Entwicklung und Bau eines Solarkollektors für Laborübungen Schriftliche Hausarbeit, vorgelegt im Rahmen der Ersten Staatsprüfung für das Lehramt der Sekundarstufe I von Stephan Auroyer Münster, den 27. Dezember 2006 Themensteller: Prof. Dr. Hein Institut für Technik und ihre Didaktik Westfälische Wilhelms-Universität Münster
58
Embed
Entwicklung und Bau eines Solarkollektors eine Messreihe zum Verständnis des Betriebsverhaltens erlaubt. 1.2. Die gesellschaftliche Relevanz regenerativer Energiequellen Die fossilen
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Entwicklung und Bau
eines Solarkollektors
für Laborübungen
Schriftliche Hausarbeit, vorgelegt im Rahmen der Ersten Staatsprüfung für
Abb. 7 Wirkungsgrad eines Kollektors in erster und zweiter Näh
α = 0,9
τ = 0,9
k1 = 3,5 W/m2K
k2 = 0,015 W/m2K
Pauf = 1000W/m2
erung
15
3. Ausgangsbedingungen und Geräteanforderungen Es soll das typische Betriebsverhalten einer Kollektoranlage studiert werden.
Aufgrund der zeitlichen Begrenzung bei Laborübungen (90 Minuten) und
der Trägheit thermischer Anlagen ist es kaum möglich, mehrere Messungen
durchführen zu lassen. In der Experimentieranleitung am Ende dieser Arbeit
wird also ein Auftrag stehen, bei dem das typische Betriebsverhalten mit nur
einer Messreihe erkennbar wird.
Zu den wichtigsten Eigenschaften gehören folgende Aspekte:
- Die Wassertemperatur im Speicher ϑ Speicher ist nicht an jedem Punkt
gleich. Das warme Wasser steigt auf, während das kalte Wasser
absinkt. Die Schichtung ist als linear zu betrachten und somit für
energetische Berechnungen durch den Mittelwert ϑ Speicher =
2untenoben ϑϑ +
zu ersetzen. Dies gilt nur, wenn die
Temperaturmesspunkte im gleichen Abstand über und unter der
Wassermittellinie liegen.
- Die Kennlinie der Wassertemperatur im Speicher hinsichtlich der
Zeit ϑ Speicher(t) ist eine Kurve, die sich einem Maximalwert annähert.
- Die Absorbertemperatur ϑ Abs ergibt sich aus dem Mittelwert des
Zulaufs ϑ zu und des Ablaufs ϑ ab, also ϑ Abs = 2
abzu ϑϑ + . Sie soll
auf diese Weise ermittelt werden, da der Absorber wie auch der
Speicher nicht an jeder Stelle die gleiche Temperatur aufweisen.
- Der Wirkungsgrad η der Anlage ist nicht konstant. Er sinkt mit
steigender Differenz der Absorbertemperatur gegenüber der
Umgebungstemperatur. Die Wirkungsgradkennlinie soll als Funktion
von x = auf
UmgAbs
P)( ϑϑ −
dargestellt werden.
3.1. Dimensionierung des Kollektors und der Strahler
Die ersten Überlegungen zur Dimensionierung der Anlage resultieren aus
Literaturangaben und bestimmten Vorgaben an die Mobilität.
16
In der Literatur wird der Wirkungsgrad eines Halogenstrahlers mit ca. 15 %
angegeben. Auch wenn sich diese Angaben nur auf die Lichtausbeute
beziehen, so sind sie doch ausschlaggebend für die Entscheidung vier
handelsübliche 500 Watt starke Halogenstrahler zu verwenden.
Der Kollektor soll möglichst groß, aber nicht unhandlich werden. Um gut
durch einen Türrahmen zu kommen, darf das Gehäuse mit den seitlichen
Anschlüssen 70 cm Breite nicht überschreiten. Mit der gleichen Höhe wird
eine Absorberfläche von etwa ¼ Quadratmeter2 erreicht.
Abb. 8 Dimensionierung des Kollektors und der Strahler
3.2. Dimensionierung des Wärmespeichers und des Wärmetauschers
Während die Strahler und der Kollektor von den räumlichen Gegebenheiten
abhängig sind, hängt die Größe des Wärmespeichers von der am Absorber
auftreffenden Strahlungsleistung Pauf ab. Hierzu werden erste Messungen mit
einem Kalorimeter3 durchgeführt.
2 Die Absorberfläche musste in der Breite leider auf 45 cm gekürzt werden. Wir arbeiten also mit 0,5m * 0,45m (= 0,225m2) Absorberfläche. 3 Daten und Zeichnungen des Kalorimeters befinden sich im Anhang.
17
Kalorimeter
Absorberfläche: 12 cm2
Tiefe: 10 cm
Volumen: 110 ml
Isolierung: Polyurethan-Schaum
Abb. 9 Das Kalorimeter
Über die Beziehung der Temperaturerwärmung ∆ϑ Kal kann die vom
Kalorimeter absorbierte Strahlungsleistung PKal ermittelt werden.
PKal = tQ∆∆ =
tmc Kal
∆∆•• ϑ
[PKal] = 1W
Die auftreffende Strahlung pro Quadratmeter Pauf ergibt sich aus:
Pauf = Kal
Kal
AP
[Pauf] = 1W/m2
Abb.10 zeigt, welche Leistung PKol auf unseren 0,225 m2 großen Absorber
treffen würde und wie diese Leistung von der Entfernung der Strahler
abhängt. Dabei gilt:
PKol = = aufPmm •• 22 45,05,0 aufPm •2225,0
[Pauf] = W/m2
PKol (s)
0100200300400500600
0 1 2 3[ s ] = m
[ P ] = Watt
Leistung proKollektorfläch
Abb. 10 Aufgenommene Leistung pro Kollektorfläche in Abhängigkeit der Entfernung der Strahler
18
Die zugehörigen Messreihen sind im Anhang aufgelistet. Auch wenn es sich
um eine saubere Hyperbel handelt, so sind die Messungen leider als zu hoch
einzuschätzen (vgl. Tab.1), da wir bei einem halben Meter Abstand
2162W/m2 Leistung erhalten. Die Strahler arbeiten aber mit maximal
2000Watt elektrischer Leistung.
Gründe hierfür können folgende sein:
- Die Kunststoffplatte vor dem Kalorimeter erwärmt sich bei geringen
Abständen auf über 80°C. Diese hohen Temperaturen können dazu
führen, dass das Wasser nicht nur von der runden schwarzen
Absorberfläche erwärmt wird, sondern auch von der Kunststoffplatte.
- Die vier Strahler senden keine parallelen Lichtstrahlen aus. Bei
geringem Abstand liegt das Kalorimeter in einem Kernstrahl. Ein
Rückschluss vom Kernstrahl auf einen Quadratmeter oder auf die
gesamte Kollektorfläche ist gerade bei geringen Abständen nicht sehr
genau.
Abstand Leistung auf Kalorimeter
Leistung pro m2
Leistung auf Kollektor Zeit Zeit
S PKal Pauf PKol ∆t 1 Liter ∆t 3 Liter
Meter Watt / 11,34cm2 Watt / m2 Watt / 0,225m2 Min Min
Auch wenn die Leistungsberechnungen nicht fehlerfrei sind, geben sie doch
gute Hilfestellungen für die Dimensionierung des Wärmespeichers. Die
letzten beiden Spalten in Tab. 1 sind Ergebnisse einer Überschlagsrechnung,
die die Zeit angibt, um ein bzw. drei Liter Wasser bei einem Wirkungsgrad
von 50% um ∆t = 30 K zu erwärmen. Die Abhängigkeit des Wirkungsgrades
von der Betriebstemperatur wird hierbei vernachlässigt. Die zugrunde
liegende Gleichung ist also lediglich:
19
tQ∆∆ = PKol =
tTmc
∆∆∗∗ ∆t =
KolPTmc ∆∗∗
Anhand dieser Überschlagsrechnung wurde ein drei Liter fassender
Wärmespeicher gebaut. Die ersten Messungen erforderten allerdings eine
Verkleinerung auf ein kleineres Fassungsvermögen.
Abb. 11 (links) Wärmetauscher für bis zu 4 Liter Wasser
Abb. 12 Wärmetauscher für 1 Liter Wasser
Abb. 13 (rechts) Wärmespeicher für 1 Liter Wasser
Der Grund für die Verkleinerung liegt in der Bedingung, dass nach
spätestens 90 Minuten die Temperaturkurve sichtbar werden soll. Es soll
schließlich nicht der Eindruck entstehen, der Temperaturanstieg verlaufe
linear.
3.3. Regelung des Einstrahlwinkels
Der optische Wirkungsgrad ηo gibt an, welcher Bruchteil der auftreffenden
Strahlung Pauf im Absorber in Wärmeleistung PAbs umgesetzt wird. Dieser
Zusammenhang gilt vorwiegend für senkrecht einfallende Strahlung. Die
Reflexionsverluste an der Abdeckung bei schräg einfallender Strahlung
werden nicht berücksichtigt. Um diesen Einfluss überprüfen zu können,
wurde vor dem Kollektor ein Winkelmesser (siehe Foto) befestigt. Mit
einem Faden kann nun der Winkel zu den Strahlern abgelesen werden. Da
der Wert des optischen Wirkungsgrades bis zu Winkeln von 50° in guter
Näherung gültig ist (vgl. LADENER, S.29), wird diese Messung aus
zeitlichen Gründen vorerst nicht durchgeführt.
20
3.4. Regelung der Fließgeschwindigkeit
Aus Punkt 2.1.4. ist bekannt, wie viel Wärmemenge ∆Q nötig ist, um eine
Flüssigkeit der Masse m um eine bestimmte Temperatur ∆ϑ zu erwärmen.
Die bekannte Nutzleistung Pnutz wird zum Erwärmen der kontinuierlich im
Absorber vorbeiströmenden Flüssigkeit verwendet.
Es gilt:
Pnutz = M * c * ∆ϑ
[M] = kg/s [∆ϑ ] = K
Mit ∆ϑ = ϑ ab - ϑ zu
Die Differenz ∆ϑ wird aus der Temperatur des Zulaufs ϑ zu und der
Temperatur des Ablaufs ϑ ab des Kollektors gebildet.
Soll das durchströmende Wasser um eine bestimmte Temperatur ∆ϑ erhitzt
werden und ist die Leistung Pnutz bekannt, so wird nun die Abhängigkeit der
durchströmenden Wassermenge deutlich:
M = ϑ∆•c
Pnutz
Geringe Temperaturdifferenzen erfordern einen hohen
Wärmeträgerdurchfluss. Hohe Temperaturdifferenzen erreicht man durch
geringe Fließgeschwindigkeiten. Der Volumenstrom kann also die
Absorbertemperatur und somit den Wirkungsgrad beeinflussen.
In unserer Anlage ist eine Drossel (siehe Foto) zur Regulierung der
Fließgeschwindigkeit vorhanden. Allerdings kann diese nicht genau
bestimmt werden, da die Anzeige ein herkömmlicher Wasserzähler aus der
Haustechnik ist. Er dient lediglich der Erkennung schneller und langsamer
Fließgeschwindigkeiten.
Abb. 14 (links) einfache Ausrichtung des Einstrahlwinkels
Abb. 15 (rechts) Drossel, Pumpe und Fließgeschwindigkeitsanzeige
21
4. Betriebsverhalten des Modells 4.1. Wichtige Hinweise vor der Inbetriebnahme
Befüllen des Wärmespeichers und Anschluss des Wärmetauschers
Der Speicher steckt in einem mit Polyurethan-Schaum (Montage-Schaum)
gefüllten Eimer. Die richtige Füllmenge Wasser wird mit einem Messbecher
dosiert. So kann über das Volumen auf die Masse geschlossen werden. Eine
genauere Befüllung ist durch Verwendung einer Waage gewährleistet.
Die Anschlüsse des Wärmetauschers befinden sich im abnehmbaren Deckel
des Speichers und sollten so angeschlossen werden, dass das Wasser aus
dem Kollektor erst oben durch die Spirale fließt. Diese Anschlussvariante
verhindert starke Verwirbelungen des Wassers und ermöglicht somit
sauberere Messungen.
Befüllen des Kollektorkreislaufs
Der Kollektorkreislauf wird über den Zulauf (3) befüllt. Hierzu wird ein
Gartenschlauch mit Schnappverschluss an einen Wasserhahn angeschlossen.
Der Zulauf (3) und beide Entlüftungsventile (2) und (8) müssen offen sein.
An den Enden der Entlüftungsschläuche sollte der Messbecher oder ein
anderes Behältnis zum Auffangen des überlaufenden Wassers stehen.
Ganz wichtig ist ein langsames Befüllen der Anlage, da sich sonst Luft in
den Rohren sammeln kann und die Pumpe nicht richtig arbeitet. Außerdem
entsteht bei zu schnellem Befüllen der Anlage ein zu großer Druck in den
Rohren, dem die Pumpe nicht standhält. Das Barometer sollte während des
gesamten Vorgangs beobachtet werden. Steigt der Druck kontinuierlich an,
sind wahrscheinlich die Entlüftungsventile verschlossen.
Wenn der Wärmetauscher und der untere Teil des Absorbers gefüllt sind,
tritt Wasser aus dem ersten Entlüftungsventil. Das Ventil kann nun
verschlossen werden. Etwas später wird Wasser aus dem oberen Ventil
fließen. Jetzt sollte erst der Zulaufhahn (3), dann der Wasserhahn und zum
Schluss das Entlüftungsventil (8) abgedreht werden, um ein Zurückfließen
des Wassers in den Gartenschlauch zu verhindern. Der Kollektorkreislauf ist
nun komplett gefüllt und entlüftet.
22
Abb. 16 Der Kollektor und seine Bestandteile
1) Kalorimeter 2) Entlüftungsventil unten 3) Hahn mit Gartenschlauchschnappverschluss zum einfachen Befüllen und Entleeren
des Kollektorkreislaufs 4) Volumenstromanzeige 5) Drossel zur Regelung der Fließgeschwindigkeit 6) Pumpe 7) Thermometer des Zulaufs (ϑ zu) 8) Entlüftungsventil oben 9) Thermometer des Ablaufs (ϑ ab) 10) Barometer 11) Thermometer im oberen Teil des Wärmespeichers (ϑ oben) 12) Thermometer im unteren Teil des Wärmespeichers (ϑ unten) 13) Wärmespeicher mit beiden Anschlüssen des Wärmetauschers
1. Zielsetzung In diesem Versuch sollen Sie Ihre Kenntnisse über die Wirkungsweise und das Betriebsverhalten von Sonnenkollektoren vertiefen und erweitern. Folgende Eigenschaften von Sonnenkollektoren sollen untersucht werden:
• Transmissionskoeffizient τ
• Thermische Verlustkoeffizienten k1 und k2 • Zusammenhang zwischen Wirkungsgrad, Absorbertemperatur
ergie und Leistung nenkollektors
ei
Freiburg.
• Absorptionskoeffizient α
und Umgebungstemperatur • Schichtung des Wassers im Speicher
2. Vorbereitungsschwerpunkte • Berechnung thermischer En• Funktionsprinzip eines Son• Die Kollektorgleichung in 1. und 2. Näherung • Arbeiten mit Excel (fehlende Variablen berechnen; Diagramme) Literatur: SPÄTE, F. u. LADENER H. (2003)8: Solaranlagen. Handbuch der
thermischen Solarenergienutzung. Ökobuch Verlag, Staufen b
34
2.1. Definitionen Pauf und Pnutz : Die auftreffende Leistung Pauf und die nutzbare
Leistung Pnutz sind allgemeine Leistungsangaben, die in Watt pro Quadratmeter Kollektorfläche angegeben werden. Einheit: 1W m-2
PKol und PSpeicher: Die Leistung PKol bezieht sich direkt auf den
Kollektor. Sie wird, wie auch Pauf, über das Kalorimeter bestimmt. Speicher ergibt sich aus dem
cher. Es sind speziell für die vorhandene . Einheit: 1 Watt
Die im Speicher umgesetzte Leistung PTemperaturanstieg ∆TSpei
teAnlage berechnete Wer
.2. Wichtige Gleichungen und Formeln
TAbs = (Tzu+Tab)/2 [ T ] = 1 °C
TSpeicher= (Toben+Tunten)/2 [ T ] = 1 °C
∆Q =
azität cWasser
P = ∆Q/∆t [ P ] = 1 W
grad ηo = α · τ
[ x ] = Km2/W
irkungsgrad η = PSpeicher / PKol
3. Versuchsdurchführung AC T
2
Temperatur am Absorber
Temperatur im Speicher
Änderung der Wärmemenge
Spezifische Wärmekap
c · m · ∆T [ Q ] = 1 J
≈ 4180 J kg-1 K-1
Leistung
Optischer Wirkungs
Reduzierte Temperatur x = (TAbs-TUmg)/Pauf
Kollektorgleichung 1. Näherung η(x) = α·τ – k1·x
W
η = Pnutz / Pauf
H UNG: Das Modell wird über einen Wasserhahn befüllt. Alle Entlüftungsventile müssen offen sein, da die Pumpe nicht für
arf nie mehr als 1,5 bar anzeigen. or dem Schließen des letzten Ventils unbedingt das Wasser
solch hohen Leitungsdruck gebaut wurde. Das Barometer dVabstellen.
Tiefe: 10 cm Volumen: 110 ml Isolierung: Polyurethan-Schaum Messpunkte:
Absorberfläche: 12 cm2
Speicher: Toben T untenAbsorber: Tzu TabKalorimeter: TKal 3.2. Messung aus 1 Meter Entfernung Messen Sie gleichzeitig die Temperaturen am Absorber (Tzu, Tab), im Speicher (Toben, Tunten) und im Kalorimeter TKal. In den folgenden Tabellen sind die Messpunkte fett markiert. Alle weiteren Werte können anhand der Formeln aus 2.2. berechnet werden. Das Kalorimeter dient der Bestimmung der auftreffenden Leistung Pauf bzw PKol. Es genügen Messwerte für t = 0min und t = 60 min.
Zeit Temperatur Kalorimeter
t TKalmin °C
0 24,3 60 31,8
F ormel Rechnung
∆t60 s 3600 ∆TKal K 7,5 T60 – T0 31,8 - 24,3 ∆QKal J 3449 c * m * ∆T 4180 * 0,11 * 7,5 P W 0,96 Kal ∆Q / ∆t60 3449 / 3600 Pauf Wm-2 800 PKal / FlächeKal 0,96 / 0,0012 PKol W 180 Pauf * FlächeKol 800 * 0,225
37
Die folgenden Messpunkte dienen der Bestimmung der Leistung im
icher und dem daraus resultierenden Wirkungsgrad
Temperaturen icher
Speicher PSpeη = PSpeicher/PKol.
Zeit im Spet T Tunten oben TSpeicher ∆TSpeicher ∆QSpeicher PSpeicher η
4. Auswertung a) Der maximale Wirkungsgrad wird nach 25 Minuten erreicht. Der
Absorber hat dann eine Temperatur von 1,25 3 °C. Bei dieser m
b ell ie Tob und n(t) in einem Diagramm dar. Die
mp tur im iche her em bestimmten Wert, den ie n bschätzen können. Was bedeutet das? ei Er ichen de Maxim temperatur dient die Eingangsleistung r d Ausg der ische Verluste. Für den irkun sgrad g t in dem all η(x) = 0.
c elle ie η gra dar:
ann eicht Anla en len Wirkungsgrad? e An ge hat i ren maxmg gs
Te peratur ist x=0.
) tTe
S en S en(t) Tunter näera Spe t sich ein
S ur aB re r alnu em leich therm nW g il F
) St n S (TAbs) phisch W err die ge ihr maximaDi la h imalen Wirkungsgrad, wenn die U ebun te ratur h d rbermpe gleic er Abso temperatur ist.
e du hschnittliche Umgebungstemperatur liegt also bei ca.Di rc ,2531 °C. Hier =0.
d ich Sie d emessene Kennlinie η (x):
e re zierte peramg gste ratur rbertemperatur und der ftre den L tung uadratmeter Kollektorfläche Pauf. r m male Wirkungsgrad liegt bei x = 0
ist x
) Ze nend
ie gT mDi u e tu x ergibt sich aus r
U ebunf n
mpee s
, Absopr Qau fe i o
De axi Km2/W. e aru rhalte ir bei erem ll negative Werte für x?
ir b len da odell kaltem Wasser aus der Leitung. Dadurch ist der Absorber in der Anfangsphase kälter als seine Umgebung und führt somit zu negativen x-Werten
f) Bei gegebenem Transmissionskoeffizienten τ ≈ 0,84 können Sie
nun aus dem Schnittpunkt mit der y-Achse, also bei x=0, den optischen Wirkungsgrad ηo ablesen und den Absorptionskoeffizienten α berechnen.
Bei x = 0 Km2/W gilt: η = ηo = α · _τ__
) WW
m eefül
n ws M
uns mit
Mode
α = ηo / τ ≈ 0,163 / 0,84 ≈ 0,19 g) Legen Sie eine Gerade g(x) durch den maximalen Wirkungsgrad
bei x=0 und durch die zwei darauf folgenden Messwerte. Aus der Steigung dieser Geraden ergibt sich der thermische
Verlustkoeffizienten k1. Es gilt die Kollektorgleichung in 1. Näherung η (x) = ηo – k1 · x
k1 ≈ 1,5 bis 2,5 W/m2K h) Wie könnte der Absorptionskoeffizient α verbessert werden? Eine selektive Beschichtung des Absorbers erzielt Werte von
α>0,9.
i) Wie könnte der TDurch Verwendung von eisenar
ransmissionskoeffizient τ verbessert werden? men Solarglas kann τ verbessert
j) 1
ste
Vie
werden.
Wie könnte der thermische Verlustkoeffizient k verbessert werden?
Durch eine bessere Isolierung können die thermischen Verlugering gehalten werden
l Erfolg !!!
41
6. Ausblick eines
Sonnenkollektors zur Analyse seines Betriebsverhaltens zu entwickeln. Alle
n
ennwerte sind auch die Schwachstellen deutlich geworden.
eispielsweise könnten die Koeffizienten α und τ durch einen professionell
sorber und durch Verwendung von eisenarmen Solarglas
verbessert werden. Einen besseren Einblick in das Betriebsverhalten würden
die Studierenden dadurch allerdings kaum erhalten.
Eine Fehlerrechnung der Messungen wurde nicht verlangt und auch nicht
durchgeführt. Dennoch sei darauf hingewiesen, dass es besonders bei den
thermischen Verlustkoeffizienten k1 und k2 erhebliche Fehler gibt, die
aufgrund willkürlicher Auslegung der Geraden entstehen.
Das unterschiedliche Verhalten der theoretischen und der gemessenen
Kennlinien (vgl.4.10.) bei negativen x-Werten hat sich bis zur Abgabe der
Arbeit leider nicht geklärt. Die Frage bleibt offen und sollte zur Diskussion
anregen.
Abschließend möchte ich allen danken, die mich bei dieser Arbeit unterstützt
haben. Insbesondere seien erwähnt:
Werkmeister P. Zurstraßen für seine praktischen Erfahrungen;
Meine Eltern für die finanzielle Unterstützung;
Rudolf Leye für lange physikalische Diskussionen;
Cornelia Klein für ihre sprachliche Kompetenz;
Edmund Glock für seine Hilfe beim Kollektorgehäuse;
Meine Schwester, Sibille Schöntauf, und alle Freunde, die mir immer wieder
Mut machten, trotz knapp werdender Zeit, weitere Verbesserungen
vorzunehmen.
Danke.
Das Ziel dieser Arbeit war ein funktionierendes Modell
zu Beginn gestellten Anforderungen wurden realisiert. Über die ermittelte
2 2 Rohre 15mm x 100mm Cu 3 9 Rohre 15 mm x 520mm Cu
4 1 Absorberplatte 2 mm Cu
Absorber mit Rohrführung
5 2 Endstücke für 15 x Rohre Cu
6 18 Verbindungsrohre 15 x 10 mm Cu
Zeichnung 1
Blatt 1
1
2
3
4
5
6
450
550 520 500
45415
8.2. Das Kalorimeter
Pos. Menge Bezeichnung Werkstoff
1 1 Rohr 10mm Cu 2 1 Rohr 40mm Cu
Maßstab 1:2
3 1 Holzkasten 120 x 80 x 80mm Holz
4 1 Füllung Polyurethan-Schaum
5 2 Abdeckung Cu
Das Kalorimeter
Zeichnung 2 Blatt
2
80
120 100
50
40
1
23
4
5
52
9. Bilder
Abb. 25 Frontansicht einer Schwerkraftkollektoranlagen in Keramoti in Griechenland (Quelle: eigene Erhebung 2006)
Abb. 26 Rückansicht einer Schwerkraftkollektoranlagen in Keramoti in Griechenland (Quelle: eigene Erhebung 2006)
53
Abb. 27 Schwerkraftkollektoranlage auf der Insel Thassos in Griechenland (Quelle: eigene Erhebung 2006)
54
10. Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 Flächenbedarf für eine solare Vollversorgung bei 10%
Wirkungsgrad (Quelle: WITZEL 1984) 5 Abb. 2 Das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung (Quelle:
STRAHLER 1999) 8 Abb. 3 Der Solarkreislauf (Quelle: ALBERS 2001) 10 Abb. 4 Der Kollektor (Quelle: Themeßl 2004) 11 Abb. 5 Wärmeverluste in Abhängigkeit der Absorberbeschichtung
(Quelle: Albers 2001) 11 Abb. 6 Optische und thermische Verluste am Absorber (Quelle:
Themeßl 2004) 12 Abb. 7 Wirkungsgrad eines Kollektors in erster und zweiter Näherung 15 Abb. 8 Dimensionierung des Kollektors und der Strahler 17 Abb. 9 Das Kalorimeter Abb. 10 Aufgenommene Leistung pro Kollektorfläche in Abhängigkeit
18 etauscher für bis zu 4 Liter Wasser 20
bb. 12 Wärmetauscher für 1 Liter Wasser 20 Abb. 13 (rechts) Wärmespeicher für 1 Liter Wasser 20 Abb. 14 (links) einfache Ausrichtung des Einstrahlwinkels 21 Abb. 15 (rechts) Drossel, Pumpe und Fließgeschwindigkeitsanzeige 21 Abb. 16 Der Kollektor und seine Bestandteile 23 Abb. 17 Skizze des Versuchaufbaus 24 Abb. 18 Temperatursteigerung ∆T (t) des Kalorimeters bei
unterschiedlichen Abständen 25 Abb. 19 obere und untere Temperatur im 1-Liter-Wärmespeicher bei 1m
Strahler-Abstand. 26 Abb. 20 Vergleich beider Anschlussmöglichkeiten des Wärmetauschers 27 Abb. 21 Wirkungsgrade mit verspäteten Maxima 29 Abb. 22 Erste Näherung und Messwerte 30 Abb. 23 Zusammenhang von Temperatur und Leistung 32 Abb. 24 Theoretischer und gemessener Wirkungsgrad 33 Abb. 25 Frontansicht einer Schwerkraftkollektoranlagen in Keramoti in
Griechenland (Quelle: eigene Erhebung 2006) 53 Abb. 26 Rückansicht einer Schwerkraftkollektoranlagen in Keramoti in
Griechenland (Quelle: eigene Erhebung 2006) 53 Abb. 27 Schwerkraftkollektoranlage auf der Insel Thassos in
Griechenland (Quelle: eigene Erhebung 2006) 54
18
der Entfernung der Strahler Abb. 11 (links) WärmA
55
11. Literaturverzeichnis
ALBERS, J., DOMMEL, R. u. a. (2001): Der Zentralhei
tungsbauer. Technologie. Verlag H ,
zungs- und
Lüf andwerk und Technik
m
CAMPBELL, C.J., LIESENBORGHS, F. u. a. (2003)2 IN: Global
as Ende des Erdölzeitalter
enbuch
Ver
en sowie
I
he Party’s Over. Das Ende der Ölvorräte und di
MINIST WEITERBILDUNG DES LANDES
fe I. Realschule
en
bei
aufen bei Feiburg.
nte.
Stra
Ha burg.
Challenges Network (Hrsg.): Ölwechsel. D s
und die Weichenstellung für die Zukunft. Deutscher Tasch
lag. München.
HAFNER B. u. KRÄMER P. (2002): Solarkocher. Grundlag
, praktische, sozioökonomische und ökologische Betrachtungen. SW
Bad Kreuznach.
HEINBERG, R. (2004): T e
Zukunft der industrialisierten Welt. Riemann Verlag, München.
ERIUM FÜR SCHULE UND
NORDRHEIN-WESTFALEN (1986): Sekundarstu .
Technik. Richtlinien und Lehrpläne. Schule in NRW Nr. 3317.
Ritterbach Verlag. Frechen.
SPÄTE, F. u. LADENER H. (2003)8: Solaranlagen. Handbuch der
thermischen Solarenergienutzung. Ökobuch Verlag, Staufen bei
Freiburg.
STENHORST, P. (1997)4: Heißes Wasser von der Sonne. Ein Leitfaden für
Planung, Kauf und Bau von Solaranlagen. Ökobuch Verlag, Stauf
Freiburg.
STRAHLER, A.H. u. STRAHLER, A.N. (1999): Physische Geographie.
Ulmer. Stuttgart.
THEMEßL, A. (2004) : Solaranlagen Selbstbau. Planung und Bau von 5
Solaranlagen – Ein Leitfaden. Ökobuch Verlag, St
WITZEL, W. u. SEIFRIED, D. (2004)2: Das Solarbuch. Fakten. Argume
tegien. Ökobuch Verlag, Staufen bei Freiburg.
56
57
Erklärung
58
Ich, Stephan Auroyer, versichere, dass ich die schriftliche Hausarbeit
selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und
Hilfsmittel benutzt habe. Alle Stellen der Arbeit, die anderen Werken dem
Wortlaut oder Sinn nach entnommen wurden, habe ich in jedem Fall unter
Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht. Das gleiche gilt auch
für die beigegebenen Zeichnungen, Kartenskizzen und Darstellungen.