch diesen Prozess führe, dann beginnt dieser damit, dass die gesunden Zellen zunächst zu „Flügelzellen“ befördert werden. Dann werden sie zu den sogenannten Strings von jeweils 300 Zellen zusammengefasst, an deren Enden sich ein positiver (+) und ein negativer (-) Pol befinden. Danach erfolgt ein Schichtprozess, bei dem Kunstharz solange unter eine Glasfolie gegeben wird, bis die Strings beschichtet sind. Dieses „Sandwich“ wird dann für 7 Stunden bei 95° gekocht, bevor es in eine Form gegeben wird, die den Zellen ihre gewünschte, für die Flügel leicht abgerundete Form gibt. Das Wichtigste an diesem langwierigen und mühsamen Verfahren ist, dass vor dem Aushärtungsverfahren nichts auf das Panel fallen darf. Jedes mikroskopisch noch so kleine Härchen, Staubkorn oder Insekt kann zu einem Kurzschluss führen, der das Panel unbrauchbar macht und der Prozess mit einem neuen Satz Zellen neu gestartet werden muss. Es dauert 10-15 Stunden, um ein Panel herzustellen und die HB-SIB benötigt 48; und das ist nur die Arbeit rund um die Solarpanels …

Die enorme Herausforderung, ein Flugzeug herzustellen, das rund um die Uhr autonom starten und fliegen kann und allein durch Solarenergie angetrieben wird, verlangt beste und zuverlässigste Technologien. Die Entscheidung fiel aufgrund ihrer branchenführenden Effizienz und der entsprechenden Stärke der Solarzellen auf die SunPower’s Maxeon™ Solarzell-Technologie. Jede Zelle hat im Durchschnitt eine Stärke von lediglich 135 Mikron, die für das Leistungsgewichtverhältnis des Flugzeugs entscheidend ist, und arbeitet mit einem Effizienzgrad von etwa 22,7%. 

SunPower teilt mit Solar Impulse Werte, die das Unternehmen seit seiner Gründung vor 27 Jahren erhalten: Pioniergeist, Innovation, menschliche Dimension, Umweltbewusstsein, kurzum eine gemeinsame Vision, wie Solarenergie dazu beitragen kann, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren und die Art und Weise der weltweiten Energieversorgung zu verändern. Aber ein Schritt nach dem anderen. Was wir erreicht haben, ist bereits eine Innovation an sich.

ERSTE BILDER DES ERSTEN INTERNATIONALEN FLUGS
FAI WORLD RECORD

Nachtflug gewinnt 3 Weltrekorde

Für die Gründer und das Ingenieurteam von Solar Impulse war der Abschluss des von vielen als unmöglich eingeschätzten Unterfangens nicht nur eine immense Leistung, sondern auch der lebende Beweis für alle Kritiker des Projektes, dass die HB-SIA tatsächlich allein mithilfe der Sonnenenergie fliegen kann, und das ...

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Für die Gründer und das Ingenieurteam von Solar Impulse war der Abschluss des von vielen als unmöglich eingeschätzten Unterfangens nicht nur eine immense Leistung, sondern auch der lebende Beweis für alle Kritiker des Projektes, dass die HB-SIA tatsächlich allein mithilfe der Sonnenenergie fliegen kann, und das 26 Stunden lang!

Mit André am Steuer glitt die HB-SIA durch die Luft. Von weitem wirkte sie wie ein großer Vogel,  der sich mit einer entwaffnenden Nonchalance vorwärts bewegt, aber die Realität sah ein wenig anders aus. Im Cockpit war sich André sehr wohl der körperlichen Belastung bewusst, 24 Stunden wach zu bleiben. Ausserdem kam hinzu, dass neben der Herausforderung, dieses Ultraleichtflugzeug durch die alpinen Winde zu lenken, Andrés Wasservorräte in der Höhe eingefroren waren. Die Anspannung beim Ground Team war deutlich zu spüren, da sie mit dem Schlimmsten rechneten: dem Abbruch des weltweit ersten solargetriebenen Nachtflugs. Aber zu ihrer Erleichterung landete André 26 Stunden und 10 Minuten später in Payerne und sah noch so munter aus, wie es eben möglich war. Bis auf die Ringe unter seinen Augen war er in besserer Verfassung als das restliche Team!

Dieser historische Moment des 8. Juli 2010 führte nicht zu einem oder zwei, sondern zu drei Weltrekorden für die HB-SIA und ihren Piloten! Dem Flugzeug-Prototypen wurden Weltrekorde (in der Kategorie „Solarflugzeuge“) für „Höhengewinn“ (8.744m), „Flugdauer“ (26h 10min 19sek) und „Absolute Flughöhe“ (9.235m) verliehen.

Herzlichen Glückwunsch an die HB-SIA, André Borschberg und das gesamte Solar Impulse Team für diese wunderbare Leistung!

VON DER SONNE WACHGEKüSST

Heute wurde die HB-SIA von der Sonne wachgeküsst.

Als ich während meines zweiten Testflugs des Tages die Solarzellen der HB-SIA einschaltete, produzierte das Flugzeug nicht ...

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Als ich während meines zweiten Testflugs des Tages die Solarzellen der HB-SIA einschaltete, produzierte das Flugzeug nicht einfach Strom. Es war zudem in der Lage, bei laufenden Motoren die Batterien zu laden. Genau in diesem Moment, in dem die Solar Impulse mehr elektrische Energie produzierte als sie gleichzeitig konsumierte, rückte die Erfüllung eines Traums in greifbare Nähe: Ein bemanntes Flugzeug nur mit der Kraft der Sonne Tag und Nacht fliegen zu lassen.Das war für mich wie eine erste Begegnung mit der Sonne. Nachdem ich in der Luft das Solarpanel eingeschaltet hatte, konnte ich beobachten, wie die Energiereserven zunahmen, obwohl die Motoren kontinuierlich Strom konsumierten. Etwas Vergleichbares habe ich in 40 Jahren als Pilot noch nie erlebt.Ich danke allen, die in den vergangenen sieben Jahren dazu beigetragen haben, unsere Idee in die Tat umzusetzen. Endlich können wir sagen: Wir fliegen mit Sonnenkraft.Dieser Dank geht natürlich auch an unsere Fans und die stolzen Besitzer" einer unserer 12 000 Solarzellen, die an unserem Supporters Programm teilnehmen. Ihr habt mir mich heute im wahrsten Sinne des Wortes elektrifiziert.


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