Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
Die wichtigsten Parameter
10
der behandelten Lichtkonzentratoren sind noch einmal in
der Tab.
6.6
zusammengestellt. Der Heliostat ist erst dann interessant, wenn sich die hohen
Temperaturen im Absorber erreichen lassen und damit Solarenergie direkt in chemische
Energie umgewandelt werden kann, wie es auch in der Fotosynthese geschieht, allerdings
mit sehr viel kleinerem Nutzungsgrad. Neben der Konstruktion des Absorbers, der bei den
erforderlichen Temperaturen thermisch und mechanisch stabil bleiben muss, ist die Aus-
legung der Spiegelelemente von großer Bedeutung.
6.4.1 P-Ebene: Die optischen Eigenschaften von Linsen und Spiegeln
Das entscheidende Element in einem Lichtkonzentrator ist der Spiegel oder die Linse, mit
deren Abbildungseigenschaten wir uns im nächsten Abschnitt beschätigen wollen.
Spiegel und Linse als Lichtkonzentrator
Wir werden zunächst den theoretischen, maximal möglichen Grenzwert
c
()
max
der
Licht-
konzentration
eines Flächenkonzentrators berechnen. Dieser ergibt sich aus der Energie-
erhaltung, wenn die Strahlungsintensität der Sonne mit der Oberfläche
A
⊙
=
πr
auf eine
im Sonnenmittelpunkt zentrierte Kugelfläche mit Abstand
d
fällt. Ist
d
>
r
⊙
, so wird die
Intensität reduziert auf einen Wert
I
d
=
I
⊙
(
r
⊙
/
d
)
⊙
. Ein Flächenkonzentrator kann diese
Reduktion im günstigsten Fall rückgängig machen, das heißt für die maximale Lichtkon-
zentration ergibt sich
d
r
⊙
)
c
()
max
=(
.
(6.54)
Das konzentrierte Licht fällt auf einen Absorber, der im Grenzfall ein
thermisches Gleich-
gewicht
mitderSonneerreicht.Dasbedeutet,erverhältsichwie ein
schwarzerKörper
,der
die gleiche Energiemenge, die er von der Sonne erhält,auch an diese wieder zurückgibt und
dessen Temperatur daher gleich der Sonnentemperatur ist:
T
a
=
gilt für einen Flächenkonzentrator, bei dem die Konzentration in 2 Dimensionen erfolgt.
ErfolgtdieKonzentrationnurineinerDimensionmithilfeeinesLinienkonzentrators,dann
gilt entsprechend
√
c
()
d
r
⊙
c
()
max
=
=
.
(6.55)
max
Wir nehmen jetzt an, dass sich die Erde im Abstand
d
vom Sonnenmittelpunkt befindet.
Aus der Geometrie des Erde-Sonne-Systems, wie es in Abb.
6.25
dargestellt ist, ergibt sich
d
r
⊙
=
sin Φ
⊙
.
(6.56)
10
In Abschn.
6.5
lernen wir, dass wegen der Leistungsverluste der Wirkungsgrad mit steigender Ab-
sorbertemperatur abnimmt und relativ um so weniger Leistung dem Absorber entnommen werden
kann, je höher seine Temperatur ist.
