Demonstrationsexperiment zurDemonstrationsexperiment zur Laser-EnergieübertragungLaser-Energieübertragung
Kooperation zwischen derKooperation zwischen der TU KaiserslauternTU Kaiserslautern
und derund derEADS-Space Transportation BremenEADS-Space Transportation Bremen
DPG-Tagung 2004 MünchenEnergiewirtschaft
C.A.Schäfer, H.J.Foth TU KaiserslauternF.Steinsiek, W.P.Foth, K.H.Weber EADS-ST
MotivationMotivationAnwendungsgebiete 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:Demonstrationsexperiment:SpezifikationenSpezifikationen
Nd:YAG: Nd:YAG: nm, 5 W cw, nm, 5 W cw, angepasste GaInP-Solarzellen angepasste GaInP-Solarzellen Übertragungs-Entfernung: ~100 mÜbertragungs-Entfernung: ~100 m Strahlnachführung bei beweglichem Strahlnachführung bei beweglichem
EmpfängerEmpfänger passiver Empfängerpassiver Empfänger
– Signal wird durch Reflexionen am Signal wird durch Reflexionen am Empfänger erzeugtEmpfänger erzeugt
Der Empfänger:Der Empfänger:Mini-Rover (FiveCo, Mini-Rover (FiveCo,
CH)CH) 24x11 cm24x11 cm VVMax Max = 5,5 cm/s= 5,5 cm/s 4 Elektromotoren4 Elektromotoren VideokameraVideokamera Benötigte Leistung:Benötigte Leistung:
– Standby: 220 mWStandby: 220 mW– Motoren: 120 mWMotoren: 120 mW– Kamera: 600 mWKamera: 600 mW Gesamt: ~1000 mWGesamt: ~1000 mW
SolarzellendesignSolarzellendesign(RWE-Schott-Solar, Heilbronn)(RWE-Schott-Solar, Heilbronn)
Einzelzelle:
SolarzellendesignSolarzellendesign
Strom-Strom-Spannungskennline der Spannungskennline der SolarzellenanordnungSolarzellenanordnung
Leistungsübertragung in Leistungsübertragung in Abhängigkeit der Position des Abhängigkeit der Position des LaserstrahlsLaserstrahls
Leistungsübertragung in Leistungsübertragung in Abhängigkeit der Position des Abhängigkeit der Position des LaserstrahlsLaserstrahls
Der Aufsatz des RoversDer Aufsatz des Rovers• Reflexionsfolie Reflexionsfolie
______• Solarzellenfläche Solarzellenfläche
____
• Drehmotor Drehmotor _________
ÜbertragungsbilanzÜbertragungsbilanz der Laserleistungder Laserleistung
ElementElement VerlusteVerlusteOptikOptik 5 %5 %autom. autom. NachführungNachführung 1 – 5 %1 – 5 %
SolarzellenSolarzellen 60 %60 %Spannungstrans- Spannungstrans- formation auf 6 Vformation auf 6 V 20 %20 %
Gesamt Gesamt 70 - 71 %70 - 71 %
Verluste durch die Verluste durch die NachführungNachführung
(bei langsamer Fahrt)(bei langsamer Fahrt)
EntfernungEntfernung VerlusteVerluste
35 m35 m < 1%< 1%
55 m55 m < 1%< 1%
130 m 130 m ca. 5%ca. 5%
230 m 230 m > 20%> 20%
Versuch bei großen Versuch bei großen DistanzenDistanzen
Ergebnisse des Ergebnisse des Experiments:Experiments: Rover wurde mit Energie versorgtRover wurde mit Energie versorgt Wirkungsgrad Wirkungsgrad
Laserausgangsleistung- elektrische Laserausgangsleistung- elektrische Leistung > 20%Leistung > 20%
Hohe Zuverlässigkeit bis über 100 m Hohe Zuverlässigkeit bis über 100 m EntfernungEntfernung
automatisches Finden und automatisches Finden und NachführenNachführen