Ein Parabolrinnenreflektor erhöht die Energie der Sonne

Bisher haben wir eine Reihe verschiedener Arten von Solarkollektordesigns gesehen, die die Energie der Sonne zum Erhitzen von Wasser nutzen. Jedes Design, ob ein einfacher geschwärzter Flachkollektor oder ein fortschrittlicherer Vakuumröhrenkollektor, hat alle seine eigenen Vor- und Nachteile, und für die meisten privaten Solarwarmwassersysteme sind diese Arten von Solarkollektoren mehr als ausreichend. Um jedoch höhere Temperaturen mit gutem Wirkungsgrad zu erzeugen, ist möglicherweise ein Sonnenkollektor in Form eines Parabolrinnenreflektors erforderlich.

Parabolrinnenreflektor

Der Parabolrinnenreflektor ist ein solarthermischer Energiekollektor, der die direkte Sonnenstrahlung der Sonne großflächig einfangen und bündeln oder allgemeiner „konzentrieren“ soll. auf einen kleinen Brennpunktbereich, wodurch die empfangene Sonnenenergie um mehr als den Faktor zwei erhöht wird, was mehr Gesamtwärme pro Quadratmeter Trog bedeutet.

Die Form von konzentrierenden Sonnenkollektoren muss speziell so gestaltet sein, dass das gesamte einfallende Sonnenlicht von der Oberfläche des Kollektors reflektiert wird und am selben Brennpunkt ankommt, egal auf welchen Teil des Kollektors das Sonnenlicht zuerst trifft.

Konzentration Sonnenkollektoren für Wohnanwendungen sind in der Regel “U-förmige” Parabolrinne (daher ihr Name), die die Sonnenenergie auf ein Absorber-Wärmerohr konzentriert, das als Receiver bezeichnet wird und entlang der Brennpunktachse der reflektierenden Rinne positioniert ist.

Parabolrinnenreflektoren oder PTR, werden durch einfaches Biegen einer Platte aus reflektierendem oder hochglanzpoliertem Material in eine parabolische Form, die als Parabel bezeichnet wird, hergestellt. Da sich Sonnenlichtwellen im Wesentlichen parallel zueinander ausbreiten, kann diese Art von Sonnenkollektor direkt in die Sonne gerichtet werden und dennoch eine Gesamtbrennpunktleistung von allen Teilen des rinnenförmigen Reflektors wie gezeigt erreichen.

Der Parabolrinnenreflektor, wenn er als solarthermischer Energiekollektor verwendet wird, ist als ein langer parabolischer Reflexionsspiegel konstruiert, der normalerweise reflektierend silbern lackiert oder aus poliertem Aluminium hergestellt ist, oder verwendet Spiegel, die sich linear in die Rinnenform hinein erstrecken. Zur Reduzierung von Wärmeverlusten wird ein schwarzes Metallheizrohr in einem verschlossenen Glasrohr verwendet, das auch evakuiert werden kann. Die Wärmeröhre enthält eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, die um eine Schleife innerhalb der Röhre gepumpt wird und die Wärme beim Durchströmen absorbiert.

Der Parabolrinnenreflektor kann viel höhere Temperaturen effizienter erzeugen als ein einzelner Flachkollektor , da die Absorberfläche viel kleiner ist. Die Wärmeträgerflüssigkeit, die normalerweise eine Mischung aus Wasser und anderen Zusätzen oder Thermalöl ist, wird durch das Rohr gepumpt und absorbiert die Sonnenwärme, die Temperaturen von über 200 °C erreicht.

Das heiße Wasser wird zu einem Standard-Wärmetauscher geleitet, wo es direkt einen Warmwasserspeicher zur Verwendung im Haus erwärmt, wodurch diese Art der solaren Warmwasseranwendung zu einem aktiven System mit geschlossenem Kreislauf wird. Parabolrinnenreflektoren verwenden jedoch nur direkte Sonnenstrahlung, um die Receiverröhre zu erwärmen, da diffuse Sonnenstrahlung nicht auf den Absorber fokussiert werden kann, was sie weniger effektiv macht, wenn der Himmel bewölkt ist oder die Sonne nicht ausgerichtet ist.

Typisch Trog-Reflektor-Design

Um dieses Problem zu lösen, benötigen die meisten konzentrierenden Kollektoren irgendeine Art von mechanischer Ausrüstung, die die Kollektoren ständig zur Sonne ausrichtet und den Wärmerohrabsorber im richtigen Brennpunkt hält. Dies kann durch die Verwendung eines nachgeführten Solarkonzentrators erreicht werden, der den Trog den ganzen Tag über zur Sonne ausrichtet und so den solaren Wärmegewinn maximiert.

Der Kollektor hat im Allgemeinen eine einzelne Rotationsachse entlang der Länge des Trogs, die in Ost-West-Richtung ausgerichtet sein kann, der Sonne von Nord nach Süd nachgeführt wird, oder in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet sein kann und der Sonne von unten nachgeführt wird Ost nach West.

Parabolrinnen sind im Allgemeinen auf einer Nord-Süd-Achse ausgerichtet und werden gedreht, um die Sonne zu verfolgen, wenn sie sich jeden Tag von morgens bis abends über den Himmel bewegt.

Die Vorteile dieser Art der Nachführung liegen darin, dass tagsüber nur sehr wenig Kollektornachführung erforderlich ist, wodurch die Solarwanne zur Mittagszeit immer der Sonne zugewandt ist, aber die Kollektorleistung frühmorgens oder am späten Nachmittag dadurch stark reduziert wird die großen Einfallswinkel der Rinne.

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Obwohl Solarrinnenkollektoren Nachführsysteme verwenden, um sie der Sonne zuzuwenden, sind sie am effektivsten in sonnigeren Klimazonen, in denen es gute Solarressourcen gibt. Wie viele andere Sonnenkollektoren sind Parabolrinnen-Reflektoren modular aufgebaut, was bedeutet, dass die einzelnen Rinnen miteinander verbunden werden können.

Der Vorteil dabei ist, dass durch die Verbindung eine größere Absorberfläche entsteht, die große Mengen an Sonnenwärme erzeugt Wasser, als durch einen einzelnen Trog erzeugt werden kann. Viele miteinander verbundene Einzelrinnen bilden ein Kollektorfeld, in dem sie in Reihen und parallelen Reihen miteinander verbunden sind.

Als linienfokussierte konzentrierende Kollektoren sind Parabolrinnenreflektoren effizienter für industrielle und gewerbliche Anwendungen, die rund um die Uhr große Mengen an Warmwasser benötigen. Bei diesen Anlagentypen erhitzt die von den Solarrinnen eingefangene Sonnenenergie ein spezielles Thermoöl auf sehr hohe Temperaturen.

Das Öl, das um ein aktives System mit geschlossenem Kreislauf zirkuliert, wird verwendet, um große Wassermengen zu erhitzen oder Dampf mit sehr hohen Temperaturen von bis zu 400 °C zu erzeugen, der dann zur Stromerzeugung verwendet werden kann. Auch die Verbindung von Parabolrinnen zu Kollektorfeldern erfordert große Flächen für die Installation, gleicht jedoch den Bedarf an konventioneller Energie aus und bietet Energieeinsparungen und Umweltvorteile.

Solarkonzentratoren wie Parabolrinnen haben eine kleine Absorberfläche und damit geringere Wärmeverluste und bieten hohe Wirkungsgrade von rund 12 % bei deutlich höheren Arbeitstemperaturen im Vergleich zu Standard-Flachkollektoren. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie einen kleineren Blickwinkel haben und daher irgendeine Art von Nachführsystem oder manuelle Anpassung erfordern, um sie im richtigen Brennpunkt zu halten.

Auch Parabolrinnenreflektoren können die meisten nicht erfassen der diffusen Sonnenstrahlung. Parabolkollektoren werden aufgrund ihrer Größe und hohen Wassertemperatur nicht für den Hausgebrauch empfohlen, sind jedoch für bestimmte industrielle und gewerbliche Zwecke wünschenswert, um große Mengen an heißem Wasser bereitzustellen und/oder um Strom durch den Betrieb von Dampfturbinen zu erzeugen.

Im nächsten Tutorial über Solarheizung werden wir uns einen anderen Typ von Sonnenkollektoren ansehen, der dafür ausgelegt ist, die empfangene Sonnenstrahlung noch stärker auf einen einzigen Brennpunkt zu konzentrieren und gleichzeitig Zeit nehmen den größten Teil der diffusen Strahlung auf, wodurch ihre Effizienz verbessert wird.

Darüber hinaus können diese Konzentratoren stationär sein oder benötigen nur kleine saisonale Neigungsanpassungen, um ihr Wärmerohr im richtigen Brennpunkt zu halten. Diese Arten von solarthermischen Kollektoren werden als Solar Dish Collectors bezeichnet, die verwendet werden können, um die Sonnenenergie auf einen einzigen Punkt zu fokussieren.