Drohne erhält Energie drahtlos über Laserlicht

Revolution der Drohnen-Energieversorgung

Die begrenzte Flugdauer stellt eine der größten Herausforderungen für den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen dar. Bisher müssen Drohnen für längere Missionen regelmäßig landen, um ihre Akkus zu wechseln oder aufzuladen. Ein Forschungsteam der Civil Aviation University of China arbeitet nun an einem technologischen Ansatz, der diesen Zwang zur Unterbrechung aufheben könnte: die drahtlose Energieübertragung mittels Laserlicht.

Funktionsweise der Tandem-Technologie

Das Herzstück der Entwicklung ist ein spezielles Bauteil, das die Wissenschaftler als PLC-TE-Tandemmodul bezeichnen. Diese Einheit kombiniert eine für Laserlicht optimierte Perowskit-Laserzelle mit einem thermoelektrischen Element. Während die Perowskit-Schicht das einfallende Laserlicht direkt in elektrische Energie umwandelt, nutzt das thermoelektrische Element die entstehende Abwärme, um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen. Die Stromausbeute korreliert dabei direkt mit dem Temperaturgefälle zwischen der bestrahlten und der abgewandten Seite des Moduls.

Bewältigung der thermischen Herausforderungen

Bei der Nutzung von Hochleistungslasern stießen die Forscher zunächst auf ein signifikantes Problem: Die Tandem-Module erhitzten sich auf Temperaturen zwischen 80 °C und 90 °C. Diese Hitzeentwicklung beeinträchtigte den Wirkungsgrad der Zellen erheblich. Um dem entgegenzuwirken, integrierte das Team Sb₂Se₃-Nanokristalle in das Modul. Diese wirken als thermische Barriere, verlangsamen den Wärmefluss und halten das Bauteil in einem effizienteren Temperaturbereich.

In Laborversuchen mit einem grünen Laser konnte das Team eine Umwandlungseffizienz von 38,49 Prozent erreichen, was laut den Wissenschaftlern einen Spitzenwert für derartige Systeme darstellt.

Praxistest am Boden und Ausblick

Zur Validierung der Technik konstruierte das Team ein stationäres Modell einer Drohnentragfläche, in die das Tandem-Modul eingelassen wurde. Durch Luftschlitze in der Tragfläche wird eine zusätzliche Kühlung erreicht. Ein interessanter Nebeneffekt: Der durch den angetriebenen Propeller erzeugte Luftstrom unterstützt die Kühlung der thermoelektrischen Schicht, was die Leistung des Systems weiter optimiert.

Der nächste logische Schritt für die Forscher ist die Entwicklung einer Leichtbaudrohne, um die Technologie unter realen Flugbedingungen zu erproben. Dabei stehen jedoch noch technische Hürden im Raum. Eine der zentralen Herausforderungen für die künftige praktische Anwendung ist die präzise Nachführung des Laserstrahls auf ein sich bewegendes Ziel. Die sichere Verfolgung einer fliegenden Drohne über Distanzen hinweg erfordert komplexe Steuerungssysteme, an deren Lösung das Team weiter arbeitet, um die Vision der unterbrechungsfreien Langzeitmissionen Realität werden zu lassen.