Thema: PV-Modul per Spiegelsystem mehrfach belichten... Nachteile?

Hallo

Ich überlege aus verschiedenen Gründen wie man für verschiedene Anwendungen Spiegelsysteme basteln müßte um Solarerträge zu vergrößern.

Für (Flachplatten)Solarstirlingmaschinen (hab nur ein Modell vom Flachplattenst. System Kolin hier) bringt das natürlich enorme Leistungsschübe weil sich neben der Wärmeleistung auch der Wirkungsgrad (3.Potenz der Temperaturdifferenz) vergrößert.

Aber auch die PV-Module sind (unverschämterweise immer noch) so teuer daß es sich vielleicht lohnen würde sie lichttechnisch mehrfach zu nutzen.
Ich schätze daß Spiegelsysteme und evtl Nachführungen immer noch billiger sind als zusätzliche Module.

Bisher sind mit als Nachteil nur die Wirkungsgradverluste durch die höhere Temperatur eingefallen.
Hab aber im Moment keine genauen Informationen wieviel das ausmacht.

Haben die gängigen PV-Module (hierfür würde ich eins mit hohem Wirkungsgrad nutzen, ansonsten bin ich eher Dünnschichtfan) eine maximale Stromabgabe auch bei sagen wir der dreifachen Beleuchtungsstärke?
Wie würden sich diese Module bei der Verdreifachung der Bestrahlung verhalten?
3-fach sollte eher unproblematisch zu verwirklichen sein.
Aufm Papier funktionierts schon......

rap

rap hat Folgendes geschrieben:

Hallo Für (Flachplatten)Solarstirlingmaschinen (hab nur ein Modell vom Flachplattenst. System Kolin hier) bringt das natürlich enorme Leistungsschübe weil sich neben der Wärmeleistung auch der Wirkungsgrad (3.Potenz der Temperaturdifferenz) vergrößert.

Seit wann denn das??? Kann das nicht nachvollziehen. (das mit der 3.ten Potenz)

Professor Kolin gibt für die Berechnung der Leistung seines Flachplattenmotors folgende Näherungsformel an (Quelle: Stirling-Maschinen, Werdich/Kübler):

P = V x (delta T)^3 / 2 / 10^5 V in Liter oder dm^3, P in Watt

*edit!: heißt natürlich daß nicht der Wirkungsgrad mit der 3. Potenz ansteigt sondern die Leistung!
Die obige pragmatische Formel ist wohl durch Versuche ermittelt worden (mit Absicherung aus der Theorie...) und gilt laut Buch auch nur für niedrige Temperaturen.
In dem delta T^3 steckt natürlich alles mögliche mit drin...
Aber trotzdem steckt darin wohl das größte Potential bei dieser speziellen Bauart. *


Meine Kolin Maschine läuft in der Sonne mit ca 120 U/min.
Ich hab wohl zuviel Stahlwolle in den Regenerator gepackt, das kostet durch das Gewicht Leistung.
War auch der erste Prototyp.....

Mit einfachen Spiegeln könnte ich die Solarfläche verdreifachen was einen deutlichen Leistungsschub bringen sollte und man könnte sogar was kleines antreiben.
Mit einem optischen System wäre sogar noch mehr Fläche drin.

Da schöne am Kolinsystem ist auch daß man fast die gesamte Maschine aus Holz bauen kann. Nur die Front/Rückfläche aus Stahlblech, die Lager und noch ein bißchen was mehr....
Bei der geringen Wärmelast und Dicke ist das Material bzw Wärmedurchgangskoeffizient desselben der warmen und kalten Seite nicht so wichtig.
Der Unterschied zwischen Stahl und Kupfer bewegt sich im 1/10tel Gradbereich Unterschied auf der Innenseite des heißen Frontblechs.



Interessant wäre ein Alpha-Ringbom-Motor mit einer (Gas)Feder statt dem Triebwerk.

Bei geschickter Auslegung könnte man so vielleicht einen Stirlingmotor bauen der aussieht wie ein geschlossenes Stück Rohr.
Davon abgehend 2 Wasseranschlüsse und ein Stromanschluß.
Stromerzeugung über den Kolben als Lineargenerator, Kühlung zB durch den Heizungsrücklauf.
Im Prinzip 2 bewegliche Teile. Sollte nicht zu teuer werden
Da keine Wärme verlorengeht kann auch auf das letzte Quentchen Wirkungsgrad zugunsten des Preises verzichtet werden.

Wärmequelle: jede beliebige Heizung in die der Erhitzerkopf geschoben wird.

So könnte man auch mit einem Kachelofen Strom erzeugen.....
Jede Heizung ein bezahlbares Blockheizkraftwerk.

Dann müßten nur noch die Stromversorgungsunternehmen dieses ein- und ausschalten dürfen wenn sie Strom brauchen für die Spitzenlast etc.
Sie verpflichten sich einmal am Tag eine Wärmespeicher vollzuladen.
Bei ein paar hunderttausend solcher Kraftwerke wären einige Probleme gelöst.


*edit: also zusätzlich nochmal zurück zum Ausgangsthema: das wievielfache an Leistung würde wohl eine PV-Zelle bei der Bestrahlung mit der dreifachen Sonnenstrahlung abgeben?*

Der Stirling ist zwar nahe am Carnot-Prozess aber nicht besser. Einen Überblick zum Wirkungsgradverlauf siehst du hier:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/4/47/Carnot-eta.PNG...

Die Formel kann so nicht stimmen, da die Kürmmung der Kurve schon falschrum ist.

Welches Moment liefert deine Maschine denn bei den 120 U/min?

Die Formel bestimmt die Leistung, nicht den Wirkungsgrad.

Sie gilt nur für den bestimmten Kolinflachplattenmotor für kleine Temperaturunterschiede.

Ich habe sie einfach aus dem besagten Buch abgeschrieben.

Sie ist vermutlich empirisch aus praktischen Versuchen ermittelt worden.

Vermutlich gibt es in dem entsprechenden Buch von Kolin eine Beschreibung. Dieses liegt mir nicht vor.

Das Moment des Motors habe ich nicht gemessen.
Ich habe den parallel zu meinem damaligen Studium einfach mal so gebaut.

Hallo rap !

Ich habe das Prinzip mit Siliziumzellen getestet und folgende
Ergebnisse durch gerichtete Zusatzspiegel:
Doppelte Erntefläche => 1,5 bis 1,8 fache Leistung
Dreifache Erntefläche => 1,8 bis 2,2 fache Leistung
Es wurde jeweils links und rechts ein Spiegel fest angebracht und mit nachgeführt.

Das System arbeitete mit einer zweidimensionalen Nachführung und die höheren Werte erreicht man mit Zusatzkühlung.

Weiterhin wirkt der erhöhte Strom nachteilig auf die dafür zu dünn ausgeführten Leiterbahnen auf den Zellen.
Weiterhin geht Licht durch Reflexion verloren.

Gute Ergebnisse habe ich mit selbsgefertigten/geschnittenen Zellen
mit zusätzlichen Leiterbahnen.
Das ist aber extrem aufwändig, wenn man von null anfängt.
Ob man solche Zellen kaufen kann ?

Grüsse

Tnx. Genauer geht´s ja nicht....

Den Aufwand haben Sie aber nicht extra wegen mir getrieben, oder?

Ich hatte an shärische Spiegelbahnen rechts und links neben der Zelle gedacht die über einen weit vor/neben der Zelle angebrachten schmalen planen Vorspiegel das Licht auf die Zelle zurückwerfen.
Quasi abgewandelte Cassegrain (googlen) Spiegelteleskopoptik mit Bildumkehrung.
Die großen Spiegel bündeln das Licht auf den kleinen und nach dem wird der Strahl wieder aufgefächert.
Käme auch fast von vorne und es würde weniger reflektiert.
Man könnte auch größere Flächen realisieren.

Bei geraden angrenzenden Spiegeln rechts und links ist die maximale Fläche eingeschränkt.

Wenn man die Zelle samt Spiegel parallel zur Sonnenbahn montiert bräuchte man auch nur hin- und wieder den Winkel zur Horizontalen angleichen, also nur Anpassung des Systems zur jahreszeitlich bedingten Sonnenhöhe.
Mechanisch nicht so kompliziert und stabil.

Kühlung könnte man vielleicht über ein System mit natürlicher Konvektion un einem großen Tank oben zur Wärmeabgabe realisieren.

Das mit den Leiterbahnen ist ein Argument.

Ich wußte nicht ob die Zellen überhaupt Mehrbestrahlung umsetzen können.
Über die Spiegel müßte noch ein größermaschiges Hagelnetz.....

Zum Spiegelmaterial fällt mir im Moment auch noch nicht viel ein.
Hochglanzpolierter Edelstahl?
Aus was sind die Spiegel für Vakuumkollektoren?
Kann man das irgendwo am großflächig kaufen?


War neulich an der Mosel.

Da wo die Winzer den Weinbau einstellen wärs doch optimal.
Steile Südhänge....

Wo Wein wächst kann man auch Strom ernten.

Die Optik wäre natürlich gewöhnungsbedürftig.

Umweltfreundlicher Strom statt (zuviel?) Alkohol.

rap

Heißt doppelte Erntefläche die doppelte projezierte zur Sonne hingerichtete Zellenfläche oder einfache zusätzliche Spiegelfläche ind der Größe der Zellenfläche?

So wäre nach meinen zeichnerischen Experimenten ohne Projektionssystem mit Direktbestrahlung kaum mehr als die effektive doppelte Fläche rauszuholen wenn man leichte Verluste mit einkalkuliert.


PS ich hätte eine einfache Idee zur Nachführung (gibts vielleicht gibts das ja schon alles, keine Ahnung ): man muß nur 2 kleine Solarzellen im Winkel von 90° anordnen mit den aktiven Flächen nach außen.
Bei richtiger Verschaltung würden sich die erzeugten Spannungen bei Ausrichtung des "Pfeils" auf die hellste Stelle am Himmel (meist Sonne, bei Bewölkung die Stelle mit der höchsten Leistung ) aufheben.
Sobald die Ausrichtung abweicht gibt es eine resultierende Spannung in eine Richtung und man könnte mit angeschlossenen Elektromotoren die Ausrichtung auf die "hellste" Stelle automatisch wieder herstellen. Ohne Elektronik.

Hallo rap !

Das Einsparpotential durch Spiegel ist durchaus hoch,
so dass wir schon länger verschiedene Wege experimentieren.
Ich habe mich gefreut, dass es auch noch weitere Tester auf
diesem Gebiet gibt.

Zur Definition Erntefläche : Fläche auf senkrechten Sonneneinfall umgerechnet. Bei schrägen Spiegeln ist das oft nur das 0,5 fache der eigentlichen Spiegelgröße.

Als Spiegel eignen sich nicht nur Glasspiegel sondern auch spiegelbeschichtetes Aluminium und für Tests auch Spiegelfolie.

Wir drehen die Spiegel nachts und bei Schlechtwetter vollständig nach
unten, wodurch ein Hagelschutz entfällt und das System sauber bleibt.

Kühlen muss man mit Flüssigkeit, weil extrem viel Wärme anfällt.

Die Zellenleistung an sich steigt proportional.
Aber die Verluste :
- Quellspannung sinkt bei Temperatur
- Reflexionsverluste
- Verluste auf den Leiterbahnen

und ganz wichtig !! bei Spiegeln absolut gleichmäßige Lichtverteilung
(Bei spärischen Spiegeln sehr schwierig - alles schon getestet ! )

Das mit der Nachführsteuerung klappt. Eine Steuerung ist aber
oft der komfortablere Weg.

Grüsse

Warum eigentlich teure Spiegel benutzen, wenn man durch einen relativ billigen "Plastikpressling" den gleichen Effekt erzielen kann. Fresnellinsen in A4 Größe sind doch schon handelsüblich und liegen im Preis so um die 10 Euronen.
Vor kurzem ist mir ein Artikel in die Hände gekommem, wo eine Hochschule die Sache aufgreift und große Fresnellinsen herstellen will.

Hallo iliat !

Zitat:
Warum eigentlich teure Spiegel benutzen, wenn man durch einen relativ billigen "Plastikpressling" den gleichen Effekt erzielen kann. Fresnellinsen in A4 Größe sind doch schon handelsüblich und liegen im Preis so um die 10 Euronen.

Die Kosten von 200€/m² sind sicherlich auch ein Hinderungsgrund. Aber
an sich sicherlich gut verwendbar, weil sich ein kompaktes Kastensystem
aufbauen lässt.

Spiegel mit Nanobeschichtung kosten zwischen 50 und 100€/m² und
Folie zwischen 2 und 20 €/m².
Es wird natürlich gespart, wo es geht.

Grüsse

rap hat Folgendes geschrieben:

Die Formel bestimmt die Leistung, nicht den Wirkungsgrad. Sie gilt nur für den bestimmten Kolinflachplattenmotor für kleine Temperaturunterschiede. Ich habe sie einfach aus dem besagten Buch abgeschrieben.

Kannst du mal den Temperaturbereich angeben, wo sie gelten soll?

Im Buch steht nur: gilt nur bei niedrigen Erhitzertemperaturen