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Solarofen, Betrieb und Anwendungen

Solarofen, Betrieb und Anwendungen

Ein Solarofen ist ein optisches System zur Bereitstellung konzentrierter Sonnenstrahlung. Die konzentrierte Energie des Sonnenlichts kann verwendet werden, um:

  • Einfaches Erhitzen eines Materials.
  • Alterungsversuche mit Kunststoff oder Farbe
  • Endotherme chemische Reaktionen
  • Ladeversuche mit mechanischen oder elektrischen Bauteilen.

Das Solarofensystem wird häufig in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt.

Der Unterschied zwischen dem Solarofensystem und einem Solarpanel besteht darin, dass das Solarpanel die Sonnenenergie direkt erfasst und umwandelt, während der Solarofen sie nur reflektiert und an einem Punkt konzentriert.

Wie funktioniert ein Solarofen?

Die Konzentrationskomponente eines Solarofens arbeitet grundsätzlich als beleuchtetes Glas. Aus technischen Gründen wird jedoch ein hohler oder parabolischer Spiegel verwendet, der das von der Sonne einfallende Licht auf einen Brennpunkt konzentriert.

Die reflektierende Oberfläche dieser Nabe kann zwischen einem Quadratmeter und mehreren 100 Quadratmetern liegen. Wenn größere Flächen benötigt werden, wird im Allgemeinen ein Heliostatfeld verwendet, bei dem mehrere flache Spiegel einem einzelnen Punkt Licht zuweisen.

Um eine optimale Beleuchtung des Konzentrators zu gewährleisten, muss der Heliostat kontinuierlich in der Sonne verfolgt werden. Dies geschieht durch eine Software, die ständig den aktuellen Sonnenstand berechnet. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Sensors zur Bestimmung des Sonnenstandes.

Für einen Solarofen mit Konzentrator gibt es drei Arten:

  • Direct Tracking Hub.
  • Stationär auf der Nabe mit Kettenheliostat.
  • Stationäre außeraxiale Nabe mit Kettenheliostat.

Bei größeren Hubs bestehen diese aus einzelnen Flachspiegeln. Sie können auch in einer Fresnel-Anordnung einzelner Fokusspiegel dargestellt werden.

Reflektierende Komponenten müssen bestimmte qualitative Kriterien erfüllen. Daher ist es wichtig, dass das Reflexionsvermögen so hoch wie möglich oder genau bekannt ist sowie die Dispersion der reflektierenden Oberfläche. Die zu reflektierenden Wellenlängen sind ebenfalls ein wichtiges Kriterium, wenn Sie beispielsweise die UV-Komponenten (A, B) des Sonnenlichts nutzen möchten.

Voraussetzung für eine effektive Konzentration ist direktes Sonnenlicht. Daher spielen die Wetterbedingungen am Standort eines Solarofens eine wichtige Rolle.

Anwendungen eines Solarofens

Die Strahlen werden auf einen Topfbereich fokussiert und können je nach installiertem Prozess eine Temperatur von 4.000 ° C erreichen, zum Beispiel:

  • Ungefähr 1000 ° C für Metallempfänger, die heiße Luft für die nächste Generation von Solartürmen produzieren.
  • Ungefähr 1400 ° C zur Erzeugung von Wasserstoff durch Abbau von Methanmolekülen.
  • Bis zu 2500 ° C zum Testen von Materialien, die in extremen Umgebungen wie Kernreaktoren oder Raumfahrzeugen für den Wiedereintritt in die Atmosphäre verwendet werden.
  • Bis zu 3500 ° C zur Herstellung von Nanomaterialien durch solarinduzierte Sublimation und kontrollierte Kühlung wie Kohlenstoffnanoröhren oder Zinknanopartikel.

Es wurde vorgeschlagen, Solaröfen im Weltraum zu nutzen, um Energie für industrielle Zwecke bereitzustellen.

Die Abhängigkeit von sonnigem Wetter ist ein begrenzender Faktor als erneuerbare Energiequelle auf der Erde, könnte jedoch mit thermischen Energiespeichersystemen zur Energieerzeugung an bewölkten Tagen oder in der Nacht kombiniert werden.

Es gibt auch kleine Solaröfen, in diesen Fällen ist die Temperatur am Konzentrationspunkt nicht so hoch. Sie werden beispielsweise zum Antrieb kleiner Stirlingmotoren oder Solarkocher verwendet.

Solarkocher

Das Solarofenprinzip wird auch zum Bau billiger Solarkocher und zur Pasteurisierung von Solarwasser verwendet.

Ein Solarkocher besteht im Allgemeinen aus einer oder mehreren Metallplatten, die wie ein Hohlspiegel angeordnet sind, so dass im Fokus Wärme erzeugt wird.

Solaröfen werden seit den 1960er Jahren als geeignete Alternative für sonnige Entwicklungsländer angeboten. Dies geschieht aus Gesundheits- und Umweltgründen. Schließlich setzt die Verwendung eines Solarofens weniger schädliche Gase frei als beim herkömmlichen Kochen auf Holz oder anderem Pflanzenmaterial.

Auch beim Kochen mit einem Solarkocher basieren sie nicht auf der Verwendung der Anlage oder fossilen Brennstoffen und reduzieren die Treibhausgasemissionen.

Die Akzeptanzrate von Solarkochern in Entwicklungsländern ist jedoch teilweise aufgrund wirtschaftlicher, kultureller und politischer Faktoren gering.

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Erscheinungsdatum: 17. Mai 2018
Geändert am: 14. April 2020