SoCRatus
Breiter Fokus – Der Teststand SoCRatus (Solar Concentrator with a Rectangular Flat Focus, ein solarer Konzentrator mit rechteckigem, flachen Fokus) ermöglicht die experimentelle Untersuchung photokatalytischer und photoelektrochemischer Systeme sowie weiterer Systeme und Komponenten, wie zum Beispiel Photovoltaikzellen, unter konzentrierter Solarstrahlung.
Teststand für die experimentelle Untersuchung insbesondere photokatalytischer und photoelektrochemischer Systeme mit konzentriertem Sonnenlicht
Der aus 22 ebenflächigen Aluminiumspiegelfacetten bestehende und zweiachsig nachgeführte Konzentrator lenkt die einfallende Solarstrahlung auf einen rechteckigen Fokalbereich. Der Konzentrator wurde so entworfen, dass die Strahlung in der Fokalebene auf einer Fläche von 2500 mm x 100 mm eine sehr gleichmäßige Flussdichteverteilung erreicht. Getestet werden können hier Solarreaktoren, wie Suspensionsreaktoren oder photoelektrochemische Zellen, und weitere Objekte wie Photovoltaikzellen, deren Eigenschaften unter konzentrierter Solarstrahlung untersucht werden sollen.
Die Leistung des Konzentrators lässt sich bei Bedarf durch Abdecken einzelner Facetten reduzieren. Werden alle Facetten genutzt, konzentrieren sie die Solarstrahlung um den Faktor 17,5.
Weitere Eigenschaften des SoCRatus:
- Hohe Nachführgenauigkeit: Abweichung ist kleiner als 0,1 Grad.
- Winkelbereich bezüglich des solaren Azimutwinkels: -100 bis 100 Grad.
- Winkelbereich bezüglich des Sonnenhöhenwinkels: 10 bis 62,6 Grad.
- Aperturfläche: 8,8 m2.
- Nomineller Abstand zwischen Fokalebene und Facetten: 2500 mm.
- Hohe Reflektivität der Facetten auch im ultravioletten (UV) Bereich der Solarstrahlung.
- Maximaler nomineller Einfallswinkel auf Fokalebene: 36,6 Grad.
- Typische relative Standardabweichung der Strahlungsflussdichte in der Fokalebene: 2,4 Prozent.
Ein Spektrometer erfasst die spektrale Strahlungsflussdichte in der Fokalebene in dem Wellenlängenbereich von 250 bis 850 Nanometern. Die Intensität der solaren Direktstrahlung wird mit einem an der Konzentratorstruktur befestigten Pyrheliometer gemessen.
Für die Durchströmung von Reaktoren stehen vier identische Fluidkreisläufe zur Verfügung. Bei jedem dieser Kreisläufe wird Flüssigkeit, bestehend aus Wasser und einem Elektrolyten sowie gegebenenfalls suspendierten Photokatalysatorpartikeln und weiteren Stoffen aus einem Vorlagebehälter zu den Reaktoren gefördert. Zur Einstellung bestimmter Temperaturen wird das Gemisch vor Eintritt in den Reaktor durch einen Wärmeübertrager geleitet, an den eine Temperaturregeleinheit mit 5 Kilowatt Heiz- und Kühlleistung angeschlossen ist.
Das durch photokatalytische oder photoelektrochemische Reaktionen entstandene Gas wird mithilfe eines Mikrogaschromatographen hinsichtlich möglicher Anteile von Wasserstoff (H2), Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Methan (CH4), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) sowie nach Bedarf weiteren Bestandteilen analysiert. Die Menge der entstandenen Gase, insbesondere des Energieträgers Wasserstoff, und die eingekoppelte, spektral erfasste Strahlungsleistung geben Aufschluss über die Eigenschaften, etwa Effizienz und Stabilität, der untersuchten Systeme.
Neben der Nutzung konzentrierter Solarstrahlung in der Fokalebene ist es auch möglich, Reaktoren mit nicht-konzentrierter Solarstrahlung zu testen. In diesem Fall werden diese an der Konzentratorstruktur befestigt und je nach Vorgabe nachgeführt (zweiachsig/einachsig) oder an einer definierten Position gehalten.
Die Entwicklung des Teststands wurde im Rahmen des Projektes HyCats durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.