Theoretische und praktische Verbesserung des Wirkungsgrads von Sonnenkollektoren

von Josefine Schäfer (20, Berufliches Schulzentrum Meißen)

Kategorie: Physik 2008
Betreuer: Hendrik Wilke
Wettbewerbsart: Jugend forscht

Gewonnene Preise:
  • Sonderpreis im Landeswettbewerb
  • Regionalsieger

Die Arbeit hat das Ziel, theoretische und praktische Untersuchungen durchzuführen, um eine Erhöhung des Wirkungsgrades eines Sonnenkollektors zu erreichen. Dies geschieht durch eine Veränderung der verschiedenen Parameter zur Verbesserung des Wirkungsgrades beschäftigen. Es wird besonders Wert gelegt werden auf:
1. Das Ergebnis der Flächenvergrößerung durch die Reflektoren,
2. Die Erprobung mit einer verschiedenen Anzahl an Glasplatten über dem Absorber,
3. Die Verwendung eines besser absorbierenden Lackes,
4. Die Verfügbarkeit der Vorrichtung in Räumen zur Demonstration von Experimenten,
5. Der Einfluss einer künstlichen Sonne auf den Sonnenkollektor.
Es zeigte vor allem den Vorzug einer sehr guten Wärmeisolierung der Anordnung, eine Vergrößerung der Fläche durch Reflektoren, wobei der Gesamtlichtstrom der den Sonnenkollektor erreicht doppelt so groß ist wie beim Sonnen ohne Reflektorspiegel. Es wurde gezeigt, dass eine Doppelglasscheibe den Wirkungsgrad der Anordnung verbessert und dass auf eine Absorptionsanordnung mit schwarzem Lack und zerklüfteter Oberfläche geachtet werden sollte. Es wurden Temperaturen von beinahe 120°C erreicht und eine Leistung von 60 Watt.

Um Demonstrationen der Anordnung in Vorträgen zu ermöglichen, wurde zusätzlich ein kleiner Sonnenkollektor und eine künstliche Sonne entwickelt, die weitestgehend eine Energieverteilung im Spektrum aufweist, wie sie bei der Sonne vorliegt. Außerdem ist sie noch besser als die große Anordnung isoliert. Damit ist es möglich in kürzester Zeit Demonstrationen und Zusammenhänge vorzuführen und zu klären. Besonders bewährt haben sich die sehr dünnen, in drei Schichten aufgebrachten Glasscheiben mit geringem Luftzwischenraum.

Theoretische und praktische Verbesserung des Wirkungsgrads von Sonnenkollektoren