3-D-Solarmodul Gekrümmte Solarzellen auf Skihelm versorgen mobile Geräte

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mobile Geräte ausreichend mit Solarenergie versorgen: Forscher haben gekrümmte Module entwickelt, die sich beispielsweise auf einen Helm anbringen lassen.

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Gekrümmte Solarzellen: Um mobile Geräte mit Energie zu versorgen, müssen die Solarmodule einen Wirkungsgrad von >20% haben (Foto: Fraunhofer IZM)
Gekrümmte Solarzellen: Um mobile Geräte mit Energie zu versorgen, müssen die Solarmodule einen Wirkungsgrad von >20% haben (Foto: Fraunhofer IZM)

Solarzellen, die auf einem Helm montiert sind, können einen MP3-Player oder ein Headset mit Energie versorgen. Das Problem war bisher, solch ein Solarmodul an die runden Formen eines Helmes anzupassen.

Jetzt haben Fraunhofer-Forscher eine Lösung gefunden. Mit einer neuartigen Methode lassen sich leistungsfähige Solarzellen an die gekrümmte Form des Helms anpassen.

Zusammen mit der TU Berlin und der Firma Texsys wurde der Grundstein für eine vollständige Energiedeckung direkt in den Helm integrierter Kommunikationsmodule gelegt.

Bluetooth-Handschuh kontrolliert eingehende Anrufe

Externe Geräte wie ein Smartphone lassen sich via Bluetooth kabellos integrieren. Ein spezieller Bluetooth-Handschuh sorgt für den Zugriff auf eingehende Anrufe. Selbst der MP3-Player lässt sich mit dem Handschuh einfach bedienen. Ein Vorteil bei Minusgraden: Der Handschuh muss nicht mehr ausgezogen werden.

Die Energieversorgung funktioniert nur dann bei allen Wetterlagen, wenn großflächige Solarmodule über einen Wirkungsgrad >20% verfügen. Somit lag die größte Herausforderung darauf, das Solarmodul an die gekrümmte Oberfläche anzupassen. Ungeeingnet sind außerdem mechanische flexible, in Folienform erhältliche Solarmodule.

Sie sind zum einen nur in einer Richtung, also zylindrisch, biegbar und ihr Wirkungsgrad liegt deutlich unter dem eines starren Solarmoduls.

Das Bruchrisiko der Solarzelle konnte minimiert werden

Das Prinzip der Energiebereitstellung: Zusammen mit den Bluetooth-Handschuhen lassen sich MP3-Player oder Smartphones ansteuern (Foto: 5th Dimension und Texsys)
Das Prinzip der Energiebereitstellung: Zusammen mit den Bluetooth-Handschuhen lassen sich MP3-Player oder Smartphones ansteuern (Foto: 5th Dimension und Texsys)
Das Fraunhofer IZM hat deshalb eine neue Aufbau- und Verkapselungstechnologie entwickelt, bei der sehr hochwertige Solarzellen aus einkristallinem Silizium in sehr kleine Einzelchips segmentiert und an eine dreidimensionale, gekrümmte Form angepasst werden können.

Das Bruchrisiko der Einzelzelle bei starker punktförmiger mechanischer Belastung wird dadurch ebenfalls stark reduziert. Darüber hinaus ist durch die redundante Auslegung der Solarzellen auch dann noch die einwandfreie Funktion gesichert, wenn eine einzelne Zelle ausfällt.

Solarmodul mit einer Nennleistung von 2 Watt

Die Stromversorgung wurde als kompakte Einheit aus Solarmodul, Elektronik und Speicher entwickelt und kann leicht an andere Anwendungen mit gekrümmten Oberflächen angepasst werden. Ein nachträgliches Aufrüsten von gängigen Helmen ist mit dem Solarmodul möglich. Ein Einsatz ist überall da denkbar, wo Headsets im Helm schon jetzt zum Alltag gehören.

Auch der Betrieb eines Lüfters ist denkbar. Auf einem typischen Helm ist ein Modul mit einer Nennleistung von 2 W bequem integrierbar, was der Leistungsaufnahme eines Smartphones entspricht.

Ladeelektronik für Temperaturen von -30 bis 60 °C

Die niedrigen und stark wechselnden Temperaturen mussten bei der Entwicklung der Speichereinheit besonders berücksichtigt werden. Während sich die Leistung der Solarzellen bei tiefen Temperaturen sogar verbessert, nimmt die Leistung des Akkus signifikant ab. Bei Temperaturen unter 0°C ist das Aufladen des Akkus außerdem nur schlecht bis gar nicht möglich.

Hier greift die eigens entwickelte Mikrokontrollersteuerung, die das Laden des Akkus bei Kälte anpasst bis verhindert und die Funktionalität der Ladeelektronik im Temperaturbereich von -30 bis 60 °C gewährleistet. Die integrierten Kommunikationsmodule lassen sich lückenlos verwenden, da die Energieversorgung in diesen Perioden bei ausreichendem Licht direkt über das Solarmodul erfolgt.

Die Mikrokontrollersteuerung sorgt dafür, dass bei allen Bedingungen immer die maximale Leistung der Solarzelle nutzbar ist.

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