Institut für Energietechnik (IET)
HSR

HSaiR – Helvetic Solar Airship

Ein solar betriebenes Luftschiff an der HSR

Patrick Senn, EEU-Absolvent, Projektingenieur IET & MSE Student

Bild1: HSaiR Luftschiff beim ersten Testflug im August 2017 (Bild: HSR Kommunikation)

Abstract

Die Idee eines solar betriebenen Luftschiffes begleitete mich fast über mein ganzes Bachelorstudium im Studiengang Erneuerbare Energien und Umwelttechnik. Sie entstand anfangs 2015, als ich das Modul Teamkommunikation besuchte und entwickelte sich bis zur Umsetzung in der Bachelorarbeit im Frühlingssemester 2017. Heute hat das Luftschiff eine Länge von 13 m und einen Durchmesser von 1.9 m und besitzt seinen Standplatz gut sichtbar im Innenhof des neuen Forschungszentrums.

Entstehung der Idee

Im 2. Semester des EEU-Studiums besuchten meine Studienkollegen und ich das Modul Teamkommunikation bei Prof. Dr. Stefan Kammhuber. Die Aufgabenstellung im Frühlingssemester 2015 lautete: Teilnahme am Innovationswettbewerb „Solarenergie verbindet“ der Schweizerischen Solarbranche in zusammengewürfelten 4er-Teams. Die Ideensuche begann. Im Verlaufe einer Physikvorlesung stiessen wir zusammen mit Physikdozent Prof. Dr. Henrik Nordborg auf Thema Nutzung von Solarenergie auf einem Luftschiff. Aufgrund meiner beruflichen Vergangenheit als Flugzeugelektriker in der Aviatik faszinierte mich die Idee sehr und wir verwendeten sie für den Wettbewerb.

Bild 2: Erste Skizzen der Idee eines Solarluftschiffes

Erfolg am Innovationswettbewerb

Für den Innovationswettbewerb wurden eine technische Dokumentation und ein Plakat erstellt und beim Organisator Helvetic Energy eingereicht. Die Jury, bestehend aus Dozenten der ZHAW, HSLU und HSR, kürte die Idee mit dem ersten Platz. Zudem wurde die Idee am Solargipfel im Sommer 2015 vorgestellt und mit 5‘000.- CHF Preisgeld belohnt. Mit dieser Bestätigung im Rückennahm ich in den folgenden Semestern immer wieder Kontakt mit Dozenten der HSR auf, um die Idee weiterzubringen.

Studienarbeit

Prof. Dr. Henrik Nordborg erklärte sich bereit, mir im 5. Semester die Studienarbeit zum Thema Solar-Luftschiff zu ermöglichen. Nebst einer gründlichen Internet- und Patentrecherche und ersten groben Berechnungen versuchte ich Hersteller von Modelluftschiffen zu kontaktieren. So kamen wir ins Gespräch mit Alexander Mijatovic von Aero Drum Ltd. aus Serbien. Er hatte bereits erste Ideen für ein solar angetriebenes Luftschiff. Nun konnten wir das Know-How der Solartechnik und der Luftschifftechnik zusammenführen und berechneten den Prototypen. Am Ende der Studienarbeit stand ein virtuelles 3D-Modell, welches mit CFD-Simulationen auf eine gute Aerodynamik überprüft wurde. Zudem waren alle benötigten Komponenten bekannt.

Bild 3: CFD-Simulation des ersten 3D-Modells
Bild 4: Marketingbild des schlussendlichen 3D-Modells (Hintergrund: Gerry Pacher)

Bachelorarbeit

Nach dieser Vorarbeit in der Semesterarbeit war klar, dass ich für die Bachelorarbeit an diesem Thema dranbleibe. Vor Semesterbeginn reiste ich nach Belgrad zu Aero Drum Ltd. um die letzten Details zu besprechen und erste Tests an Komponenten vorzunehmen. Das Resultat war sehr positiv. Allerdings zeigte sich, dass die geplanten Solarmodule zu schwer waren. 

Dieser Umstand legte auch gleich den Grundstein für den Schwerpunkt meiner Bachelorarbeit. Einerseits suchte ich zusammen mit Prof. Christof Biba vom SPF Institut für Solartechnik nach Herstellern von Ultraleichtmodulen. Auf der anderen Seite baute ich selber Solarmodule aus monokristallinen Hochleistungszellen auf Carbon-Platten. Glücklicherweise bekundete die Schweizer Firma Flisom AG grosses Interesse an der Herstellung solcher Module und begann mit dem Bau von Prototypen. Als zweite grosse Herausforderung stellte sich die stark regulierte und zeitraubende Beschaffung für ein solch futuristisches Projekt heraus. 

Doch der Durchhaltewillen und die gute Vermarktung des Projektes wurden schliesslich belohnt - auch wenn das Luftschiff nicht mehr vor Ablauf der Bachelorarbeit in der Schweiz ankommen sollte. Kurz vor der Abgabe reiste ich erneut auf Belgrad, um in Zusammenarbeit mit Aero Drum Ltd. die letzten Vorbereitungen an der von ihnen gebauten Hülle vorzunehmen und die Komponenten zu installieren.

In den Sommerferien konnten wir das Luftschiff endlich an der HSR aufbauen und im August den ersten Testflug absolvieren, wenn auch noch ohne Solarmodule. Die Entwicklung von leichten und dennoch leistungsfähigen Solarmodulen hat sich als schwierig herausgestellt. Trotz kleinem Optimierungspotenzial ist das im Innenhof des neuen Forschungszentrums ausgestellte Luftschiff ein riesiger Erfolg.

Bild 5: Vorbereitung des HSaiR Luftschiffes für den Testflug (Bild: HSR Kommunikation)

Weiterführende Arbeiten

Das Luftschiff soll im Rahmen von weiteren Studien- und Bachelorarbeiten optimiert und weiterentwickelt werden. Optimierungspotenzial besteht beim elektrischen System und der aerodynamischen Steuerung um die vertikale Achse. Zusätzlich soll ein Autopilot entwickelt werden, sodass autonomes Fliegen über längere Zeit möglich sein soll. Um die Implementierung der Solarmodule kümmern sich das IET Institut für Energietechnik und das SPF Institut für Solartechnik zusammen mit der Firma Flisom AG.

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