Technologie
Wetterballone auf grosser Mission - mithilfe von Solarmodulen aus der Schweiz

Zwanzig unbemannte Ballone sollen in der Stratosphäre die umrunden. Ein Forschungsinstitut in Neuenburg hat für das Projekt Solarzellen für den Einsatz unter Extrembedingungen ausgerüstet.

Niklaus Salzmann
Merken
Drucken
Teilen
Solche Ballone sollen die Erde umrunden. Hier geht es aber erst mal um einen Testflug.

Solche Ballone sollen die Erde umrunden. Hier geht es aber erst mal um einen Testflug.

Romain Gaboriaud

Es ist ein schöner Brauch an Hochzeiten: Die Gäste schreiben ihre Glückwünsche auf Postkarten, die sie mit Ballonen in die Höhe steigen lassen. In den kommenden Wochen kriegt das Paar dann Post von überall da, wo eine Karte gefunden wurde. Ein einmaliges Erlebnis für das Brautpaar – ein alltägliches in der Meteorologie. In der Schweiz wird zweimal täglich ein Ballon in die Luft gelassen, und das seit achtzig Jahren. Nicht mit Glückwunschkarten, sondern mit Messgeräten, einem Sender und der Adresse von Meteoschweiz in Payerne.

Bei Meteoschweiz in Payerne steigen seit achtzig Jahren Ballone.

Bei Meteoschweiz in Payerne steigen seit achtzig Jahren Ballone.

Keystone

Das Leben dieser Ballone ist kurz. Rund zwei Stunden lang steigen sie bis in die Stratosphäre auf und senden dabei die gemessenen Daten zur Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung und Windgeschwindigkeit zum Boden. Wegen des abnehmenden Luftdrucks dehnen sie sich aus, bis sie in rund dreissig Kilometern Höhe platzen. Wer eine Sonde findet, wird gebeten, sie zurückzusenden oder zu entsorgen. Eine Wiederverwendung lohnt sich nicht.

Eine Flugreise mit Start auf dem Indischen Ozean

Nebst diesen «Eintagsfliegern» gibt es aber auch Wetterballone mit komplexeren Missionen, sozusagen die Spezialagenten. Zwanzig von ihnen sollen im Herbst über dem Indischen Ozean steigen und von da aus dem Äquator entlang die Erde zwei- bis dreimal umrunden. Drei Monate lang sollen sie Daten zur Weltorganisation für Meteorologie senden, womit diese die Wettervorhersagen in den Tropen verbessern kann. Um die Geräte mit Strom zu versorgen, werden sie mit Solarzellen ausgestattet.

Doch die Bedingungen in der Stratosphäre sind harsch. Die UV-Strahlung ist stärker als auf dem Mount Everest, und die Temperaturen schwanken zwischen tiefer als in der antarktischen Nacht und höher als in der Sahara-Mittagssonne. Das müssen die Solarmodule drei Monate lang ertragen. Und gleichzeitig sollen sie ultraleicht sein, da die Ballone an den Messgeräten schon genug zu schleppen haben.

Auch ein Solarflugzeug soll schon bald die Stratosphäre erkunden

Die beiden französischen Forschungszentren, die das Wetterballonprojekt am Äquator durchführen, holten sich deshalb Hilfe aus der Schweiz. Das Forschungszentrum CSEM in Neuenburg, einst aus der Uhrenindustrie entstanden, kennt sich aus mit Solartechnik der Extreme. Es stattet unter anderem auch das Flugzeug Solarstratos aus, das nächstes Jahr, von Sonnenenergie angetrieben, in die Stratosphäre vorstossen soll.

Während weiter oben im All reihenweise Satelliten mit Photovoltaik kreisen, sind Technologien für einen längeren Aufenthalt in der Stratosphäre noch kaum erprobt. «Normalerweise durchqueren wir die Stratosphäre nur auf dem Weg ins All», sagt Pierrick Duvoisin, Spezialist für Solarmodule am CSEM. Eine der Aufgabe seines Teams war es, eine möglichst leichte Schutzschicht zu finden, mit der kommerziell erhältliche Solarzellen die drei Monate in der Stratosphäre durchstehen. Duvoisin sagt:

«Die grösste Herausforderung sind die starken Temperaturschwankungen.»

Auf einem Industrieareal in Hauterive neben Neuchâtel steht das Labor, in dem das Forschungsinstitut die Solarmodule montierte. Für die Tests wurden die Module in einen Metallkasten gesteckt, gross wie ein begehbarer Kleiderschrank: eine Klimakammer, gewissermassen die Kombination aus Backofen und Gefriertruhe.

Pierrick Duvoisin und Christophe Charrière vom CSEM mit einem der von ihnen entwickelten Solarmodule.

Pierrick Duvoisin und Christophe Charrière vom CSEM mit einem der von ihnen entwickelten Solarmodule.

Reto Duriet

Um die Solarzellen widerstandsfähig zu machen, hat das Team mit einer Reihe von Kunststoffbeschichtungen experimentiert. «Wir haben verschiedene Muster gemacht und in der Klimakammer getestet», sagt Pierrick Duvoisin. Die Materialien durchliefen Zyklen, in denen die Temperatur zwischen minus 90 und plus 120 Grad schwankte. Dabei zeigte sich, welche Beschichtung den Belastungen am besten standhielt und wie weit die Dicke und damit das Gewicht verringert werden konnten. In einem anderen Kasten, kaum grösser als eine Mikrowelle, wurden die Materialproben UV-Strahlung ausgesetzt. Denn falls die Beschichtung trüb wird, gelangt weniger Licht auf die Zellen, und die Stromproduktion geht zurück.

Zehnmal leichtere Solarmodule

Um den Modulen Stabilität zu geben, wurden sie auf Karbonfaserplatten aufgeklebt. Das Team um Pierrick Duvoisin musste aber auch beachten, dass sich mit den Temperaturen die Ausdehnung der Materialien ändert. Sie entwickelten deshalb spezielle Verbindungsstücke, welche die Bewegungen zwischen den einzelnen Zellen ausgleichen können.

Die fertigen Module sind rund zehnmal leichter als herkömmliche. Sie wurden vergangene Woche nach Frankreich geliefert. Ein weiterer Beitrag an ein Forschungsgebiet, in dem einst ein Schweizer eine bahnbrechende Rolle spielte – noch bevor in Payerne Wetterballone stiegen. Es war Auguste Piccard, Grosspapi des Ballonfahrers und Solarflugzeugpiloten Bertrand Piccard. Am 27. Mai 1931 liess er sich in einer Druckkapsel von einem Ballon auf 15 Kilometer Höhe bringen. Er war damit als erster Mensch in die Stratosphäre vorgedrungen – ein Abenteuer im Dienste der Wissenschaft.