Drohnen fliegen pausenlos mit Solarenergie: Extrem dünne Zellen fallen praktisch nicht ins Gewicht

Drohnen, Flugzeuge, Autos, tragbare Elektronik und andere Stromverbraucher können künftig von Solarzellen mit Energie versorgt werden, die kaum etwas wiegt. Forscher der Johannes Kepler Universität Linz haben auf der Basis von Perowskit, das ist ein poröses synthetisches Material, dessen Struktur der von natürlichen Perowskit-Materialien ähnelt, Zellen entwickelt, die weniger als 2,5 Mikrometer dick, also 20 Mal dünner als ein menschliches Haar sind. Sie sind flexibel und haben einen Wirkungsgrad von 20,1 Prozent. Die Leistungsdichte liegt bei 44 Watt pro Gramm.

Geeignet auch fürs Internet der Dinge

„Ultradünne und leichte Solarzellen haben nicht nur das enorme Potenzial, die Energiegewinnung in der Luft- und Raumfahrt zu revolutionieren, sondern auch eine Vielzahl von Anwendungen, wie tragbare Elektronik und das Internet der Dinge können von dieser neuen Technologie profitieren“, so Christoph Putz vom Institut für Experimentalphysik.

24 Zellen für einen Quadcopter

Um die Leistungsfähigkeit ihrer neuen Technologie zu demonstrieren, rüsteten die Forscher eine handtellergroße kommerzielle Quadcopter-Drohne mit den ultraleichten Solarzellen aus. 24 dieser Zellen wurden nahtlos in den Rahmen der Drohne integriert. Sie machen gerade einmal ein Vierhundertstel des Gesamtgewichts der Drohne aus. Damit ist sie in der Lage, am Tag ohne Pause zu fliegen. Das Laden der Bordbatterie am Boden entfällt.

Landepausen stören den Betrieb

Drohnen, die heute genutzt werden, müssen bereits nach weit weniger als einer Stunde in den „Heimathafen“ zurückkehren, um ihre Batterien aufladen zulassen. Das ist ein Problem vor allem bei Suchaktionen nach Umwelt- und anderen Katastrophen, bei denen es darauf ankommt, ein großes Gebiet abzusuchen, um beispielsweise Verletzte zu finden. Die Ladestopps erweisen sich dabei als hinderlich.

Heutige Lösungen haben große Nachteile

Egal ob auf der Erde oder im Weltraum: Energieautonomie ist ein entscheidender Faktor, um Systeme über lange Zeiträume unabhängig in einer abgelegenen und unvorhersehbaren Umgebung zu betreiben. Herkömmliche Lösungen mit fossilen Brennstoffen oder Batterien und andere alternative Methoden zur Energiegewinnung kämpfen mit Herausforderungen. Sie sind oft zu groß und zu schwer, benötigen Kabel oder eine ortsgebundene Aufladung, belasten die Umwelt, oder haben eine zu geringe Leistungsdichte. All das umgehen die Forscher in Linz mit ihren ultradünnen Solarzellen.

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