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Solarkonzentrator

Solarkonzentrator

Ein Solarkonzentrator ist ein Konzentrierungssystem von Sonnenenergie, mit dem Sonnenenergie in thermische Energie umgewandelt wird. Ihr Betrieb basiert auf der Ausnutzung der Reflexion der Sonnenstrahlen, die durch reflektierende Oberflächen (im wesentlichen von Spiegeln) erhalten werden, um sich auf einen Empfänger von eingeschlossener Größe zu konzentrieren. Ähnlich wie ein Vergrößerungsglas, das sein Licht auf einen Punkt fokussiert, reflektieren die Konzentratoren das Sonnenlicht mittels einer Anordnung von Spiegeln, die auf eine Linse ausgerichtet sind, die diese Energie für ihre Verwendung aufnehmen kann.

Im Allgemeinen wird Wärme in mechanische Energie mittels einer Wärmekraftmaschine (typischerweise einer Dampfturbine) umgewandelt, mit der die Antriebswelle verbunden ist (entweder integral oder durch mechanisches Getriebe).

In einem Sonnenkonzentrations-System werden im Vergleich zu den klassischen Flachkollektoren folgende Vorteile erzielt:

  • Energie: ausdrückbar in Bezug auf die solare Wärmeumwandlungseffizienz (da die Verluste durch Konvektion und Strahlung direkt proportional zu der Fläche des Empfängers sind, die definitionsgemäß kleiner ist als die Fläche des Reflektors). Nach den Gesetzen der Thermodynamik.
  • Wirtschaftlich: Baukosten bewegen sich hauptsächlich auf reflektierenden Flächen und relativen Zeigegeräten.

Arten von Solarkonzentratoren

Es gibt zwei Arten von Solarkonzentratoren, die es ermöglichen, die Leistung der Solaranlage zu maximieren:

  • Zylindrische parabolische Solarkonzentratoren. Diese Konzentratoren haben eine einzigartige Krümmung; Aus diesem Grund werden sie "2D" -Konzentratoren genannt, weil sie "zweidimensional" sind. Mit diesem System können Durchschnittstemperaturen im Brennpunkt von 200-300 ºC erreicht werden.
  • Die parabolischen Solarkonzentratoren der Revolution. Diese Konzentratoren haben eine doppelte Krümmung. Aus diesem Grund werden sie "3D" oder dreidimensionale Konzentratoren genannt. Diese Systeme erlauben Temperaturen sogar höher als 3000 ºC.

Sonnenverfolgung

Eine der Schwierigkeiten dieser auf Solarkonzentratoren basierenden Systeme besteht darin, zu jeder Tageszeit sicherzustellen, dass die Sonnenstrahlung parallel zur Achse des Paraboloids fällt.

Dazu wird ein System zur Verfolgung der scheinbaren Sonnenbewegung (Tracking) benötigt, das von einem Kontrollsystem gesteuert wird. Dieses System wird im Wesentlichen durch einen Kollimator oder ein enges Rohr gebildet, in das die Strahlung eintritt, die an der Unterseite eine photovoltaische Zelle aufweist. Wenn der Konzentrator auf die Sonne ausgerichtet ist, erreicht die Strahlung den Boden der Kollimatorröhre und die photovoltaische Zelle erzeugt Elektrizität. Wenn dies nicht geschieht, wird eine Rotation des Konzentrators erzeugt, bis die Zellspannung wiederhergestellt ist.

In kleinen Solarkonzentratoren, wie einem Solarkocher, kann diese Überwachung der scheinbaren Sonnenbewegung mit einem direkt am Konzentrator angebrachten Tracking-System gewährleistet werden (oder sogar seine Position kann jedes Mal von Hand eingestellt werden).

Aber in großen Solarkonzentratoren ist die Technologie kompliziert. In diesen Fällen treten Deformationen der parabolischen Oberfläche auf, die die Operation beeinflussen.

In diesen Fällen werden ein oder mehrere ebene Zwischenspiegel, sogenannte Heliostaten, verwendet.

Ein Konzentratorsystem hat dann zwei Reflexionen: Die erste, von Sonnenlicht auf der reflektierenden Oberfläche des Heliostaten, und dann wird dieser reflektierte Strahl erneut in dem Konzentrator reflektiert, der durch die fokale Umgebung hindurchgeht. Diese beiden Reflexionsgrade verursachen einen Intensitätsverlust, da in jedem Schritt ein Anteil der Sonnenstrahlung vorhanden ist, der nicht reflektiert (absorbiert oder gebrochen) wird.

Die Vorteile der Bewegung von flachen Heliostaten überwiegen jedoch diesen Reflexionsverlust.

Anwendungen von Solarkonzentratoren

Die Anwendungen von Solarkonzentratoren sind vielfältig. Die häufigste Verwendung ist die Erzeugung von Strom, aber es gibt auch Solaranlagen, die in der metallurgischen Industrie für den Einsatz Sonnenstrahlung nutzen oder genutzt werden können Solarkocher zu schaffen.

Stromerzeugung

Die Stromerzeugung ist die am weitesten verbreitete Anwendung von Solarkonzentratoren. Zu diesem Zweck können 2D- oder 3D-Solarkonzentratoren synonym verwendet werden, aber die Technologien sind anders.

Im Fall von Solarkonzentratoren 2D beschränkt Fluid strömt durch die Rohre, die die Brenn erhitzte Umgebung bei Temperaturen von etwa 200 ° C und in Dampf entsprechen.

Auf der anderen Seite wird in 3D-Solarkonzentratoren Strom erzeugt, der im Brennpunkt eine thermische Maschine platziert, die in der Lage ist, Wärme in Elektrizität umzuwandeln, zum Beispiel einen Stirlingmotor mit wasserstoffgekühltem Kreislauf.

Solarkocher

Mit kleinen 3D-Konzentratoren können Solarkocher realisiert werden. Der Konzentrator kann zwischen 80 cm und 2 Meter haben. Im Fokusbereich befindet sich eine "Hornalla", in der der Behälter mit dem zu präparierenden Inhalt gelagert wird.

Industrielle Anwendungen

Solarkonzentratoren ermöglichen die Nutzung von Solarenergie in mehreren industriellen Anwendungen, wie z. B. in der metallurgischen Industrie.

Die hohen Temperaturen, die im fokalen Umfeld in großen 3D-Konzentratoren erreicht werden, erlauben den Einsatz für metallurgische Anwendungen wie die Gewinnung von Legierungen für die Industrie.

Geschichte der Solarkonzentratoren

Bereits in der Antike, es wird gesagt, dass Archimedes von Syrakus die Römer abzustoßen geführt wird, die versucht, die sizilianische Meer Stadt zu belagern, rudimentär Solarkonzentratoren aus polierter Bronze Schilde erhalten werden.

Besonders im späten neunzehnten und frühen zwanzigsten Jahrhundert wurden viele Maschinen mit Solarkonzentrationssystemen gebaut. Dieser positive Schritt zur umfassenden Nutzung von Solarenergie Ansatz gestoppt jedoch aufgrund der Einführung von Öl und dem Ersten Weltkrieg, und dann wieder in den frühen 70er Jahren nach der Ölkrise von 1973

Bisher sind wir von einer Testphase zu einer Vor-Kommerzialisierung von CSP-Anlagen, hauptsächlich zur Stromerzeugung, übergegangen. Es wird auch eine neue Klasse von Pflanzen Schwellen CPV-Konzentration (auf Englisch konzentriert PV) genannt, in der Lage zu maximieren und die Verwendung von hocheffizienten Solarzellen, wie Mehrfachsolarzellen zu machen, ist vorteilhaft.

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Geändert am: 21. Februar 2018

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