In der derzeit extrem beliebten Weltraumphotovoltaik ist es höchstwahrscheinlich nicht die Modulunternehmen, die das erste Geld verdienen.

Elon Musk hat auf der Weltwirtschaftstagung in Davos die Idee von "Solarenergie im Weltraum" aufgegriffen, was der Photovoltaikindustrie, die von Überkapazitäten geplagt war, Hoffnung auf eine neue Chance gegeben hat, als ob sie das Ticket in eine neue Welt ergriffen hätte.

Am 22. Januar hat Musk auf der Weltwirtschaftstagung in Davos erklärt, dass SpaceX und Tesla das Ziel haben, in den Vereinigten Staaten eine Photovoltaikkapazität von 100 GW aufzubauen, und dass dieses Ziel in den nächsten drei Jahren erreicht werden kann.

Für die traditionelle Photovoltaikindustrie, die schon lange unter Preiskämpfen leidet, bedeutet dies nichts anderes als eine riesige Nachfrage, die wie ein "Sternenhimmel" erscheint.

Aber seien Sie realistisch: Wenn die Photovoltaik tatsächlich im großen Stil in den Weltraum gelangt, werden die ersten, die von den Gewinnen profitieren, höchstwahrscheinlich nicht die gegenwärtigen Modulfabriken sein, die in die Falle der "Kohlrabispreise" geraten sind.

Viele Menschen haben den Irrtum, dass Weltraumphotovoltaik einfach eine Erweiterung der terrestrischen Photovoltaik sei, nur in einem anderen Anwendungsbereich.

Wenn man die Romantik und die Schwankungen der Aktienkurse außer Acht lässt und die Photovoltaik aus der Sicht der kommerziellen Raumfahrt betrachtet, wird man feststellen, dass die Essenz der Weltraumphotovoltaik eher der Chipherstellung oder der Herstellung von Flugtriebwerken entspricht, nämlich nicht die Erweiterung der Nachfrage, sondern die Neugestaltung der gesamten Wertschöpfungskette.

Also, ist es tatsächlich machbar, die Photovoltaik im großen Stil in den Weltraum zu bringen?

Welche technischen Anforderungen müssen erfüllt sein, damit die Technologie in die Raketenladekammer kommt?

Und auf dieser neu gestalteten Kette, wer kann als erster die Aufträge von Musk erhalten?

Um die Geschichte der Weltraumphotovoltaik und der Energiespeicherung verstehen zu können, muss man diese Fragen klären. Man wird auch feststellen, dass die gegenwärtige Weltraumphotovoltaik noch in der Phase ist, sich zu erkundigen, wie man "Schaufeln" verkauft, d. h. Materialien und Ausrüstungen, anstatt die terrestrischen Module in den Weltraum zu transportieren.

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Wie gelangt die Photovoltaik in den Weltraum?

Die obigen drei Fragen führen zunächst auf dieselbe Sache: Ist die Weltraumphotovoltaik tatsächlich ein geeigneter Weg für die technische Umsetzung und die Kommerzialisierung?

Tatsächlich ist das Konzept der Weltraumphotovoltaik nicht neu. Von der NASA, der japanischen JAXA bis zur Europäischen Weltraumbehörde dauern die Forschungen über Weltraumsolarstromanlagen (SBSP) schon seit Jahrzehnten an.

Was diese Technologie wieder in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit rückt, sind die Veränderungen in der kommerziellen Raumfahrt.

Mit der Entwicklung von Anwendungen wie Niederorbitalkonstellationen, Hochleistungslasten und In-Orbit-Verarbeitung steigt der Energiebedarf von Raumfahrzeugen von "einigen hundert Watt" auf "zehn oder hundert Kilowatt".

Die Energie ist nicht mehr nur ein Nebenteil, sondern beginnt, die Grenzen der Missionen zu bestimmen.

In einem Bericht der China Merchants Securities wird eine Einschätzung gemacht: Die kommerzielle Raumfahrt geht von der Ära der funktionalen Satelliten in die Ära der energiedriven Systeme über.

Genau in diesem Kontext hat Musk das Weltraumenergiesystem in den Vordergrund gerückt.

Es ist bekannt, dass Musk plant, SpaceX im zweiten Halbjahr dieses Jahres an die Börse zu bringen, um Kapital für das Weltraumenergiesystem und die Errichtung von Rechenzentren im Orbit zu sammeln.

SpaceX und Tesla haben das Ziel, in den Vereinigten Staaten eine Photovoltaikkapazität von 100 GW aufzubauen, von der ein beträchtlicher Teil für die Energieversorgung im Weltraum und in Rechenzentren verwendet werden soll. Dieser Umfang entspricht einem Viertel der gesamten Stromversorgung der Vereinigten Staaten.

Musk denkt, dass es besser ist, das Rechenzentrum im Weltraum zu errichten, da es auf der Erde schwierig ist, Strom zu erzeugen und Wärme abzuführen:

Die zukünftigen Gewinne von Rechenzentren im Weltraum werden nur höher sein. Die Nutzungsrate der terrestrischen Photovoltaik ist nicht sehr hoch, da die Sonne nur etwa die Hälfte des Tages scheint und oft von Wolken verdeckt wird.

Zurzeit gibt es theoretisch nur zwei Möglichkeiten, die Weltraumenergie in Produktivität umzuwandeln.

Eine Möglichkeit ist, im Weltraum Strom zu erzeugen und ihn in Form von Mikrowellen oder Laserstrahlen auf die Erde zurückzuschicken (drahtlose Stromübertragung). Die andere Möglichkeit ist, im Weltraum Strom zu erzeugen und die Rechenleistung direkt im Orbit zu platzieren und die verarbeiteten Daten über Lichtkommunikation auf die Erde zu übertragen.

Die NASA, die japanische JAXA und andere Länder haben in den letzten Jahrzehnten umfangreiche Forschungen über die drahtlose Stromübertragung durchgeführt. Sie planen, im geostationären Orbit große Solarstromfelder aufzubauen und die Energie über Mikrowellen oder Laserstrahlen an Empfangsstationen auf der Erde zu übertragen.

Aber genau hier liegen die Probleme. Die drahtlose Stromübertragung verursacht nicht zu vernachlässigende Energieverluste und erfordert riesige Empfangssysteme auf der Erde. Gleichzeitig sind auch eine Reihe von nicht-technischen Fragen wie die Frequenzvergabe, die Sicherheitsgrenzen und die internationale Regulierung beteiligt.

Selbst aus rein technischer Sicht handelt es sich eher um ein langfristiges Infrastrukturprojekt als um ein kurzfristig abgeschlossenes Geschäftsprojekt.

In der Bewertung der SBSP von der NASA, der Industrie und der Wissenschaft wird eindeutig festgestellt: Im absehbaren kommerziellen Stadium ist die effiziente und kostengünstige Rückübertragung der Energie der entscheidende Engpass.

Deshalb hat Musk sich für die zweite Option entschieden. Anstatt den Strom auf die Erde zurückzuschicken, treibt er die Rechenzentren im Orbit mit Photovoltaikpanelen an und muss nur die Daten auf die Erde übertragen.

Nicht nur Musk, sondern auch andere Unternehmen in der Branche haben kommerzielle Pilotprojekte angekündigt, wie das Projekt, Rechenzentrums-GPU in den Nahorbit zu bringen.

Beispielsweise haben Crusoe und Starcloud gemeinsam angekündigt, Nvidia H100 GPU in den Nahorbit zu bringen und einen von Solarenergie angetriebenen AI-Rechenzentrums-Satelliten aufzubauen.

Laut offizielle Berichten sollen diese AI-Satelliten zwischen Ende 2025 und 2026 gestartet werden. Sie sind die ersten kommerziellen Anwendungen, die planen, im Orbit Hochleistungsrechnungen direkt mit Photovoltaik anzutreiben, und stellen so einen geschlossenen kommerziellen Zyklus zwischen Photovoltaik-Energieversorgung und Rechenleistung dar.

Zur gleichen Zeit wird auch das explorative Projekt Project Suncatcher von Google vorangetrieben. Es plant, ab 2027 Prototyp-Satelliten mit speziell entwickelten TPU zu starten, um die Machbarkeit der Unterstützung von ML-Inferenz- und Trainingsaufgaben durch Orbit-Photovoltaik und Lichtkommunikation zu überprüfen.

Die Gemeinsamkeit dieser Projekte ist, dass die Weltraumphotovoltaik nicht mehr als eine Energieversorgungskomponente angesehen wird, sondern als Infrastruktur für hochwertige Nutzlasten. Das heißt, das Energiesystem der kommerziellen Raumfahrt beginnt sich zu verbessern.

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Welche Technologien werden benötigt?

Viele Menschen haben den Irrtum, dass die Entwicklung der Weltraumphotovoltaik einfach die Übertragung der Logik der terrestrischen Photovoltaik-Auslieferung in den Weltraum sei.

Aber die Bewertungssysteme sind völlig unterschiedlich: Die terrestrische Photovoltaik wird hauptsächlich anhand des Stromkostens pro Kilowattstunde bewertet, während die Weltraumphotovoltaik anhand von Leistung, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit beurteilt wird.

Das bedeutet auch, dass die Weltraumphotovoltaik von Anfang an kein Modulgeschäft ist, sondern ein Energiesystemprojekt im Rahmen der Raumfahrttechnik.

Das Kapital und die Ressourcen werden nicht gleichmäßig auf die Photovoltaikindustrie verteilt, sondern auf die Kernunternehmen konzentriert, die in der Lage sind, Konzepte in zuverlässige Projekte umzusetzen.

Deshalb gibt es bei der Verbesserung des Energiesystems der kommerziellen Raumfahrt mehrere parallele Technologierouten, wobei jeder Route unterschiedliche Kernkompetenzen und Werte entsprechen.

Eine Route ist das III–V-Mehrfachschichtsystem, repräsentiert durch Galliumarsenid.

Heutzutage wählen die meisten Satelliten und Weltraumstationen nicht das Silizium, das in der terrestrischen Photovoltaik üblich ist, sondern das III–V-Mehrfachschichtsystem (hauptsächlich Galliumarsenid, oft auf einem Ge-Substrat oder anderen Trägern), das bereits im Weltraum getestet wurde.

Dieser Typ von Batterien hat eine hohe Effizienz und eine kontrollierbare Abnahme der Leistung unter der AM0-Weltraumspektrum und wurde von vielen Satelliten und Weltraumstationen bestätigt.

Projekte, die kurzfristig eine große Anzahl von Panels im Orbit liefern möchten, werden das Weltraumspektrum-Mehrfachschichtsystem als erste Wahl oder als Übergangslösung wählen.

Die zweite Route ist die kostengünstige Verbesserung des Siliziums.

Die Transportkosten von Raketen sind extrem hoch, und jede Grammersparnis senkt die Startkosten direkt um Hunderte von Dollar. Die herkömmlichen Siliziumbatterien sind zu schwer, zu spröde und empfindlich gegen Strahlung.

Deshalb zielen die meisten Verbesserungen des Siliziums auf die Leichtigkeit, Flexibilität und Strahlenschutz.

Beispielsweise hat die Verbesserungsroute, repräsentiert durch HJT, in der Niederorbit-Umgebung eine starke Strahlenschutzfähigkeit und ein hohes Leistungsgewichtspotenzial. Unternehmen wie Orient Rising haben bereits kleine Mengen ausgeliefert.

Die Zielsetzung dieser Route ist nicht, das III–V-Mehrfachschichtsystem zu ersetzen, sondern eine kostengünstigere und leichter skalierbare Ergänzungsmöglichkeit in bestimmten Orbits und Anwendungsbereichen bereitzustellen.

Die dritte Route ist das neue System, repräsentiert durch Perowskit und Schichtverbunde.

Perowskitmaterialien können zu flexiblen Batterien wie Kunststofffolien verarbeitet werden, die wie eine Rolle aufgerollt werden können und in kleinen Fächern der Rakete transportiert werden können und erst im Zielorbit ausgebreitet werden. Dies hat Vorteile bei den Transport- und Installationskosten.

Zurzeit werden die Forschungen und Bewertungen zur Strahlenschutzfähigkeit von Perowskit rasch vorangetrieben. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass seine Strahlenschutzfähigkeit unter bestimmten Orbitbedingungen nicht schlechter ist als auf der Erde. Natürlich werden vor der großtechnischen Umsetzung noch mehr langfristige In-Orbit-Daten benötigt.

Die Leistung und die Stabilität von Perowskit-Solarzellen (PSCs) unter Weltraumbedingungen

Auch die Silizium-Schichtverbundtechnologie wird als eine der zukünftigen Haupttechnologierouten angesehen:

Indem man Perowskit auf hochwertiges Silizium oder Galliumarsenid aufbringt, kann man die Stabilität der unteren Schicht und die Leichtigkeit und Effizienz der oberen Schicht kombinieren, so dass es möglich wird, "im Weltraum effizient zu sein" in eine technische Realität umzuwandeln.

Es ist bekannt, dass Singfilm Solar im Januar 2026 flexible und ultradünne Perowskitmodule geliefert hat und plant, im 4. Quartal 2026 mit einer SpaceX-Falcon-Rakete zu starten und eine einjährige Weltraummission durchzuführen. Das bedeutet, dass die Schichtverbundtechnologie immer wichtiger wird.

Die Herstellbarkeit entscheidet, ob eine Route erfolgreich ist. In einem Bericht der China Merchants Securities wird festgestellt, dass das Energiesystem der kommerziellen Raumfahrt von der Herstellung von maßgeschneiderten Raumfahrzeugteilen zu einem modularen und serienmäßigen System übergeht.

SpaceX möchte beispielsweise Module, die in Serie und automatisiert hergestellt werden können, anstatt Proben, die jedes Mal manuell eingestellt werden müssen.

Der wichtigste Weg zur Industrialisierung von Perowskit ist das Roll-to-Roll-Verfahren oder ähnliche automatische Folienproduktionslinien. Dies erfordert nicht nur das richtige Materialformulat, sondern auch die gesamte Fertigungskapazität, einschließlich Vakuumbeschichtung, Beschichtung und Verkapselung. Dies entscheidet, wer mittelfristig die Aufträge erhalten kann.

Deshalb werden die kurzfristigen Aufträge eher auf zwei Technologiekombinationen ausgerichtet:

Eine Kombination ist das "Weltraum-Mehrfachschichtbatterie + Weltraummaterial" System, das auf dem Galliumarsenid/ Germanium-Epitaxiesystem basiert;

Die andere ist die kostengünstige Route, die auf der Verbesserung des Siliziums basiert.