Stolpersteinchen beim Solarfliegen


Da weiß ich gar nicht, wo ich überhaupt anfangen soll!
Vielleicht beim allergrößten Problem, nämlich der ...

... Energie bzw. Leistung

Und diese wird zum Problem, weil sie eben verdammt rar ist!
Fakt ist, dass sich ein Solarflieger mit einem Bruchteil der Vortriebsleistung zufrieden geben muss als seine akkubetriebenen Kollegen. Kleine Beispielrechnung gefällig?

Photon's 1,16 m spannende Tragfläche ist mit 14 Solarzellen (5 cm x 10 cm) gespickt, die bei wirklich perfekten Bedingungen (Juni, unverschleierte Mittagssonne, Solarzellenebene senkrecht zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet) eine Leistung von etwa 12,6 Watt bringen.


Bild 1: Photons Tragfläche. Gut zu sehen sind die 14 Solarzellen.

Aber mal ganz ehrlich: Wir haben nicht immer Juni, wir haben nicht immer die unverschleierte Mittagssonne, und die Solarzellen sind im Fluge quasi nie perfekt ausgerichtet (insbesondere im Kurvenflug). Gerade mal mit der Hälfte, gut 6 Watt, können wir bei "normalen" Bedingungen zuverlässig rechnen.

6 Watt, das ist wirklich ein Hauch von Nichts! Ein Akku gleichen Gewichts wie die Solarzellen (50 Gramm) stellt gerne mal 50 Watt zur Verfügung. Mehr als das 8-fache.

Nun braucht man bloß nicht zu denken, dass diese Leistung vollständig in Vortrieb umgesetzt würde! Der Regler, der Motor, das Getriebe und die Luftschraube - alle qualitativ sehr gut und auf aktuellem technischen Stand - investieren einen Großteil der Leistung, um die Umgebung zu heizen. Rund 40% landen am Ende in tatsächlicher mechanischer Vortriebsleistung: 2,5 Watt.


Ist Fliegen denn so überhaupt möglich? Rechnen wir es aus! Bei einer Flugzeugmasse von rund 200 g - das entspricht 2 Newton Gewichtskraft - und einem geringsten Sinken von 0,8 m/s bleibt noch eine maximale Steiggeschwindigkeit von 0,5 m/s übrig. Allerdings vorausgesetzt, der Pilot fliegt wirklich perfekt, die Luft ist ruhig (selten der Fall!) und man fliegt keine Kurve, was man aber ständig muss. In der Praxis steigt Photon dann durchschnittlich höchstens mit 0,2 m/s. Treppe steigen geht schneller!


Bild 2: Photon beim Erkämpfen von Höhe bei dichter Schleierbewölkung. Weitere Flugbilder findet ihr hier.


Die Sache mit dem Profil

Solarzellen sind ebene Platten. Und mit eben meine ich wirklich eben! Da gibt's nichts dran zu drehen. Auch nur 1 mm von der Idealform der ebenen Platte abgewichen (durch äußere Einwirkungen), und man hat plötzlich zwei Solarzellen.

Was macht man also, wenn man eine ebene Solarzelle in das Tragflächenprofil integrieren möchte und die Solarzelle sich nicht anpassen will? Natürlich das Profil anpassen!
Klar könnte man auch "stückeln" und kleine Solarzellen auf ein abgestuftes Profil aufkleben. Aber glaubt mir, in dieser Größenklasse ist der aerodynamische Vorteil durch das höhere Gewicht (Verbindungsleitungen, Lötpunkte, ...) ganz schnell wieder dahingeschmolzen.
Biegsame Solarzellen können wir aufgrund ihres viel zu hohen Gewichts sofort wieder von der Agenda streichen.

Das Profil muss also über zwei Drittel der Flächentiefe eben sein, um den Solarzellen eine Auflagefläche zu bieten! Bei Photon ist es folgendermaßen realisiert:


Bild 3: Schematischer Profilquerschnitt von Photon.

Und indem wir uns die Konstruktion der Fläche angesehen haben, wären wir auch schon nahtlos beim nächsten Thema angelangt, und zwar den ...

... mechanischen Problemen

Zu behaupten, Solarzellen seien empfindlich, wäre maßlos untertrieben! Sie sind höchstempfindlich!!! Die ersten drei Solarzellen zu je 6,90 € sind mir bereits beim Verlöten zersprungen, und die nächste beim Versuch, sie auf der Tragfläche zu befestigen! Einmal zu scharf angeschaut und - knack! Keine gute Bilanz.

Und jetzt soll eine Tragfläche her, die fast nichts wiegen darf und trotzdem so stabil sein muss, dass die Solarzellen nichts zu spüren bekommen von:

• den Strapazen des Transports (in meinem Fall sogar mit dem Fahrrad, bei Seitenwind und holprigen Strecken)
• dem Wurfstart des Fliegers
• den Turbulenzen in der Luft
• der Landung auf dem Acker, im hohen Gras oder notfalls auch im Weizen...

Geschafft!
Kleine Pause? Bestimmt nicht verkehrt nach diesen langen Ausführungen. Dann kann es anschließend in alter Frische weitergehen mit dem ...