Revolutionäre Energieübertragung: DARPA sendet 800 Watt über 8,6 Kilometer per Laser – Die Zukunft ist jetzt!

Die drahtlose Energieübertragung war lange Zeit ein Traum aus Science-Fiction-Filmen, doch die DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) hat diesen Traum einen entscheidenden Schritt näher an die Realität gebracht. Mit einem bahnbrechenden Experiment in New Mexico ist es Forschern gelungen, 800 Watt elektrische Energie über eine Distanz von 8,6 Kilometern mittels eines Lasers zu übertragen. Diese Leistung mag auf den ersten Blick gering erscheinen – vergleichbar mit der halben Leistung einer Mikrowelle oder der Entfernung zwischen den Bahnhöfen Atocha und Chamartín in Madrid, Spanien. Doch die wahre Bedeutung liegt nicht in der Menge, sondern im spektakulären Beweis der Machbarkeit dieser zukunftsweisenden Technologie.

DARPA’s POWER-Programm: Ein Meilenstein der Forschung

Im Rahmen der ersten Phase ihres POWER-Programms hat die DARPA diesen beeindruckenden Erfolg erzielt. Das Ziel des Programms ist die Erforschung neuer Methoden zur Energieübertragung über große Entfernungen. Der Rekord von 800 Watt, die 30 Sekunden lang an einen entfernten Empfänger gesendet wurden, übertrifft den vorherigen Bestwert von 230 Watt über 1,7 Kilometer bei Weitem. Obwohl die ursprüngliche Ausgangsleistung des Lasers nicht offengelegt wurde, konnte das System den Energiefluss sogar länger als offiziell berichtet aufrechterhalten.

Das Erstaunliche an diesem Erfolg ist die Geschwindigkeit der Entwicklung: In nur drei Monaten, vom Entwurf bis zur Ausführung, wurde ein voll funktionsfähiges System geschaffen. Dies unterstreicht die Effizienz und das Innovationspotenzial der beteiligten Teams.

Teravec Technologies und kommerzielle Komponenten: Praktikabilität im Fokus

Der von Teravec Technologies entwickelte Empfänger spielt eine Schlüsselrolle in diesem System. Bemerkenswert ist, dass hierfür handelsübliche Solarzellen verwendet wurden. Das Hauptziel war nicht die Maximierung der Leistung oder des Wirkungsgrades, sondern der Nachweis, dass diese innovative Technologie mit bereits verfügbaren und zugänglichen Komponenten umgesetzt werden kann, ohne auf komplexe oder speziell angefertigte Teile angewiesen zu sein. Der aktuelle Wirkungsgrad des Empfängers liegt bei etwa 20%, was für einen Machbarkeitsnachweis völlig ausreichend ist.

Funktionsweise der Laser-Energieübertragung: Infrarot und einfache Physik

Die grundlegende Idee hinter dem Experiment ist verblüffend einfach: Ein Lichtstrahl transportiert Energie durch die Luft, die dann am Empfangspunkt in nutzbaren Strom umgewandelt wird. Das DARPA-System nutzt einen Infrarotlaser, der präzise auf einen Empfänger gerichtet wird. Dieser Empfänger besteht aus einem konischen Spiegel, der den Laserstrahl einfängt und auf handelsübliche Photovoltaikzellen lenkt, die das Licht in elektrische Energie umwandeln. Die Verwendung von Standardkomponenten unterstreicht die Praxistauglichkeit und das Potenzial für eine breitere Anwendung dieser Spitzentechnologie.

Innovationen im Detail: Diffraktive Optik und Kühlsysteme

Während des Tests kamen auch unerwartete Innovationen zum Einsatz, darunter diffraktive Optik, eine unkonventionelle Methode in diesem Bereich, und ein direkt in die optischen Teile integriertes Kühlsystem, das mittels additiver Drucktechniken hergestellt wurde. Diese spontanen Lösungen, die während der Herausforderungen des Experiments entwickelt wurden, zeigen die Anpassungsfähigkeit und den Ideenreichtum der beteiligten Wissenschaftler.

Laser versus Radiowellen: Warum die Fokussierung entscheidend ist

Die Übertragung von Energie über große Distanzen ist keine neue Idee; Forschungen mit Radiowellen und Mikrowellen gibt es schon seit Jahrzehnten. Doch diese Technologien stoßen an physikalische Grenzen. Sie erfordern große Antennen und komplexe Beamforming-Systeme, um Signale zu konzentrieren. Je größer die Distanz, desto größer und schwieriger zu fokussieren werden diese Systeme.

Laser hingegen bieten eine deutlich bessere Fokussierbarkeit. Ein schmaler Laserstrahl kann unter idealen Bedingungen nahezu ohne Streuung erzeugt werden, wie Eric Yeatman von der Universität Glasgow betont. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber Radiowellen. Allerdings sind Laser anfälliger für atmosphärische Störungen wie Nebel, Wolken oder Staub, während Mikrowellen unter solchen Bedingungen zuverlässiger bleiben. Dennoch ist für spezifische Anwendungen, insbesondere in klaren Umgebungen oder bei Freileitungen, der Laser die überlegene Wahl. Für Paul Jaffe, Projektleiter von POWER bei DARPA, ist klar: Wenn die optische Übertragung nicht funktioniert, funktioniert gar nichts.

Bedeutung des Durchbruchs: Machbarkeit vor Effizienz

Das Experiment der DARPA hat zwar nicht alle Herausforderungen der drahtlosen Energieübertragung gelöst – der Wirkungsgrad ist noch gering und die übertragene Leistung reicht für eine kommerzielle Infrastruktur noch nicht aus. Doch dies war auch nicht das primäre Ziel. Der Fokus lag darauf, zu beweisen, dass diese wegweisende Technologie außerhalb des Labors, mit leicht verfügbaren Komponenten und innerhalb eines realistischen Zeitrahmens funktionsfähig ist. Dieser Nachweis ist ein gigantischer Schritt in Richtung einer Zukunft, in der Energie flexibler und effizienter dorthin gelangt, wo sie benötigt wird. Ein Meilenstein für die Zukunft der Energieversorgung in Spanien und weltweit!