Solarstrom aus dem Orbit: Neuartige Empfangsantennen auf der Erde sollen Energie fast verlustfrei einsammeln

  • quelle: wissenschaft-aktuell.de


    Besonderes Metamaterial könnte den Wirkungsgrad der Energieübertragung mit Mikrowellen deutlich erhöhen


    Noch ist es ein visionärer Traum: Riesige Solarsegel im Erdorbit sollen Sonnenlicht sehr effizient in Strom umwandeln, der danach mit Mikrowellen zur Erde geschickt wird. Vor allem in Japan wird an dieser Technologie gearbeitet. So übertrugen Forscher der japanischen Raumfahrtagentur Jaxa kürzlich 1,8 Kilowatt Strom via Mikrowellen 60 Meter durch die Luft. Das Unternehmen Mitsubishi soll mit einer ähnlichen Technik zuvor sogar zehn Kilowatt fast 500 Meter weit transferiert haben. Mit diesen Versuchen werden die Grundlagen geschaffen, um die Idee in wenigen Jahrzehnten in die Praxis umsetzen zu können.


    Aktuell sind vor allem die Übertragungsverluste noch zu groß, als dass sich Solarkraftwerke im All rechnen könnten. Doch eine Entwicklung kanadischer Wissenschaftler lässt aufhorchen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ berichten, konnten Empfänger aus einem sogenannten Metamaterial nahezu die komplette Energie von elektromagnetischen Wellen einsammeln. Metamaterialien sind künstliche Strukturen mit besonderen Absorptionseigenschaften. Der Empfänger der Forscher bestand konkret aus einem Areal mit 169 kleinen Kupferschleifen, die auf einem isolierenden Substrat symmetrisch angeordnet waren.


    „Diese Flächen aus Metamaterial sind viel bessere Energie-Kollektoren als klassische Antennen“, sagt Omar M. Ramahi von der kanadischen University of Waterloo. Damit betont er den wesentlichen Vorteil gegenüber den Empfängern, mit denen bisher Energie aus Mikrowellen aufgefangen wurde. Zusammen mit seinem Kollegen Thamer S. Almoneef baute Ramahi einen Prototyp, der für Mikrowellen mit einer Frequenz von drei Gigahertz optimiert wurde. Dieser Frequenzbereich wird sonst zum drahtlosen Transport digitaler Daten etwa mit WLAN-Routern genutzt.


    In ihrem Labor überprüften die beiden Wissenschaftler, wie effizient ihr Empfänger aus Metamaterial tatsächlich Mikrowellen auffangen konnte. Über kurze Distanzen schickten sie Mikrowellen auf ihre Metamaterial-Antennen. Parallel durchgeführte Computersimulationen sagten eine Absorption von 97 Prozent voraus. In der Praxis erreichten die Forscher immerhin eine Absorptionsrate von sehr guten 93 Prozent. Die Energie der elektromagnetischen Strahlung wurde dabei testweise auf einen Schaltkreis mit elektrischem Widerstand übertragen. Dieser sollte das Verhalten eines sogenannten Gleichrichters simulieren, über den elektrischer Strom beispielsweise in Akkus gespeichert werden könnte.


    Diese Versuche zeigen, dass Empfänger aus Metamaterial sehr viel effizienter Mikrowellen absorbieren können als klassische Antennen. In weiteren Versuchen könnten die Forscher nun demonstrieren, dass via Mikrowellen transportierte Energie tatsächlich zu nutzbarem Strom umgewandelt werden kann. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass nun andere Arbeitsgruppen, die an dieser Art der drahtlosen Stromübertragung arbeiten, ähnliche Empfänger aus Metamaterial entwickeln werden. Sollten diese Versuche ebenfalls erfolgreich und mit hoher Effizienz verlaufen, wären die Forscher der Vision vom Weltraumstrom einen wichtigen Schritt näher gekommen. deres Metamaterial könnte den Wirkungsgrad der Energieübertragung mit Mikrowellen deutlich erhöhen

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