Ein Solarhelm mit organischen Solarzellen liefert Strom

Wer auch beim Wintersport ständig erreichbar sein will, Musik, vielleicht sogar in Stereoqualität, mit einem speziellen Headset, hören möchte, hat meist Probleme mit einer stetig verfügbaren, kostengünstigen Energieversorgung. Viele dieser Wintersportler können jetzt aufatmen. Sie brauchen zukünftig keine Steckdose mehr, um den Akku ihrer Mobilgeräte aufzuladen. Das Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, IZM, hat, in Zusammenarbeit mit der TU Berlin und dem Unternehmen TEXSYS, einen Skihelm entwickelt. Dieser wandelt Sonnenenergie in Strom um. Voraussichtlich wird der Helm, der 2012 erstmalige in einer Kleinserie auf den Markt kam, rund gerechnet 300 Euro kosten. Die Solarmodule sind einzeln, je nach Spezialanfertigung, zu etwa 100 Euro erhältlich.

Ein dreidimensionales Solarmodul wurde erstmals an die gekrümmte Form eines Helms angepasst, ohne dass dabei seine Robustheit und Leistung auf der Strecke blieben. Auf dem Skihelm montiert, ist es nahezu unsichtbar. In den Helm wurde ein Kommunikationsmodul eingearbeitet. Was sich, zugegebenermaßen, noch etwas futuristisch liest, lässt sich, so die Entwickler, noch auf andere mobilen Geräte, wie Smartphone oder MP3-Player, erweitern. Das Anschließen des gesamten Systems erfolgt kabellos, über Bluetooth. Besonders bei extrem kaltem Wetter ist angenehm, dass der Nutzer, wenn er einen Anruf tätigen oder entgegennehmen oder die Geräte bedienen will, die speziellen Bluetooth-Handschuhe nicht ausziehen muss. Das komplette Kommunikationssystem hat so gut wie kein Eigengewicht und ist, ganz ohne lästige Kabel, direkt in die Skiausrüstung integriert.

Wie funktioniert der Skihelm mit Solartechnik?

Durch immer mehr Unfälle beim Ski laufen, die mit einem Helm vermeidbar gewesen wären, kommt auch eine Pflicht zum tragen von Skihelmen in das Gespräch. Eine zusätzliche nützliche Komponente bietet der Helm, der eigene Solarmodule hat. Damit die Energieversorgung bei jedem Wetter vollständig gewährleistet ist, müssen großflächige Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad (>20 Prozent) eingesetzt werden. Möglich wird dies erst über das neu entwickelte Solarmodul des Fraunhofer IZM, dass an die gebogene Fläche des Skihelms angepasst werden kann. Bisher konnten nur kleine Solarmodule auf unebenen Oberflächen integriert werden. Selbst Solarmodule in Folienform erwiesen sich, da sie nur in eine Richtung biegbar sind und einen zu niedrigen Wirkungsgrad haben, als ungeeignet. Die neuen, speziell für Skihelme entwickelten Solarmodule, haben eine neue Aufbau- und Verkapselungstechnologie. Es wurden hochwertige Solarzellen, aus einkristallinem Silizium, in sehr kleine Einzelchips eingelassen. Diese wurden an die dreidimensionale, gekrümmte Form angepasst. Durch diese Art der Verarbeitung bricht die Einzelzelle, die eine starke punktförmiger mechanischer Belastung hat, nicht so leicht. Zusätzlich ist durch die die Auslegung der Solarzellen die einwandfreie Funktion auch dann gesichert, wenn eine Zelle ausfällt. Ein Nachladen aus dem Stromnetz ist, so loben die Entwickler, nahezu überflüssig. Wenn der Helm nicht genutzt wird, können Geräte wie Smartphone oder MP3-Player, direkt über den Akku aufgeladen werden.

Mögliche Anwendungen des flexiblen Solarmoduls

Natürlich können die neuen Module, da sie sehr unempfindlich sind, auch in anderen Outdoorausrüstungen eingearbeitet werden. Die kompakte Einheit der Stromversorgung wurde aus den einzelnen Elementen aus Solarmodul, Elektronik und Speicher entwickelt. Es kann leicht an alle gekrümmten Oberflächen, wie zum Beispiel Reithelme, Rucksäcke, Kleidung oder Karosserieteile angepasst werden. Günstig ist auch ein nachträgliches Aufrüsten von gängigen Helmen mit dem Solarmodul. Ein Einsatz, sogar mit Lüfter, ist überall da denkbar, wo Headsets im Helm schon jetzt täglich eingesetzt werden. Etwa bei Motorradhelmen, bei Helmen auf dem Bau, oder bei Helmen für Rettungskräfte.

Herausforderungen die sich den Entwicklern stellten

Es war, laut Experten, nicht einfach eine Speichereinheit zu entwickeln, die sich den extremen Temperaturen auf der Skipiste und den Anforderungen des Akkus anpassen kann. Denn während sich die Leistung der Solarzellen bei tiefen Temperaturen verbessert, nimmt die Leistung des Akkus bei Kälte stark ab. Bei Temperaturen unter 0°C ist das Aufladen des Akkus sogar nur schlecht bis gar nicht möglich. In dieser Situation greift die eigens entwickelte Mikrokontrollersteuerung. Sie passt das Laden des Akkus und die Ladeelektronik bis in den Temperaturbereich von -30°C bis +60°C, an. Eine Nutzung der in den Helm integrierten Kommunikationsmodule ist so gut wie in jeder Situation möglich, da die Energieversorgung, wenn das Licht ausreicht, direkt über das Solarmodul, mittels Maximum-Power-Point Tracking, erfolgt.