Sauberer Strom im All – wie die ISS Strom durch Sonnenenergie gewinnt
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Die ISS – Vorreiter im Weltall

Die ISS – Vorreiter im Weltall

Wie es sich anfühlt, selbst für seine Energie sorgen zu müssen

Seit 18 Jahren kreist die internationale Raumstation ISS in 400 Kilometern Höhe um die Erde. Ihren Strom produziert sie autark mithilfe einer Photovoltaikanlage. Diesen Grad an Unabhängigkeit können Menschen auf der Erde nun mit ihrer Solaranlage ebenfalls erreichen. Solarstrom lässt sich heute fast unbegrenzt speichern. Raumfahrtingenieur Volker Schmid spricht mit uns über ein energiegeladenes Dasein im luftleeren Raum.

Welche Bedeutung hat die Solarenergie für die ISS?

Die Sonnenenergie ist für die internationale Raumstation essenziell. Es ist die Energiequelle, die die Raumstation versorgt und einen wissenschaftlichen Betrieb dort oben überhaupt möglich macht. Eine andere saubere Energiequelle haben wir dort oben zurzeit nicht.

Die Erde aus ISS-Sicht – ein Traum in Farbe

Der französische Astronaut Thomas Pesquet war von November 2016 bis Juni 2017 auf der ISS. Der begeistere Fotograf hat die faszinierenden Impressionen aus dem All festgehalten.

Mit freundlicher Genehmigung von ESA und NASA.

Wie wird die Energie gewonnen? Mit Sonnenkollektoren?

Die ISS verfügt über vier große Solargeneratoren, die etwa 100 Kilowatt erzeugen. Davon steht ungefähr die Hälfte den Anwendungen für Wissenschaft und Forschung zur Verfügung. Daraus ergibt sich auch die markante Form der Raumstation, denn die Solarpaneele sind flächenmäßig das größte Element auf der Raumstation, die so groß ist wie ein Fußballfeld.

Wofür wird der Solarstrom genutzt?

Die Raumstation ist ein multidisziplinäres Großforschungslabor, wo Versuche zu Materialwissenschaft, Biologie, Lebenswissenschaft, Strahlenbiologie, Astro- und Sonnenphysik, Grundlagenforschung, Erdbeobachtung, Klimabeobachtung, Technologie, Materialforschung, Gesundheitsforschung und Robotik durchgeführt werden. Dafür und natürlich auch für die Lebenserhaltung der sechs Personen auf der Station wird die Energie benötigt.

Raumfahrtingeneur Volker Schmid von der DLR © DGLR

Was passiert, wenn die Raumstation kein Sonnenlicht abbekommt?

Dann wird der Strom aus den Energiespeichern bezogen. In der Höhe hat man die Erde innerhalb von 90 Minuten einmal umrundet. Die Besatzungen haben also 16 Sonnenauf- und -untergänge pro Tag. Somit hat man abwechselnd circa 45 Minuten Nachtphase und dann wieder 45 Minuten Tagphase pro Umlauf. In den Sonnenphasen werden die Batterien aufgeladen.

Genügt das?

Die Batterien sind immer der Puffer, die Solargeneratoren sind nicht direkt mit Anlagen verbunden, sondern gehen über die Speicher. Das ist letztlich wie auf dem Hausdach auch, da gibt es den Speicher als Puffer, um konstante Stromstärken ohne Schwankungen zu liefern.

Wer ist Volker Schmid?

Volker Schmid ist Raumfahrtingenieur in der Abteilung Astronautische Raumfahrt, ISS und Exploration beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dort betreut er die Fachgruppe ISS, ist im Nutzungsgremium der ESA einer der deutschen Delegierten für die wissenschaftliche Nutzung der Raumstation und ist als Missionsleiter zuständig für die ISS-Mission von Alexander Gerst im Mai 2018.

Wodurch unterscheiden sich die im All eingesetzten Solarpaneele von denen auf der Erde?

Grundsätzlich sind sie von höherer Fertigungsqualität, zum Beispiel um bessere Schaltwirkungsgrade zu erhalten. Denn im Gegensatz zu den Solarzellen hier auf der Erde braucht man im All eine sehr hohe Zuverlässigkeit. Man kann beschädigte Paneele in dieser Größe gar nicht oder nur schwer austauschen.

Die ISS unter Strom

Ansicht der internationalen Raumstation ISS

Die ISS ist so groß wie ein Fußballfeld, und die beiden Sonnensegel übertreffen mit insgesamt 73,15 Metern Länge und über elf Metern Breite die Spannbreite einer Boeing 777. Von der Erde betrachtet, ist sie nach Mond und Venus das dritthellste Objekt am Abendhimmel.

Die Erdkugel, fotografiert von der internationalen Raumstation

Der Blaue Planet aus Sicht der Raumstation – die ISS könnte ein Vorbild sein für eine nachhaltigere Energieversorgung auch auf der Erde.

Solarpaneele an der internationalen Raumstation ISS ©ESA

Die beiden Segel bestehen aus vier großen Solarelementen. Diese können um zwei Achsen gedreht werden, um immer optimal auf die Sonne ausgerichtet zu sein.

Solarpaneele auf der ISS werden auseinandergefaltet

Jedes der vier Solarmodule ist 70 Meter lang und zwölf Meter breit – zu groß für den Transport im Spaceshuttle. Deshalb wurden sie nach dem Ziehharmonikaprinzip konstruiert. So schrumpft ihre Größe auf die eines Autobusses.

Nacht auf der Erde, fotografiert von der ISS ©ESA

Alle 45 Minuten durchläuft die Raumstation eine Nachtphase ohne Sonnenlicht. Dann sorgen die während der Tagphasen geladenen Batterien dafür, dass die ISS auch im Dunkeln mit voller Leistung operieren kann.

Alexander Gerst bedient Geräte an Bord der ISS ©ESA

Neben den lebenserhaltenden Funktionen versorgen die Solarsegel auch die Apparaturen, die die Wissenschaftler für ihre Versuche benötigen – wie der deutsche Geophysiker Alexander Gerst bei seiner letzten Mission im Jahr 2014.

Sind das dieselben Solarpaneele wie auf der Erde?

Die Zellen bestehen nicht aus Silizium, sondern aus Galliumarsenid, weil dieser Typ höhere Wirkungsgrade erreichen kann. Galliumarsenid ist im Vergleich zu Silizium aber wesentlich teurer, deshalb sind diese auf der Erde nicht so verbreitet und wirtschaftlich derzeit nicht unbedingt sinnvoll. Für Weltraumanwendungen eben schon, da man hier mit möglichst kleinen Flächen möglichst viel Watt erzeugen muss. 

Die ISS hat ja somit ein komplett autarkes Energiesystem, wäre Vergleichbares auch auf der Erde vorstellbar?

Ja, denken Sie an ein Null-Energie-Haus zum Beispiel. Generell scheint der Trend in Richtung Dezentralisierung der Energiewirtschaft zu gehen. Das könnte auch ein Beitrag dazu sein, globale Probleme in den Griff zu bekommen, Stichwort CO2 zum Beispiel. Wenn die Solarzellen noch besser werden, moderne Baumaterialien verwendet werden und die Energierückgewinnung noch besser genutzt werden kann, ist das durchaus vorstellbar. In der Sonne steckt noch viel Potenzial – ja, ich könnte mir das schon vorstellen, dass man auch auf der Erde Häuser hat, die bei der Energieversorgung mehr und mehr autark werden.

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