Heliostat auf 2000m

[ranke]

Die Einwände von rossir scheinen nicht unberechtigt, deshalb habe ich ein wenig gerechnet.

Auf Fotos von der Station Staffel (siehe: www.jachenau-online.de ) kann man zwei in den Nordhimmel ausgerichtete Solarpanels sehen, Größe geschätzt etwa 0,5 x 0,7 m (jeweils). Sie sind nebeneinander mit einem lichten Abstand von ca. 70 cm am Mast montiert.

Weitere Annahmen: Der Spiegel des Heliostaten hat eine Fläche von 1qm, kann also ca. 1200W Solarstrahlung einfangen. Aus dem Datenblatt der Spiegelfolie entnimmt man eine Gesamtreflektion von 95%, sowie eine Spekularität von > 95% in einem Konuswinkel von 15mrad (entsprechend 0,86 Winkelgrad).

Aus der Gesamtreflektion ergibt sich eine gespiegelte Strahlungsleistung von 1200 W * 0,95 = 1140 W. (1200 W/qm wäre etwa die maximale Strahlungsleistung der Sonne, bei tiefstehender Wintersonne ist das vielleicht etwas optimistisch)

Aus dem Konuswinkel der Spekularität und der Entfernung von 2000 m ergibt sich eine Verteilung von 95% dieser Leistung auf eine Fläche mit einem Durchmesser von d = 2000 * sin 0.86° = 30 m. Die zugehörige Fläche A = 900/4*pi = 700 qm.
Es rechnet sich also eine Strahlungsintensität von 1140 * 0.95 / 700 qm = 1,55 W / qm beim Umsetzer Staffel

Bei einer geschätzten Solarpanelfläche von 0.7 qm ergibt sich eine nutzbare Strahlungsleistung von etwa 1 Watt. Bei einem Wirkungsgrad des Solarmoduls von 10% bleiben noch etwa 100 mW elektrisch über.

Das Ergebnis ist einigermaßen enttäuschend.

Was kann man tun?

Die Angaben zur Spekularität im Datenblatt sind nicht sehr genau, es ist nur der 95% Wert angegeben. Vielleicht kann der Hersteller einen Winkel für 50% der Reflektion angeben, mit dem man sicherlich sinnvoller rechnen könnte. Außerdem könnte man über eine alternative Verspiegelung von Glas mit höherer Qualität nachdenken (Silberspiegel, Aluminiumbedampfung oder die Verwendung von beschichtetem Solarglas). Mit einfachen Spiegeln neben dem Kollektor könnte man dessen wirksame Fläche noch vergrößern (allerdings eventuell auf Kosten der Abschattung von diffus einfallender Strahlung).

[Besserwessi]

Die Spiegelfolie wird vermutlich nicht eben genug sein und relativ viel Streuverluste haben. Aus der Entfernung das Ziel zu treffen ist anspruchsvoll, und viel wird auch daneben gehen - der kaum ganz ebene Spiegel wird dafür sorgen das eine größere Fläche schwach beleuchtet wird - was immerhin das Zielen etwas vereinfacht.

Ich vermute es wäre einfach noch ein paar zusätzliche Module anzubringen, und die in eine andere ggf. bessere Richtung (z.B. West oder Südwest) auszurichten. Eine Alternative wäre ggf. auch ein kleines Windrad als 2te Stromquelle. Für Segelbote gibt es solche kleinen Anlagen auch fertig zu kaufen.

[mateng]

Hallo ranke,
vielen Dank für Deine Überlegungen zum Thema Spiegelwirkungsgrad.

Das Ergebnis ist wirklich niederschmetternd.
Ich habe Deine Rechnung mal nachvollzogen und bin dennoch guter Dinge.

Ich komme auf 1,53 W/qm Strahlunsintensität
Die Platten auf den Fotos entsprechen nicht dem Istzustand

Momentan sind Drei Platten 0,9*1,54m verbaut.
Für eine vierte ist noch Platz.
Dann hätte ich dort oben 5,54qm Fläche.
Der Wirkungsgrad laut Hersteller bei 14%

So komme ich bei 1,53W/mq auf insgesamt 8,49W.
Plattenwirkungsgrad mit eingerechnet sind es dann nur noch 1,19W

Bei 5 Stunden Sonneneinstrahlung immerhin knappe 6Wh täglich
Verdoppel ich die Spiegelfläche bin ich bei mageren 12Wh


#########Andersherum betrachet:
In den sechs Wintermonaten ( wir haben wirklich solange Winter) verbrennt meine MFC 30 Liter.
Aus 0,9Liter werden laut Hersteller 1KWh.
Daraus ergibt sich, dass ich durschnittlich 185Wh Täglich von der Brennstoffzelle brauche.
Eine Steigerung von 12Wh/185Wh=6% (jämmerlich)
Neuanschaffung MFC :=6000€
Ersparnis:=6%
Ergibt Buget= 385,29€
.... schlecht :-/

Drehe ich in meiner Exceltabelle an den verschiedenen Parametern wird klar,
dass an der Stellschraube Zielradius am meisten rauszuholen ist.
Schafft man es von 15M auf 10m, kommt man schon auf 27Wh täglich und eine Ersparnis von 14% sprich Buget:=866€

Zusätzliche Gewinne erhoffe ich mir dadurch, dass dann alle vier Platten leicht nach unten geneigt
in eine Richtung sehen.
In den letzten Wintern waren die Platten so montiert, dass dort Monatelang der Schnee drauf liegenbleiben konnte.

Zugegeben, das wird wohl eher ein akademisches Projekt.
Sei's drum.
Der Lerneffekt ist nicht in Euro zu messen.

Die Bestellung für einen Prototypen ist raus.
Artikel
------------------------------------------------------
2 x Schrittmotor 1,6V/2,0A 1,8 Grad (Stepp5010) = 75.60EUR
1 x RS232 PC-Anschlusskabel für alle Boards (rs232kabl) = 6.80EUR
1 x Neue 3. Auflage: Programmieren der AVR-Risc Controller mit Basco (KUEH2BUCH) = 34.95EUR
1 x Bascom USB-ISP-Programmer (Programmierkabel) (usb_isp) = 47.80EUR
1 x RN-Control 1.4 Mega32 (fertig aufgebaut) (FEctrl32) = 52.89EUR
1 x RN-Schrittmotor-Steuert Schrittmotoren per I2C,RS232,Takt (Bausa (bsrnschrit) = 94.80EUR
------------------------------------------------------

Damit fang ich ersteimal an

Viele Grüße
mateng

[mateng]

Hallo Besserwessi,
am Mittwoch kommt einer von 3M bei uns vorbei und kann uns dann hoffentlich mehr über die Folie sagen.
Das mit dem Windrad haben wir schon probiert.....klappt nicht im Wald
Wind währe schon da aber leider zu verwirbelt.

Gruß
mateng

[ranke]

Das Ergebnis ist wirklich niederschmetternd.
Ich habe Deine Rechnung mal nachvollzogen und bin dennoch guter Dinge.

Na, das nenne ich Optimismus. Noch einen Gedanken um den Optimismus zu bestärken:
Bei meiner Rechnung habe ich willkürlich angenommen, dass sich die Strahlung gleichmäßig über die 95% - Fläche verteilt. Das ist eine eher pessimistische Annahme. Vermutlich ist es so, dass im Zentrum eine deutlich höhere Intensität findet. Man kann das aber aus dem Datenblatt nicht herauslesen. Das sollte man beim Treffen mit dem Folienexperten versuchen zu klären.
Natürlich spiegelt auch eine Glasscheibe ohne Folie eine gewisse Energiemenge, beim sichtbaren Licht (je nach Winkel zum Licht) mindestens 4% pro Oberfläche, also 8% von der gesamten Energiemenge (2 Oberflächen). Bei Infrarot etwas weniger, weil da das Glas teilweise absorbiert. Rechnet man mit 6% der einfallenden Energie wären das bei 1200 W Einstrahlung immerhin noch 72 Watt reflektierte Strahlungsmenge pro Quadratmeter Spiegel. Bei dieser Methode wäre die reflektierte Strahlung wesentlich gebündelter, das hängt dann hauptsächlich davon ab, wie plan die Glasscheibe montiert ist. Beim gebündelten Licht wird aber auch die Regelung wieder anspruchsvoller.
Kombinationen wären auch denkbar, z.B. 2 Glascheiben, die hintere mit Folie beklebt (da wären wir wieder bei der Doppelverglasung angekommen!).
Ich bin jedenfalls gespannt, wie das Projekt weitergeht.

[toemchen]

Hallo, das ist ja mal ein richtiges Männerprojekt. Berge, Masten, autonome Energieversorgung, Unimogs...

Konnte gestern kaum einschlafen, weil ich soviele Gedanken dazu hatte. Und frei nach dem Motto "es ist schon alles gesagt, aber noch nicht von jedem" möchte ich ein paar davon hier absondern.

1. Du hast sicher schon darüber nachgedacht, wie weit man an der Nordflanke hoch muß, um endlich mit den Solarpanels nach Süden schauen zu können? Die Energieübertragung über die Strecke könnte man ja über hochgespannte Gleichspannung machen, um keine 16mm2-Leitungen legen zu müssen, ist sicher auch ein schönes Bastelprojekt. Aber es sind wahrscheinlich auch Grundstücksfragen, die das verhindern.

2. Bei der Rechnung, ob es sich lohnt, muß man doch auch noch bedenken, wie oft im Winter eigentlich klarer Sonnenschein ist. Bei bedecktem Himmel bringt der Spiegel in 2km Entfernung nichts. Deshalb meine Alternativ-Vorschläge:
2a) Das mit dem Schnee kenne ich. Ich habe an einer Berghütte Panels unter ca. 20° aus der senkrechten, da ist oft Schnee drauf. Ein anderes Panel habe ich deshalb genau senkrecht montiert, das passt dann. Oft schon habe ich über automatisches Schwenken oder Abkehren nachgedacht, denn nach oben in den diffusen Himmel ausgerichtet würden die Panels gleich viel mehr bringen. Vor allem wenn die Alternative "senkrecht nach Süden schauend" nicht existiert.
2b) Wenns bei der festen senkrechten oder sogar leicht nach unten geneigten Montage bleibt, wie wäre es mit einer diffusen Reflektionsfläche direkt unterhalb der Panels? Etwaiger Schnee würde dann genauso als Reflektionsfläche wirken.

Und zum Aufbau des Spiegels muß ich auch noch was salbadern: Wenn ich sowas bauen müßte, würde mir spontan eine Gitterkonstruktion oder irgendwelche Alu-Waben-Sandwich-Platten einfallen, damit ich ein große steife ebene Fläche für die Spiegelfolie hinbekomme. Glas ist doch so schwer. Das hängt auf so einer Fläche sicher schon durch sein Eigengewicht und seine Elastizität ein bißchen durch. Auch eine Möglichkeit sind mehrere kleine Platten auf einem Träger, jede mit drei Stellschrauben zum Einstellen einer gemeinsamen Planheit...

Viele Grüße
Tom.