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