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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
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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
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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
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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
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SolarzellendesignSolarzellendesign(RWE-Schott-Solar, Heilbronn)(RWE-Schott-Solar, Heilbronn)
Einzelzelle:
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SolarzellendesignSolarzellendesign
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Strom-Strom-Spannungskennline der Spannungskennline der SolarzellenanordnungSolarzellenanordnung
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Leistungsübertragung in Leistungsübertragung in Abhängigkeit der Position des Abhängigkeit der Position des LaserstrahlsLaserstrahls
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Leistungsübertragung in Leistungsübertragung in Abhängigkeit der Position des Abhängigkeit der Position des LaserstrahlsLaserstrahls
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Der Aufsatz des RoversDer Aufsatz des Rovers• Reflexionsfolie Reflexionsfolie
______• Solarzellenfläche Solarzellenfläche
____
• Drehmotor Drehmotor _________
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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 %
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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%
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Versuch bei großen Versuch bei großen DistanzenDistanzen
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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
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