Drohne erhält Energie drahtlos über Laserlicht

close notice This article is also available in English. It was translated with technical assistance and editorially reviewed before publication. . Ein Forschungsteam der Civil Aviation University of China hat eine Technik entwickelt, um Drohnen über einen Empfänger auf Grundlage von Perowskit-Solarzellentechnik mit einem Laserstrahl drahtlos mit Energie zu versorgen. Das soll schließlich auch im Flug funktionieren. Die Technik könnte dazu eingesetzt werden, die Flugzeit von Drohnen, etwa bei Langzeitmissionen, zu verlängern, ohne dass diese landen müssen, um den Akku auszutauschen. Weiterlesen nach der Anzeige Die Technik basiert im Wesentlichen auf einer Perowskit-Laserzelle und einem thermoelektrischen Element, die im Tandem eine Art Solarzelle bilden, schreiben die Wissenschaftler in der Studie „Sb2Se3 nanocrystals enable efficient perovskite-thermoelectric tandem devices for laser-powered unmanned aerial vehicles“, die in Matter & Light erschienen ist. Die thermoelektrische Schicht fängt dabei Energie ein, die als Wärme verloren gehen würde. Die Stromproduktion ist dabei größer, je höher der Temperaturunterschied zwischen der dem Laser zugewandten und der ihm abgewandten Seite ist. Die für Laser optimierte Perowskit-Schicht wandelt dagegen das Laserlicht in Strom um. Wie die Forscher feststellten, trat jedoch bei der Verwendung von Hochleistungslasern als Energiequelle ein Hitzeproblem auf. Das PLC-TE-Tandembauteil (Perovskite Laser Cell Thermoelectric) erhitzte sich auf Temperaturen zwischen 80 °C und 90 °C. Die Wissenschaftler erkannten, dass dies ein großes Problem darstellt, da dadurch der Wirkungsgrad des Moduls beeinträchtigt ist. Nanokristalle gegen Überhitzung Um diese Erhitzung einzudämmen, reicherten die Forscher das PLC-TE-Tandemmodul mit speziellen Sb₂Se₂-Nanokristallen an, die den Wärmefluss verlangsamen. Die Kristalle leiten Wärme schlechter und wirken so wie eine thermische Barriere. Das Bauteil bleibt dadurch kühler und hält auch bei längerer Lasereinwirkung die Temperatur in einem Bereich, in dem das Modul leistungsfähig bleibt. Mit einem grünen Laser konnte so 38,49 Prozent der einfallenden Energie in Strom umgewandelt werden. Die Forscher sagen, dass es sich um einen der höchsten Wirkungsgrade im Vergleich zu ähnlichen Modulen handelt, die bisher erzielt wurden. Die Wissenschaftler erstellten zur Erprobung der Technik ein stationäres Modell einer Drohnentragfläche mit einem eingebauten Elektromotor mit Propeller, der mit einem PLC-TE-Tandembauteil verbunden ist. In die Tragfläche sind Luftschlitze zur zusätzlichen Kühlung des Moduls eingearbeitet. Den Forschern gelang es mittels grünen Laserlichts, den mit einer Luftschraube versehenen Elektromotor anzutreiben. Den dadurch entstehenden Luftstrom nutzten die Wissenschaftler, um die kalte Seite der thermoelektrischen Schicht zusätzlich abzukühlen. Dadurch konnte die Leistung gesteigert werden. Die Wissenschaftler wollen nun eine Leichtbaudrohne anfertigen, um das System im Flug zu testen und die drahtlose Energieübertragung im Flugbetrieb nachweisen zu können. Bis es jedoch soweit ist, müssen die Forscher noch eine Lösung dafür finden, wie eine in Bewegung befindliche Drohne mit Laserstrahlen sicher verfolgt werden kann. Weiterlesen nach der Anzeige