Energie aus dem Kosmos: Wie NASA und Ascent Solar die dünnfilmigen Arrays die Zukunft der energieübertragung aus dem Weltraum prägen

• Weltraum-basierte Solarenergie: Marktlandschaft und aufkommende Nachfrage
• Fortschritte bei Dünnfilm-Solarmodulen und Energiestrahlungstechnologien
• Wichtige Akteure und strategische Kooperationen in der Energieübertragung von Raum zu Erde
• Voraussichtliche Expansion und Investitionsmöglichkeiten in der Energieübertragung aus dem Weltraum
• Geografische Hotspots und politische Treiber für weltraum-basierte Energieinitiativen
• Innovationen der nächsten Generation und der Weg nach vorn für die Energieübertragung von Raum zu Erde
• Hindernisse, Risiken und strategische Chancen in der energieübertragung aus dem Weltraum
• Quellen & Referenzen

“Space News Roundup: Juli 2025, Ausführliche Analyse des Senior Aerospace Editors. SpaceX’s unermüdliche Expansion von Starlink und die Meilensteine von Falcon 9. SpaceX dominiert weiterhin die kommerzielle Startlandschaft, während seine Starlink-Konstellation in einem beispiellosen Tempo wächst.” (Quelle)

Weltraum-basierte Solarenergie: Marktlandschaft und aufkommende Nachfrage

Das Konzept der weltraum-basierten Solarenergie (SBSP) hat seit langem das Potenzial versprochen, einen revolutionären Sprung in der sauberen Energieerzeugung zu ermöglichen, indem Solarenergie im Orbit erfasst und zur Erde übertragen wird. Jüngste Entwicklungen, insbesondere die Zusammenarbeit zwischen NASA und Ascent Solar Technologies, rücken diese Vision näher an die Realität. Ihre Arbeit konzentriert sich auf fortschrittliche Dünnfilm-Photovoltaik-Arrays, die für die effiziente Energieerzeugung und drahtlose Übertragung vom Weltraum zu terrestrischen Empfängern entwickelt wurden.

Im Jahr 2023 wählte NASA Ascent Solar aus, um leichte, flexible Dünnfilm-Solar-Arrays für ihre initiativen zur Energiestrahlung aus dem Weltraum zu entwickeln. Diese Arrays, die aus CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid)-Materialien hergestellt werden, bieten hohe Effizienz und Haltbarkeit und reduzieren gleichzeitig die Startmasse und -kosten im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Modulen erheblich (NASA). Die Dünnfilm-Technologie ist entscheidend für SBSP, da jedes Kilogramm, das beim Startgewicht eingespart wird, erhebliche Kosteneinsparungen und eine größere Skalierbarkeit bedeutet.

Die Marktlandschaft für SBSP entwickelt sich schnell. Laut einem Bericht von MarketsandMarkets aus dem Jahr 2024 wird der globale SBSP-Markt bis 2030 voraussichtlich 4,5 Milliarden Dollar erreichen und von 2024 an mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 8,2 % wachsen. Dieses Wachstum wird durch die steigende Energienachfrage, DeKarbonisierungsziele und den Bedarf an widerstandsfähigen, netzunabhängigen Energiequellen angetrieben. Die Region Asien-Pazifik, angeführt von Japan und China, investiert stark in SBSP-Forschung und Pilotprojekte, während die USA öffentliche-private Partnerschaften nutzen, um die Technologiebereitschaft zu beschleunigen.

• Technische Meilensteine: Im Jahr 2023 hat das Caltech Space Solar Power Project (SSPP) erfolgreich die drahtlose Energieübertragung im Weltraum demonstriert, was die Machbarkeit der Energieübertragung zur Erde validierte (Caltech).
• Aufkommende Nachfrage: Verteidigungsbehörden, abgelegene Gemeinschaften und Katastrophenreaktionsteams werden als frühe Anwender identifiziert, die zuverlässige, schnell einsetzbare Energiequellen suchen, die unabhängig von terrestrischer Infrastruktur sind.
• Herausforderungen: Regulierungsrahmen, Übertragungseffizienz und Infrastruktur für den Bodenempfänger bleiben Hürden, aber laufende Forschung und Entwicklung sowie internationale Zusammenarbeit arbeiten an diesen Problemen.

Das Projekt von NASA und Ascent Solar zu den Dünnfilm-Arrays exemplifiziert die beschleunigende Dynamik in der SBSP. Da technische Barrieren fallen und die Marktnachfrage steigt, steht die Energieübertragung von Raum zu Erde kurz davor, eine transformative Kraft in der globalen Energielandschaft zu werden.

Fortschritte bei Dünnfilm-Solarmodulen und Energiestrahlungstechnologien

Jüngste Fortschritte bei Dünnfilm-Solarmodulen und Energiestrahlungstechnologien verwandeln schnell die Perspektiven für weltraum-basierte Solarenergie (SBSP). Ein bemerkenswerter Meilenstein wurde im Jahr 2024 erreicht, als NASA in Zusammenarbeit mit Ascent Solar Technologies erfolgreich ein leichtes, flexibles Dünnfilm-Solararray testete, das für die Energieübertragung von Raum zu Erde entworfen wurde (NASA). Diese Partnerschaft zielt darauf ab, die kritische Herausforderung zu bewältigen, Solarenergie im Weltraum effizient zu erfassen und drahtlos an terrestrische Empfänger zu übertragen, ein Konzept, das seit langem als potenzieller Game-Changer für die globale Energieversorgung gilt.

Die Dünnfilm-Arrays von Ascent Solar nutzen CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid)-Technologie, die hohe Effizienz (bis zu 17,8 % unter Laborbedingungen) und außergewöhnliche Flexibilität im Vergleich zu herkömmlichen siliziumbasierten Modulen bietet (Ascent Solar). Diese Arrays sind ultraleicht—weniger als 1 Kilogramm pro Quadratmeter—und damit ideal für den Einsatz im Weltraum, wo das Startgewicht eine kritische Einschränkung darstellt. Im Jahr 2023 lieferte Ascent Solar ein 200-Watt-Prototyp-Array an NASA zur Integration in die initiativen der Raumfahrt zur Energiestrahlung (NASA News).

Der Kern des Prozesses der Energiestrahlung besteht darin, die gesammelte Solarenergie in Mikrowellen oder Laserstrahlen umzuwandeln, die dann an bodengestützte Rectennas (rektilierende Antennen) übertragen werden, die die Energie wieder in Elektrizität umwandeln. In jüngsten Tests demonstrierte NASA die sichere und effiziente Übertragung von 1,6 Kilowatt Leistung über eine Strecke von 1 Kilometer mittels Mikrowellenstrahlung, mit Umwandlungswirkungsgraden von über 40 % an beiden Enden (NASA Power Beaming Demo).

• Skalierbarkeit: Dünnfilm-Arrays können in großen Blättern hergestellt werden, was den Bau von weltraum-basierten Solarparks mit mehreren Megawatt ermöglicht.
• Haltbarkeit: CIGS-Dünnfilme sind resistent gegen Strahlung und extreme Temperaturen, was entscheidend für langfristige Operationen im Weltraum ist.
• Kostensenkung: Die leichte Natur der Dünnfilm-Arrays senkt erheblich die Start- und Einsatzkosten.

Mit diesen Fortschritten bereiten NASA und Ascent Solar den Boden für die ersten praktischen Demonstrationen von kontinuierlicher, erneuerbarer Energie, die aus dem Weltraum zur Erde übertragen wird. In größerem Maßstab könnte diese Technologie eine zuverlässige, 24/7-Energiequelle bereitstellen, die unabhängig von Wetter oder Tageslicht ist, und eine zentrale Rolle im globalen Übergang zu sauberer Energie spielen (IEA Renewables 2023).

Wichtige Akteure und strategische Kooperationen in der Energieübertragung von Raum zu Erde

Die Verfolgung der weltraum-basierten Solarenergie (SBSP) hat sich in den letzten Jahren beschleunigt, wobei NASA und private Innovatoren wie Ascent Solar Technologies an vorderster Front stehen. Ihre Zusammenarbeit ist eine entscheidende Entwicklung im Streben danach, Energie aus dem Orbit zur Erde zu übertragen, indem fortschrittliche Dünnfilm-Photovoltaik- (PV) Technologie genutzt wird, um die Energieübertragung von Raum zu Erde machbarer und effizienter zu gestalten.

Die Rolle und Vision von NASA

• NASA hat SBSP seit langem als potenzielle Lösung für globale Energieherausforderungen gefördert und Forschungs- und Demonstrationsprojekte durch ihr Space Technology Mission Directorate finanziert (NASA).
• Im Jahr 2023 vergab NASA einen Vertrag an Ascent Solar im Rahmen ihres Programms für kleine Unternehmensinnovationsforschung (SBIR), um leichte, flexible Solar-Arrays zu entwickeln, die für den Einsatz im Weltraum optimiert sind (NASA Pressemitteilung).

Ascent Solars Durchbruch bei Dünnfilm-Technologie

• Ascent Solar ist auf CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid) Dünnfilm-PV-Technologie spezialisiert, die hohe Leistungs-zu-Gewichts-Verhältnisse und Flexibilität bietet, was für Anwendungen im Weltraum entscheidend ist (Ascent Solar).
• Ihre neuesten Module erzielen Wirkungsgrade von über 15 % und können zum kompakten Start gerollt oder gefaltet werden, um dann im Orbit entfaltet zu werden, um die Energieerfassung zu maximieren (PV Tech).

Strategische Zusammenarbeit: Den Weg für Energiestrahlung ebnen

• Die Partnerschaft zwischen NASA und Ascent Solar zielt darauf ab, diese Dünnfilm-Arrays in Prototyp-SBSP-Systeme zu integrieren, die Solarenergie im Weltraum erfassen und in Mikrowellen oder Laser zur Übertragung an bodengestützte Empfänger umwandeln würden.
• Neueste Labor-Demonstrationen haben eine erfolgreiche drahtlose Energieübertragung über kurze Distanzen gezeigt, mit Plänen, bis 2027 um orbitalen Tests zu skalieren (Space.com).
• Diese Zusammenarbeit ist Teil eines breiteren Trends, wobei auch andere Agenturen wie das US-Verteidigungsministerium und internationale Partner in die SBSP-Forschung investieren (U.S. Department of Defense).

Während die Technologie reift, ist die Allianz von NASA und Ascent Solar bereit, eine entscheidende Rolle bei der Kommerzialisierung der Energieübertragung von Raum zu Erde zu spielen und könnte die globale Energielandschaft transformieren sowie die Vision einer sauberen, kontinuierlichen Energie aus dem Weltraum vorantreiben.

Voraussichtliche Expansion und Investitionsmöglichkeiten in der Energieübertragung aus dem Weltraum

Die Zusammenarbeit zwischen NASA und Ascent Solar Technologies markiert einen entscheidenden Moment in der Entwicklung der weltraum-basierten Solarenergie (SBSP), insbesondere im Kontext der Übertragung von Energie aus dem Orbit zur Erde. Die ultraleichten, flexiblen Dünnfilm-Photovoltaik-Arrays von Ascent Solar werden für die Initiativen zur Energieübertragung von NASA entwickelt, um die Machbarkeit der Erfassung von Solarenergie im Weltraum und der drahtlosen Übertragung an terrestrische Empfänger zu demonstrieren. Diese Technologie könnte die globalen Energiemärkte revolutionieren, indem sie kontinuierliche, wetterunabhängige Energie bereitstellt und sowohl die Energieversorgungssicherheit als auch die Nachhaltigkeitsbedenken anspricht.

Jüngste Fortschritte haben den Zeitrahmen für praktische Demonstrationen beschleunigt. Im Jahr 2023 wählte NASA Ascent Solar aus, um die nächste Generation von Dünnfilm-Solar-Arrays für ihre Experimente zur Energiestrahlung im Weltraum zu entwickeln und nutzt dabei die firmeneigenen CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid)-Technologie (NASA). Diese Arrays sind so konzipiert, dass sie hoch effizient, leicht und in der Lage sind, den rauen Bedingungen des Weltraums standzuhalten, was sie ideal für den Einsatz auf Satelliten und orbitalen Plattformen macht.

Der globale SBSP-Markt wird voraussichtlich erheblich wachsen, mit Schätzungen, die darauf hinweisen, dass er bis 2032 15,3 Milliarden Dollar erreichen könnte, mit einer CAGR von 8,2 % ab 2023 (Precedence Research). Die erfolgreiche Demonstration der Energieübertragung von Raum zu Erde würde erhebliche Investitionsmöglichkeiten in mehreren Sektoren freischalten:

• Satellitenherstellung: Die Nachfrage nach fortschrittlichen Solar-Arrays und Energieübertragungsmodulen wird voraussichtlich stark ansteigen und Unternehmen zugutekommen, die sich auf leichte, hocheffiziente Photovoltaik spezialisiert haben.
• Bodeninfrastruktur: Der Bau von Rectennas (rektilierenden Antennen) und Energiespeichersystemen, um die übertragene Energie zu empfangen und zu verteilen, erfordert erhebliche Kapitalinvestitionen.
• Energieversorger: Versorgungsunternehmen könnten in SBSP investieren, um ihre Energieportfolios zu diversifizieren und die Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes zu erhöhen, insbesondere in abgelegenen oder katastrophengefährdeten Regionen.
• Risikokapital und private Investitionen: Frühphasenfinanzierungen fließen in SBSP-Startups, wobei bemerkenswerte Investitionen in den Jahren 2023 und 2024 auf Unternehmen abzielen, die Technologien zur drahtlosen Energieübertragung und orbitalen Montage entwickeln (SpaceNews).

Während NASA und Ascent Solar ihr Projekt zu den Dünnfilm-Arrays vorantreiben, ist die Bühne für eine neue Ära in der sauberen Energie bereitet. Die Konvergenz von öffentlichen und privaten Investitionen, gepaart mit schnellem technologischem Fortschritt, positioniert die Energieübertragung von Raum zu Erde als transformativen Chancen für die globale Energielandschaft.

Geografische Hotspots und politische Treiber für weltraum-basierte Energieinitiativen

Die Verfolgung der weltraum-basierten Solarenergie (SBSP) hat erheblich an Dynamik gewonnen, wobei geografische und politische Treiber zusammenkommen, um Innovationen zu beschleunigen. Ein bemerkenswerter Meilenstein ist die Zusammenarbeit zwischen NASA und Ascent Solar Technologies, die das Ziel hat, die Machbarkeit der Energieübertragung von Solarenergie aus dem Weltraum zur Erde mithilfe fortschrittlicher Dünnfilm-Photovoltaik-Arrays zu demonstrieren. Diese Initiative ist Teil eines breiteren Trends, da Nationen und Agenturen das Potenzial von SBSP erkennen, saubere, kontinuierliche Energie zu liefern und Herausforderungen in Bezug auf die Energieversorgung im Inland zu bewältigen.

• Vereinigte Staaten: Die USA sind zum führenden Land in der SBSP-Forschung geworden, wobei NASA’s Artemis-Programm und das Verteidigungsministerium orbitalen Energiestrahlung sowohl für zivile als auch militärische Anwendungen erforschen. Das Projekt NASA × Ascent Solar nutzt leichte, flexible Dünnfilm-Solar-Arrays, die entscheidend sind, um die Startkosten zu senken und die Effizienz der Energieerfassung im Orbit zu erhöhen (NASA).
• Japan: Das japanische Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie hat ehrgeizige Ziele für SBSP gesetzt, mit dem Ziel, bis Mitte der 2020er Jahre eine Demonstration der Energieübertragung von Mikrowellen aus dem Weltraum zur Erde zu erreichen. Das Programm für Weltraumsolarenergie-Systeme (SSPS) des Landes ist ein globaler Vorreiter, wobei Partnerschaften von Regierung und Industrie den schnellen Fortschritt vorantreiben.
• Europa: Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) startete 2022 die Solaris-Initiative, um die Machbarkeit von SBSP für den Übergang der Energieversorgung des Kontinents zu bewerten. Das Solaris-Programm bewertet politische Rahmenbedingungen, technische Herausforderungen und Möglichkeiten zur internationalen Zusammenarbeit.
• China: China hat Pläne angekündigt, bis 2028 eine weltraum-basierte Solarenergieanlage zu errichten, mit dem Ziel, Energie über Mikrowellen oder Laser an Bodenstationen zu übertragen. Dies steht im Einklang mit Chinas breiterer Strategie, in erneuerbare Energien und Raumfahrttechnologie führend zu werden.

Politische Treiber umfassen Dekarbonisierungsmandate, Energieversorgungssicherheit und die Notwendigkeit einer widerstandsfähigen Infrastruktur. Die Demonstration von NASA × Ascent Solar ist ein entscheidender Schritt, der zeigt, wie öffentliche-private Partnerschaften und internationale Wettbewerbsfähigkeit die Zukunft der Energieübertragung von Raum zu Erde gestalten. Während diese Projekte voranschreiten, werden regulatorische Rahmenbedingungen und grenzüberschreitende Zusammenarbeit entscheidend sein, um die Frequenzzuteilung, Sicherheit und Umweltwirkungen anzugehen (IEA).

Innovationen der nächsten Generation und der Weg nach vorn für die Energieübertragung von Raum zu Erde

Die Verfolgung der weltraum-basierten Solarenergie (SBSP) hat sich in den letzten Jahren beschleunigt, wobei NASA und private Partner wie Ascent Solar Technologies an vorderster Front bei den Innovationen der nächsten Generation stehen. Das Kernkonzept besteht darin, Solarenergie im Orbit zu erfassen—wo Sonnenlicht konstant und nicht durch die Atmosphäre gefiltert ist—and sie drahtlos zur Erde zu übertragen, um die globale Energieversorgung potenziell zu revolutionieren.

Im Jahr 2023 wählte NASA Ascent Solar aus, um fortschrittliche Dünnfilm-Photovoltaik- (PV) Arrays für ihre Initiative zur Energieübertragung von Raum zu Erde zu entwickeln. Die leichten, flexiblen CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid) Solarmodule von Ascent sind so konzipiert, dass sie das Leistungs-zu-Gewichts-Verhältnis maximieren, ein kritischer Faktor für kosteneffektive Starts und großflächige orbitalen Einsätze (NASA). Diese Arrays können für eine kompakte Lagerung gefaltet und dann im Weltraum entfaltet werden, was den Bau von Solarparks im Kilometermaßstab im Orbit ermöglicht.

Der nächste Schritt ist die drahtlose Energieübertragung. Die Roadmap von NASA umfasst die Nutzung von Mikrowellen- oder Laserstrahlen, um die erntete Energie zu bodengestützten Empfängern, bekannt als Rectennas, zu senden. Jüngste Labor-Demonstrationen haben Übertragungseffizienzen von 40–50 % über kurze Distanzen erreicht, und im Jahr 2023 hat das PRAM-FX-Experiment des US Naval Research Laboratory an Bord des X-37B-Raumflugzeugs erfolgreich Solarenergie in Mikrowellen im Orbit umgewandelt, was einen bedeutenden Meilenstein darstellt.

• Skalierbarkeit: Die Dünnfilm-Technologie von Ascent Solar ermöglicht modulare, skalierbare Arrays, die möglicherweise Gigawatt Energie in der Zukunft erzeugen (Ascent Solar).
• Kostensenkung: Die leichte Natur der Dünnfilm-PV senkt die Startkosten, ein großes Hindernis für die Praktikabilität von SBSP.
• Kontinuierliche Energie: Weltraum-basierte Arrays können ununterbrochene Energie liefern, im Gegensatz zu terrestrischen Solarparks, die von Wetter und Nacht betroffen sind.

Für die Zukunft zielt NASA zusammen mit ihren Partnern darauf ab, innerhalb der nächsten fünf Jahre in-orbital-Demonstrationen der vollständigen Energiestrahlung durchzuführen. Das US-Verteidigungsministerium und internationale Agenturen investieren ebenfalls in SBSP und erkennen dessen Potenzial für Energieversorgungssicherheit und Katastrophenresistenz (U.S. Department of Energy). Obwohl technische und regulatorische Herausforderungen bestehen bleiben, bereitet die Zusammenarbeit zwischen NASA und Ascent Solar den Weg für eine neue Ära in der sauberen, aus dem Weltraum gewonnenen Energie für die Erde.

Hindernisse, Risiken und strategische Chancen in der energieübertragung aus dem Weltraum

Das Konzept, Solarenergie aus dem Weltraum zur Erde zu übertragen—bekannt als weltraumbasierte Solarenergie (SBSP)—war lange Zeit eine verlockende Lösung für die globalen Energiebedürfnisse. Jüngste Entwicklungen, insbesondere die Zusammenarbeit zwischen NASA und Ascent Solar Technologies, bringen diese Vision näher an die Realität. Ihre Arbeit an dünnfilmigen Photovoltaik-Arrays ist ein bedeutender Schritt in Richtung praktischer Energieübertragung von Raum zu Erde, aber der Weg nach vorn ist geprägt von technischen, regulativen und wirtschaftlichen Herausforderungen sowie strategischen Chancen.

• Technische Barrieren und Risiken:
  • Effizienz und Haltbarkeit: Die Dünnfilm-Arrays von Ascent Solar, die leichte, flexible Materialien verwenden, sind so konzipiert, dass sie das Leistungs-zu-Gewichts-Verhältnis maximieren—entscheidend für den Einsatz im Weltraum (NASA). Diese Materialien müssen jedoch den rauen Bedingungen im Weltraum standhalten, einschließlich Strahlung, extremen Temperaturen und Mikrometeoriten, die die Leistung im Laufe der Zeit beeinträchtigen können.
  • Drahtlose Energieübertragung: Die Umwandlung von Solarenergie in Mikrowellen oder Laser zur Strahlung zur Erde und dann zurück in Elektrizität bringt erhebliche Energieverluste mit sich. Aktuelle Effizienzen der Mikrowellenübertragung liegen bei etwa 40–50 %, und laserbasierte Systeme sehen atmosphärische Abschwächung und Sicherheitsbedenken gegenüber (Nature Energy).
  • Bodeninfrastruktur: Empfangsstationen oder Rectennas benötigen große Flächen und müssen so situiert werden, dass Umwelt- und Gesundheitsrisiken minimiert werden.
• Regulatorische und Sicherheitsrisiken:
  • Frequenzzuteilung: Die Übertragung von Energie über Mikrowellen oder Laser erfordert internationale Koordination, um Interferenzen mit der Kommunikation zu vermeiden und die Sicherheit zu gewährleisten (ITU).
  • Geopolitische Bedenken: Die doppelte Nutzung von Hochleistungsstrahltechnologien wirft Sicherheits- und Waffenkonfliktbedenken auf, was ein robustes Monitoring erforderlich macht.
• Strategische Chancen:
  • 24/7 erneuerbare Energie: Weltraumbasierte Arrays können kontinuierlich Solarenergie erfassen, ohne von Wetter oder Nacht betroffen zu sein, und bieten eine stabile, abrufbare erneuerbare Energiequelle.
  • Katrastrophenreaktion und Stromversorgung in abgelegenen Gebieten: Die schnelle Bereitstellung von übertragener Energie könnte Katastrophengebiete oder abgelegene Standorte unterstützen, in denen die Netzinfrastruktur fehlt.
  • Öffentlich-private und internationale Zusammenarbeit: Der Fortschritt von NASA und Ascent Solar könnte öffentliche-private Partnerschaften und internationale Konsortien katalysieren, die die Kommerzialisierung und Kostensenkung beschleunigen (Energy Manager Today).

Während das Projekt von NASA und Ascent Solar zu den Dünnfilm-Arrays einen Meilenstein darstellt, wird das Überwinden der technischen, regulatorischen und wirtschaftlichen Barrieren nachhaltige Investitionen und globale Zusammenarbeit erfordern. Die potenziellen Vorteile—eine saubere, konstante und skalierbare Energieversorgung—machen dies zu einer strategischen Grenze für die kommenden Jahrzehnte.

Quellen & Referenzen

• Beaming the Watts Down: NASA × Ascent Solar’s Thin-Film Array Sets the Stage for Space-to-Earth Power Transmission
• NASA
• MarketsandMarkets
• Caltech
• IEA
• PV Tech
• Space.com
• Precedence Research
• SpaceNews
• Solaris
• weltraumbasierte Solarenergieanlage bis 2028
• Nature Energy
• ITU