Während der diesjährigen “Klimapionier”-Veranstaltung präsentierten 1'600 Jugendliche Projekte, die sie für einen umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Planeten entwickelt haben. Die Veranstaltung fand in der neuen Zürcher Umwelt Arena, ein Ausstellungsraum für Themen rund um Nachhaltigkeit, erneuerbare Energien, Mobilität, Natur und Leben, statt. André und Bertrand sind beide Paten der Klimapionier Initiative, mit Solar Impulse als Inspiration.

Gestartet im Jahr 2010 von der Swisscom in Partnerschaft mit Solar Impulse und myclimate, gerufene Initiative Klimapioniere bietet Schülern vom Kindergarten bis in die Oberstufe die Möglichkeit, sich mit dem Klimaschutz zu beschäftigen und so das Bewusstsein über mögliche Risiken von Klimawandel zu stärken. Derzeit gibt es 6'330 junge Klimapioniere in der Schweiz, die bereits 276 Projekte initiiert haben.

Dieses Jahr war es Bertrand, der sich mit den jungen Pionieren im Alter zwischen 7-16 Jahren traf und sie ermutigte, das Unmögliche zu erreichen zu versuchen – ein Ziel, das er sich im zarten Alter von 11 Jahren setzte. Es war eine bewegende und ermutigende Erfahrung, die heutige Jugend über unsere Zukunft besorgt zu sehen. Die Aufregung war groß und nach einem inspirierenden Vortrag, erhoben sich hunderte neugierige kleine Hände, die begierig darauf warteten, dass ihre Fragen beantwortet wurden. 

"Ich habe mich immer gefragt, wie es sich wohl anfühlt ein Rockstar zu sein. Jetzt weiß ich es! Swisscom versammelte 1'600 Schüler, um Diskussionen über die Umwelt während der Klimapionier-Veranstaltung zu verfolgen. Sie hörten der Botschaft von Solar Impulse mit der gleichen Leidenschaft zu, wie wenn es ein Rock-Konzert wäre! Die Art und Weise, wie sie mich auf der Bühne begrüßten, liess mir ein Schauer der Freude über den Rücken laufen und gab mir vor allem Hoffnung für die Zukunft ... " Bertrand liess es sich nicht entgehen, seine Begeisterung zu teilen: als die ersten rhythmischen Beats in der Halle ertönten setzte der Visionär und Gründer von Solar Impulse zu ein paar unbeschwerten Tanzbewegungen an, umgeben von einem Schwarm kleiner Pioniere.

Als ich vor zwei Monaten begonnen habe, bei Solar Impulse zu arbeiten, haben mich viele Menschen gefragt: „Wie kann das Flugzeug nachts fliegen?“ Es erscheint wie ein Wunder, ist aber tatsächlich nur ein einfaches Zusammenspiel von Physik und Energiemaximierung.

Wenn die HB-SIA auf der Startbahn bereit für den Abflug ist, sind die Batterien zur Sicherheit des Piloten typischerweise zu mindestens 50% mit Solarenergie geladen. Das Solarflugzeug fliegt für einen minimalen Energieverbrauch immer mit 25 Knoten (etwa 45km/h), außer beim Start und bei der Landung, wenn die Fluggeschwindigkeit zur besseren Manövrierbarkeit auf 30 Knoten (etwa 55km/h) erhöht wird. Der gesamte Flugzyklus dreht sich um Energiesparen und Energieoptimierung. Das Flugzeug verwendet im Prinzip elektrische und potentielle Energie. Elektrische Energie oder, um physikalisch korrekt zu sein, chemische Energie wird in den Batterien gesammelt. Potentielle Energie wird durch die Flughöhe des Flugzeuges gespeichert. Ein Fußball auf einem Hügel besitzt beispielsweise latente potentielle Energie. Sobald er einen kleinen Stoß erhält, rollt er hinunter und verwandelt die potentielle in kinetische Energie (Geschwindigkeit) und bleibt schließlich liegen, weil jede Bewegung in der Realität mit Verlusten verbunden ist. 

Damit das Solar Impulse Flugzeug mit der größtmöglichen Effizienz fliegen kann, muss es für ein optimales Gleichgewicht ständig mit der Energiespeicherung in der Höhe und in den Batterien spielen.

Aber was passiert nun wirklich während des Fluges? Sie konnten bereits die Funktionsweise des Energieproduktionszyklus in einem vorigen Artikel (Mit Sonnenlicht fliegen) nachlesen. Ich werde Ihnen nun auch anhand der Abbildung zeigen, was mit der HB-SIA tagsüber und nachts passiert

Tagsüber beginnt der Pilot langsam seinen Steigflug in höhere Flughöhen, wo die Atmosphäre dünner wird, um Turbulenzen und Wolkenbildung zu vermeiden. Es ist interessant, dass die Solargeneratoren in der Höhe mehr Energie umwandeln. Die Sonneneinstrahlung wird teilweise von der Erdatmosphäre absorbiert, bevor sie den Boden erreicht. Je höher die Solar Impulse steigt, desto mehr Sonnenenergie ist verfügbar und kann in den Batterien gespeichert werden. Die HB-SIA sollte  für eine größtmögliche Erzeugung von Solarenergie eigentlich im Weltall fliegen, aber das ist für heutige Verhältnisse noch ein wenig zu weit.

Wenn die Sonne langsam am Horizont verschwindet, sinkt natürlich die Kraft der Sonne. Sobald die Sonnenenergie nicht mehr ausreicht, um einen Horizontalflug sicherzustellen, reduziert der Pilot die Drehzahl und beginnt einen leichten Sinkflug (etwa 0,4m/s) auf eine geringere Nachtflughöhe von etwa 1.000 – 1.500 Meter. Auf seiner maximalen Flughöhe von 28.000ft (8.000m) kann der Prototyp etwa 4 – 5 Stunden gleiten, fast ohne elektrische Energie zu verbrauchen. Sobald lange nach Sonnenuntergang die geringste Flughöhe erreicht ist, kommen die von den Batterien angetriebenen Motoren zum Einsatz, die einen Horizontalflug bei einer Geschwindigkeit von 25 Knoten bis in den Morgen gewährleisten. Wenn die atemberaubenden Farben der Sonne am Horizont den Himmel erwärmen, kann das Flugzeug wieder seinen Steigflug beginnen und der Zyklus beginnt von Neuem.

Das Unglaublichste an diesem revolutionären Flugzeug ist, dass es ewig in die Unendlichkeit fliegen könnte, wenn es den menschlichen Aspekt der Piloten nicht gäbe. Wie wird also die Menschheit ewig? Nun, das ist eine andere Geschichte.

Vielleicht fragen sich manche von Ihnen, wie die HB-SIA ausschließlich mithilfe von Sonnenenergie tatsächlich fliegen kann. Nun, heute ist Ihr Glückstag, denn ich werde Ihnen eine kleine Erklärung liefern, wie das Sonnenlicht in Energie umgewandelt wird, damit dieses einzigartige Flugzeug durch die Lüfte gleiten kann.

Solarpanels bedecken die Oberseite der Flügel des Solarflugzeuges. Diese Solargeneratoren wandeln Sonnenstrahlen direkt in Strom um. Alle Panels zusammen bestehen aus insgesamt 12.000 Solarzellen, die ihrerseits in Reihen von jeweils 300 Zellen, den sogenannten Strings,  zusammengefasst werden. An den Enden jedes Strings befinden sich wie bei einer Batterie ein positiver (+) und ein negativer (-) Pol. Jeder String hat einen sogenannten Maximum Power Point Tracker (MPPT), der für die Entnahme der maximal möglichen Leistung der Panels unabhängig von der jeweiligen Sonnenintensität verantwortlich ist.

Die Energie wird dann entweder in den Batterien gespeichert (insgesamt 4) oder direkt in mechanische Energie umgewandelt, die dafür sorgt, dass sich die Propeller drehen. Die HB-SIA verfügt über 4 Motoren.

Fragen Sie sich, wie die Energie geleitet wird? Nun, wenn die Motoren stillstehen, wird die entstandene Energie direkt in den Batterien gespeichert. Wenn das Flugzeug fliegt, wird zum Betreiben der Motoren Sonnenlicht verwendet. Wird mehr Energie erzeugt, als das Flugzeug zum Fliegen benötigt, wird der Überschuss in die Batterien geleitet. Das Battery Management System (BMS) kontrolliert diesen Prozess automatisch und reduziert den Zufluss an elektrischem Strom je nach Ladestatus der Batterie. Das BMS überwacht während des Fluges auch die Batterietemperatur, um sicherzustellen, dass diese weder zu sehr abkühlt (geringere Produktivität) noch überhitzt (mögliche Gefahrenquelle).

Einfach ausgedrückt besteht der gesamte Prozess aus einer Reihe von Umwandlungen. Die Zellen wandeln das Sonnenlicht in Strom um. Dieser Strom wird in den MPPT geleitet, um die maximale Leistung zu erhalten. Der Strom kann entweder in den Batterien gespeichert oder zu den Motoren geleitet werden. Die Motoren nehmen den Strom und wandeln ihn in mechanische Leistung um, um die Propeller anzutreiben und das Flugzeug fliegen zu lassen. Während des Fluges entscheidet der Pilot in Abhängigkeit der Fluggeschwindigkeit und dem Erreichen der gewünschten Flughöhe wie viel Energie er benötigt. Abhängig von der Tageszeit wird folgende Energie verwendet:

• Ausschließlich direkte Sonnenenergie (am Tag)
• Teils Sonnenenergie, teils gespeicherte Energie aus den Batterien (Morgens/Abends)
• Ausschließlich Energie aus den Batterien (Nachts)

Das Unglaubliche an diesen Prozess ist, dass die HB-SIA während des Fluges direktes Sonnenlicht gleichzeitig für den Antrieb der Motoren und für das Laden der Batterien verwenden kann! Es ist, als ob Sie morgens das Haus mit einem halbleeren Benzintank verlassen und abends mit einem vollen Tank nach Hause kommen! Wäre das nicht fantastisch? Wer weiß, vielleicht wird es eines Tages Wirklichkeit …

Ich habe einige von ihnen und ihre Lehrkräfte kennengelernt, und ihr Enthusiasmus war echt und durch und durch ansteckend. Besonders bereichernd habe ich dabei den Austausch mit einem englischen Lehrer namens Kevin Jarvis gefunden, der mir erzählte, dass auf dem Dach seines Schulhauses Solarzellen installiert worden seien und er aus diesem Grund mit seinen Schülern viel über diese neue Technologie gesprochen habe. Der Besuch bei Solar Impulse war denn bei den jungen Leuten auch ein voller Erfolg.

Ich habe mich auch gefreut, von den unterschiedlichen Lehrern zu hören, dass sich ihre Schüler über die heutigen Umweltfragen grosse Sorgen machen würden. Ich konnte dies im grossen Interesse an den Vorbereitungsarbeiten im Vorfeld ihres Besuchs bestätigt finden - zu diesem Zwecke hatten die Schüler die von Solar Impulse zur Verfügung gestellten Unterlagen verwendet.

Bertrand Piccard erinnerte die Schüler daran, dass die Zukunft ihnen gehöre. "Ihr müsst lernen, kritisch zu hinterfragen: Befreit Euch von Vorurteilen und vermeintlichen Sicherheiten und werdet Euch bewusst, dass Ihr die Zukunft mitgestalten könnt."

André Borschberg, seinerseits, führte aus, dass das Ziel von Solar Impulse darin liege, Botschafter für eine Reduktion des Energieverbrauchs zu sein und neue Technologien zu fördern. Er erinnerte daran, dass die von Solar Impulse entwickelten Innovationen durch Projekt-Partnerschaften entstünden und dem Wohle aller Menschen dienen sollten. Als Beispiel erwähnte er die von Bayer und Solvay entwickelten Batterien, die man eines Tages vielleicht in Autos finden könne.

Am Abend durften André Borschberg und Bertrand Piccard den prestigeträchtigen Harvard Leadership Price Award aus den Händen von Benjamin Van Oudenhove entgegennehmen, dem Präsidenten des Harvard Club Belgien. Für André handelt es sich dabei um eine kollektive Anerkennung des gesamten Teams, welches sehr hart am Entstehen des ersten Flugzeugs gearbeitet hat und nun die zweite Phase in Angriff nimmt mit dem Bau des zweiten Flugzeugs, welches dann die Weltumrundung machen soll.

Bertrand richtet sein Augenmerk auch auf die Zukunft und versteht alle Auszeichnungen und Preise als Ermunterung an das gesamte Team und einen Vertrauensbeweis in den Erfolg des Projekts.