Demonstrationsexperiment zur Laser-Energieübertragung DPG-Tagung 2004 München Energiewirtschaft Demonstrationsexperiment zur Laser-Energieübertragung Kooperation zwischen der TU Kaiserslautern und der EADS-Space Transportation Bremen C.A.Schäfer, H.J.Foth TU Kaiserslautern F.Steinsiek, W.P.Foth, K.H.Weber EADS-ST
Motivation Anwendungsgebiete der Laserenergieübertragung im Weltraum: 1. Versorgung von Satelliten im Erdorbit von einer Zentralstation aus Solarzellenflächen werden überflüssig 2. Versorgung eines Rovers bei unbemannten Planetenmissionen Verlängerung der Missionsdauer
Demonstrationsexperiment: Spezifikationen Nd:YAG: l = 532 nm, 5 W cw, M2 > 5 angepasste GaInP-Solarzellen Übertragungs-Entfernung: ~100 m Strahlnachführung bei beweglichem Empfänger passiver Empfänger Signal wird durch Reflexionen am Empfänger erzeugt
Der Empfänger: Mini-Rover (FiveCo, CH) 24x11 cm VMax = 5,5 cm/s 4 Elektromotoren Videokamera Benötigte Leistung: Standby: 220 mW Motoren: 120 mW Kamera: 600 mW Gesamt: ~1000 mW
Solarzellendesign (RWE-Schott-Solar, Heilbronn) Einzelzelle:
Solarzellendesign
Strom-Spannungskennline der Solarzellenanordnung
Leistungsübertragung in Abhängigkeit der Position des Laserstrahls
Leistungsübertragung in Abhängigkeit der Position des Laserstrahls
Der Aufsatz des Rovers Reflexionsfolie ______ Solarzellenfläche ____ Drehmotor _________
Übertragungsbilanz der Laserleistung Element Verluste Optik 5 % autom. Nachführung 1 – 5 % Solarzellen 60 % Spannungstrans- formation auf 6 V 20 % Gesamt 70 - 71 %
Verluste durch die Nachführung (bei langsamer Fahrt) Entfernung Verluste 35 m < 1% 55 m 130 m ca. 5% 230 m > 20%
Versuch bei großen Distanzen
Ergebnisse des Experiments: Rover wurde mit Energie versorgt Wirkungsgrad Laserausgangsleistung- elektrische Leistung > 20% Hohe Zuverlässigkeit bis über 100 m Entfernung automatisches Finden und Nachführen