Schutz der Energieversorgung im All: Fortschrittliches Coverglas für Solarzellen der nächsten Generation
Antrieb für die nächste Generation von Satelliten
Da Satelliten zunehmend das Rückgrat der globalen Kommunikation, Navigation und Erdbeobachtung bilden, wächst die Nachfrage nach langlebiger, hocheffizienter Solarenergie im Orbit weiter. Raue Bedingungen – einschließlich ultravioletter Strahlung, atomarem Sauerstoff, geladenen Teilchen und extremen Temperaturwechseln – stellen selbst für modernste Photovoltaikzellen eine Herausforderung dar.
Um diesen Belastungen zu begegnen, hat SCHOTT in enger Zusammenarbeit mit der AZUR SPACE Solar Power GmbH und mit Unterstützung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) SCHOTT ® Solar Glass exos entwickelt – eine neue Generation von Covergläsern, die speziell für III-V-Mehrfachsolarzellen entwickelt wurden, die in niedrigen, mittleren und geostationären Erdumlaufbahnmissionen eingesetzt werden.
Diese Zusammenarbeit bringt die Kompetenz von SCHOTT im Bereich Spezialglas und optische Materialien mit der Expertise von AZUR SPACE, einem 5N Plus-Unternehmen und dem europäischen Marktführer und Global Player in der Mehrfachsolarzellentechnologie, zusammen. Mit mehr als 60 Jahren Erfahrung mit hocheffizienten Solarzellen für Raumfahrtanwendungen unterstützte AZUR SPACE die Entwicklung durch umfassende Tests und Validierungen, um sicherzustellen, dass SCHOTT® Solar Glass exos die strengen Anforderungen moderner Satellitenstromsystemen erfüllt.
SCHOTT® Solar Glass exos , das mit Unterstützungvon ESA-Fördermitteln entwickelt wurde, kombiniert optische Stabilität, thermische Kompatibilität und hochskalierbare Produktion, um die Anforderungen von Weltraummissionen der nächsten Generation zu erfüllen. Speziell zugeschnitten mit einem passenden CTE für GaAs-basierte Solarzellen, die moderne Satellitenstromsysteme dominieren, gewährleistet exos langfristige Effizienz und Zuverlässigkeit über verschiedene Missionsprofile hinweg – von kürzeren LEO-Konstellationen bis hin zu langfristigen GEO-Kommunikationssatelliten.
Wichtige Fakten
Die Lichter im Orbit am Leuchten halten
Fast jede Weltraummission ist auf Solarzellen angewiesen, um Satelliten und Raumfahrzeuge mit Strom zu versorgen. Doch der Weltraum ist unerbittlich: Intensive Strahlung, schnelle Temperaturschwankungen im LEO und die Forderung nach ununterbrochener Leistung bringen herkömmliche Solarzellen und ihre Covergläser an ihre Grenzen. Um sicherzustellen, dass Solarzellen unter extremen Bedingungen und über Langzeitmissionen hinweg effizient bleiben, braucht es eine Schutzlösung, die Leistung und Stabilität selbst in den feindlichsten Umgebungen gewährleistet.Um ihre Missionsziele zu erreichen, müssen Satelliten der nächsten Generation in der mittleren Erdumlaufbahn (MEO) oder in der geostationären Erdumlaufbahn (GEO) trotz dauerhaft hoher Strahlenbelastung, intensiver UV-Einstrahlung und extremer Temperaturwechsel über 10 bis 15 Jahre oder länger zuverlässig elektrische Energie liefern.
Das Herzstück dieser Stromversorgungssysteme sind III-V-Mehrfachsolarzellen, die aufgrund ihres überlegenen Wirkungsgrads und ihrer kompakten Bauweise ausgewählt wurden. Doch so leistungsfähig diese Zellen in der Energieumwandlung sind, ihre Oberflächenschichten reagieren empfindlich auf Umwelteinflüsse. Im Laufe der Zeit können UV-Strahlung, Aufprall geladener Partikel und thermische Ausdehnungsabweichungen Klebstoffe zersetzen, Schnittstellen schwächen und die Leistung verringern – was die Langzeitstabilität der gesamten Solaranlage gefährdet.
Die Herausforderung bestand darin, ein Coverglas zu entwickeln, das die Solarzellen vor Strahlung, UV-Licht und mechanischer Beanspruchung schützt – und gleichzeitig eine maximale Lichtdurchlässigkeit ermöglicht und die thermische Kompatibilität mit den darunter liegenden Materialien gewährleistet. Die meisten bestehenden Lösungen erzwingen einen Kompromiss zwischen Haltbarkeit und Effizienz. SCHOTT hat ein neues Material entwickelt, das sowohl dauerhafte optische Klarheit als auch mechanische Stabilität für eine langfristige Leistung im Weltraum bietet.
Das Glas, das die Stromversorgung im Weltraum sichert
Mit Unterstützung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) haben SCHOTT und AZUR SPACE gemeinsam SCHOTT® Solar Glass exos entwickelt, ein fortschrittliches, weltraumtaugliches Coverglas, das speziell auf die GaAs-basierten III-V-Mehrfachsolarzellen von AZUR SPACE zugeschnitten ist, die in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden.
Das Herzstück dieser Innovation ist eine Zusammensetzung, die genau auf optische Leistung und thermische Stabilität abgestimmt ist. Die UV-Absorption und optische Stabilität wurden für die Langzeitexposition optimiert, um Klebstoffe und obere Verbindungen auch bei jahrelanger Strahlenexposition zuverlässig zu schützen. Eine sorgfältig definierte UV-Grenze um 308 Nanometer filtert schädliche Wellenlängen und sorgt gleichzeitig für eine Lichtdurchlässigkeit von über 91 Prozent, um den photovoltaischen Wirkungsgrad zu maximieren.
Sein Wärmeausdehnungskoeffizient, der auf 6,9 × 10⁻⁶ K⁻¹ ausgelegt ist, ist auf GaAs-Solarzellen zugeschnitten, wodurch die mechanische Belastung während der intensiven Temperaturschwankungen in der Umlaufbahn erheblich reduziert wird. Das Glas ist ceriumdotiert, um die UV-Stabilität zu verbessern und der Solarisation bei hohen Strahlungsdosen zu widerstehen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von SCHOTT® Solar Glass exos ist seine hohe Skalierbarkeit: Das Material ist in zahlreichen Dicken und Formaten erhältlich und unterstützt damit unterschiedlichste v Satellitendesigns und Integrationsanforderungen. Diese Flexibilität gewährleistet die Kompatibilität über alle LEO-, MEO- und GEO-Missionsprofile hinweg – von leichten, massenoptimierten Arrays bis hin zu Konfigurationen mit hoher Abschirmung für strahlungsintensive Umlaufbahnen.
Exos wird strengen Tests nach ECSS-E-ST-20-08C-Standards unterzogen, um seine Haltbarkeit unter simulierten Orbitalbedingungen zu bewerten. Hergestellt im von SCHOTT entwickelten Down-Draw-Verfahren, verfügt es über eine natürlich feuerpolierte Oberfläche, die eine makellose optische Qualität und eine zuverlässige Verklebung sicherstellt.
Gemeinsam machen diese Eigenschaften – UV-Stabilität, thermische Kompatibilität und Skalierbarkeit – SCHOTT Solar Glass exos zu einer weltraumtauglichen Lösung, die Effizienz, Ausdauer und Präzision vereint. Es ermöglicht ESA-gestützten und kommerziellen Satellitenprogrammen gleichermaßen, eine zuverlässige Stromerzeugung über lange Missionslaufzeiten hinweg und stärkt zugleich die europäische Lieferkette für kritische Weltraumstromkomponenten.
Oliver Theussl
Leiter Vertriebsentwicklung