„Hallo, erst mal, ich bin der Daniel.“ Wer auf das Videoblog der Solarautoteams aus Bochum klickt, sieht einen jungen Mann, ortsüblich gekleidet mit Cowboyhut und einem orangefarbenen Hemd. „Viertelstunde, wir sind total aufgeregt, dann geht’s los, und wir wollen gucken, dass wir direkt hinter Michigan hinterherkommen.“ Daniel ist für die Pressearbeit des Teams während des Solarautorennens zuständig, dem Happening für studentische Bastler aus aller Welt, die an diesem 13. Juli in Plano, Texas, an den Start gehen. Michigan darf als erstes los, und Fahrer Jeff bloggt über Mobiltelefon aus dem Auto: „Viel Glück allen 15 Teams.“ Man hilft sich, die Stimmung ist gut.
Und das, obwohl die Veranstalter nicht nur Autos wie aus einem Science-Fiction-Film und Partys am Straßenrand versprechen, sondern auch einen dramatischen Wettkampf. Das Ziel liegt rund 4.000 Kilometer entfernt, über Kansas City, Minnesota und Winnipeg fahren die Vehikel bis ins kanadische Calgary. Die Leichtbau-Solarautos verbrauchen dabei nicht mehr Strom als ein Haartrockner und sollen sich auf den Highways trotzdem zwischen Trucks und Geländewagen behaupten. Die Rennen sind immer auch Treffpunkt für viele alte Bekanntschaften. Denn der American Solar Challenge findet bereits zum vierten Mal statt. Alle zwei Jahre rollen die Wagen beim World Solar Challenge quer durch Australien um die Wette.
Die notwendigen Basteleien dienen dabei nicht unbedingt dem Fortschritt der Photovoltaik, sondern schlicht und ergreifend der Zulassung zum Wettkampf. Die Regeln sind nach dem letzen Rennen verschärft worden. 20 Studenten haben in Bochum den Wagen umgebaut. „Der Fahrer muss nun innerhalb von zehn Sekunden aus dem Auto kommen“, sagt Teammitglied Stefan Spychalski. Das machte einen neuen Öffnungsmechanismus notwendig. Um die Siegchancen zu erhöhen, arbeitete das Team aber auch an der Dichtigkeit des Autos, was die Aerodynamik verbessern soll. Die Scheibenwischer wurden aus- und eine Frontscheibe mit Lotus-Effekt eingebaut. Trotz Hightech – am ersten Tag plagte sie ein banaleres Problem. Wenn der Fahrer gleichzeitig bremste und blinkte, blinkte das Bremslicht mit. „Ein Widerstandsproblem“, erklärt Daniel vor laufender Kamera.
Weltraumtechnik im Einsatz
Was die eigentliche Technik angeht, sind die Optimierungsmöglichkeiten gering. „Beim Wirkungsgrad der Solarzellen gibt es nur geringe Verbesserungen“, sagt Spychalski. Wer zur ernst zu nehmenden Konkurrenz gehören möchte, muss Gallium-Arsenid-Zellen einsetzen, die sonst Satelliten mit Energie versorgen und für Einsätze auf der Erde viel zu teuer sind. „Wir bekommen die B-Ware“, sagt Spychalski, dessen Team aber immer noch 300.000 Euro bezahlen muss, um das Auto mit sechs Quadratmetern Hochleistungszellen auszustatten. „Diese Zellen haben einen Wirkungsgrad von 30 Prozent, vor fünf Jahren waren es auch schon 26 oder 27 Prozent.
Auch bei der Beschichtung der Zellen sind die Verbesserungen marginal. Zwar gelingt es laut Steve Hechtman, Teamsprecher von der Universität von Michigan, „immer besser, Reflexionen zu verhindern“. Reflektiertes, gespiegeltes Licht kann eben nicht in elektrische Energie umgesetzt werden. „Solche mikroprismatischen Beschichtungen gibt es allerdings schon seit einigen Jahren“, sagt Spychalski.
Was die Spreu vom Weizen trennt, lässt eine Nachricht vom zweiten Wettkampftag erahnen. „Das Wetter in Neosho ist sonnig“, posted Hechtmann. Glück für sein Team. Denn damit kann er die Batterie aufladen. Die meisten anderen Mannschaften, die doch auf der Strecke sind und die Stadt in Missouri noch nicht erreicht haben, leiden unter der Bewölkung in Texas und Oklahoma.
Strategie entscheidet
Weil inzwischen fast alle Teams Weltraum-Solarzellen und Spezialbeschichtungen benutzen, entscheiden mittlerweile nämlich andere technische Details über Sieg und Niederlage: etwa die Akkus. „Die Aufgabe ist, die effizienteste Batterietechnik zu finden“, sagt Hechtman, ohne sich allzu sehr in die Karten schauen zu lassen. Die Regeln des North American Solar Challenge geben keine Maximalkapazität für die Batterien vor, wohl aber ein Maximalgewicht: 30 Kilogramm. Stefan Spychalski ist besonders stolz auf die Batterietechnik im Bochumer Auto. „Wir haben einzelne Zellen gekauft, sie selbst zu Akkupacks verschaltet und dazu ein eigenes Batterieüberwachungssystem entwickelt.“ Letzteres ist eine Wissenschaft für sich, denn wie etwa Handy- oder Notebooknutzer wissen, ist eine verlässliche Füllstandsanzeige keine Selbstverständlichkeit. Also setzte sich das Studententeam mit Kennlinien und Alterungserscheinungen auseinander, um später bei anhaltender Bewölkung nicht mit dem Auto auf der Strecke zu bleiben.
Während des Rennens, das von Süd nach Nord einmal quer durch die USA bis nach Kanada führt, haben die Teams genug Gelegenheit, ihre Akkus auszureizen. Das ist vor allem eine Frage der Strategie, die sich beliebig aufwändig verfeinern lässt. „Beim letzten Rennen in Australien hat ein Team sogar Wetterballons steigen lassen“, sagt Spychalski. In den USA fahren teameigene Wetterbeobachtungsfahrzeuge den Solarautos 50 oder 100 Kilometer voraus. So kann die Mannschaft abschätzen, ob es sich lohnt, mit voller Akkulast schnell unter einem Wolkenfeld hindurchzufahren, oder ob keine Sonne in Sicht ist und es gilt, den Akku zu schonen. Denn der durfte nur vor dem Start in Texas vollgeladen werden.
Die meist studentischen Teams stecken viel Gedanken und Arbeit in Strategie und Technik. Doch so ausgefeilt die Sonnenflitzer mittlerweile auch sind – für die Entwicklung eines Solarautos in Massenproduktion liefern sie nur wenige Erkenntnisse. Zwar arbeiten viele Teams mit der Autoindustrie und der Elektrizitätswirtschaft zusammen. „Durch unser Feedback können sie ihre Produkte verbessern“, meint Hechtman und ist überzeugt, dass die Batterietechnik heutigen Elektroautos weit voraus sei. Allerdings gelten dort andere Kriterien. Während beim Rennen die Energiedichte der Batterien pro Kilogramm wichtig ist, zählen für alltagstaugliche Produkte auch Preis und Haltbarkeit.
Elektroautos profitieren
Elektroautos, nicht Solarautos, sieht auch Spychalski als Profiteure der Entwicklungen seines Teams. Mit den maximal sechs Quadratmetern nutzbarer Oberfläche könnten herkömmliche, bezahlbare Solarzellen maximal 1,2 Kilowatt an den Elektromotor liefern. „Kein Vergleich mit der Kilowattzahl heutiger Autos“, gibt der Forscher zu bedenken. Die Hightech-Solarautos bekommen immerhin 1,6 bis 1,8 Kilowatt von ihren Zellen geliefert. Mit der Leistung eines Föns rasen sie mit mehr als 100 Kilometern pro Stunde über die Straßen. Die Durchschnittsgeschwindigkeit liegt allerdings darunter. Letztes Jahr in Australien fuhren die Bochumer im Schnitt 74 Stundenkilometer.
Für ein erschwingliches Produkt ist eine solche Effizienz nicht realisierbar. Das merken die Studenten, wenn sie mit ihren Erfahrungen aus dem Solarautobau als Ingenieure in die Industrie gehen: „In der Automobilindustrie ist es sehr schwierig, Neuerungen einzuführen“, sagt Spychalski. Wenn die Hochschulabsolventen etwa begeistert von ihren Erfahrungen mit Radnaben-Elektromotoren berichten, die direkt in ein Rad eingebaut werden und Gestänge und Getriebe überflüssig machen, scheitert es schon am Ansprechpartner: „Die werden von der Elektroabteilung zur Motorabteilung und weiter zur Fahrwerksabteilung geschickt“, sagt Stefan Spychalski. Dennoch hofft er, dass seine Teamkollegen Ideen aus der Arbeit am SolarCar mit in die Wirtschaft nehmen.
An ihre späteren Jobs denken die Strategen, Konstrukteure und Fahrer beim North American Solar Challenge jetzt noch nicht. „Die Strategie für den heutigen Tag ist einfach, schnellstmöglich und mit leeren Batterien ankommen. Jedes Watt verbleibende Leistung bedeutet verschenkte Zeit“, schreiben sie in ihrem Blog. Michigan wird schließlich Erster, Principia College Zweiter, Bochum Dritter. Damit gehören sie zu den fünf Teams, denen auf den rund 4.000 Kilometer auch bei Regen und Sturm nie der Saft ausgegangen ist. Alle anderen Solarauto-Teams haben es nicht geschafft, die Sonne im Tank so zu einzuteilen, dass ihre Autos unter den Wolken hindurchflitzen konnten.
