Der Linearspiegel II und seine Anwendungen

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1 Der Linearspiegel II und seine Anwendungen Hans Grassmann Isomorph srl, Univ. Udine Status Report Mai 2016 Wir brauchen konzentrierte Solareneregie: 1) Die meiste Energie wird in Form von Wärme verbraucht, oft bei hohen Temperaturen. 2) elektrische Energie aus Photovoltaik oder Wind in Batterien zu speichern ist sehr teuer. 1

2 In physikalischer Hinsicht Ist es sehr einfach, Sonnenenergie zu konzentrieren ein paar Spiegel genügen. Und das dürfte auch nicht viel kosten: 1 m2 Spiegelflächepe kostet ca 30, und erntet etwa 1000 kwh pro Jahr diese hat einen Wert von etwa. 100 Euro => der Spiegel ist nach drei Monaten bezahlti 2

3 Unser Vorschlag : Linearspiegel II Linearspiegel II: erntet konzentrierte Solarenergie 8 Spiegel sind untereinander mechanisch fest verbunden Der Wärmetauscher bleibt immer in der gleichen Position => einfach => preiswert, zuverlässig 3

4 Vergleich mit den herkömmlichen konzentrierten Solarenergie: Techniken der 1) Solarturm Positiv: gut erforschte Technik Negativ: jeder Spiegel benötigt zweii Präzisionsmotoren 4

5 Solarturm (Fortsetzung) Der Linearspiegel hingegen braucht nur 3 kleine Motoren um alle seine Spiegel zu bewegen, die maximale Anzahl der Spiegel ist nicht begrenzt Die Kosten für diese drei Motoren sind 3 x 100 = 300. In seiner herkömmlichen Form (8 Spiegel) konzentriert der Linearspiegel um einen Faktor 20, wenn man die Spiegel leicht krümmt, einen Faktor 30 Mit dem Solarturmprinzip bräuchte man stattdessen 60 Spiegel um eine Konzentration von 30 zu erhalten, zu einem Preis von

6 2) Parabolspiegel: Positiv: hohe Effizienz Negativ: Präzisionsmechanik => teuer Der Absorber bewegt sich im Raum => teuer 6

7 3) Parbolrinne Positiv: Altbekannte Technologie 1912, Maadi, ägypten 7

8 Parabolrinne: Negativ: 1) die Konzentrierung in nur einer Dimension (Absorberröhre) erfordert eine entsprechend hohe mechanische Präzision 2) Um mehr als 300 C bracht man flüssiges Salz 3) die Spiegelachse liegt in der Horizontalen und ist normalerweise in der Nord-Süd Richtung. In Europa steht die Sonne während des Winterhalbjahres sehr tief, die Parbolrinne ist nicht in der Lage dies auszugleichen. Deswegen während der Hälfte des Jahres reduzierte Ausbeute, im Winter extrem schlechte Ausbeute. Seltsamerweise ist dieser Punkt (3) den meisten Menschen nicht bekannt, er wird in öffentlich genutzten Texten nicht erwähnt. 8

9 4) Fresnelspiegel Neagtiv: Wie Parabolrinne Beispiel : Sonnenstand im Winter Mittag: 25 => Effizienz reduziert um sin(25 ) = 0.4 Vor- oder Nachmittag: 13 => sin(15 ) = 0.2 9

10 Der Linearspiegel II hingegen liegt nicht in der Horizontalen Deswegen funktioniert er auch in Europa, auch im Winter 10

11 Erste Installation : 2014 Hotel Il Cavaliere Pordendone 9 kw thermische Leistung, erhitzt Wasser bis 100 C auch im Winter Onlinemonitoring auf 12

12 Ersetzt 850 l Heizöl pro Jahr 13

13 Wirtschaftlichkeit Der Linearspiegel II ist ein industrielles Produkt mit dem Solar Keymark Zertifikat. Er wird in Deutschland vom BAFA gefördert, Soweit wir wissen als einzige konzentrierende Solaranlage.. Die Höhe der Förderung hängt vom Verwendungszweck ab, Und kann bis zu 50% der Gesamtinvestition betragen. Damit ist der Linearspiegel II nicht nur eine Gewissensentscheidung, sondern rentiert sich auch in wirtschaftlicher Hinsicht er ist preiswerter als die fossilen Energieträger. Bisher handwerkliche Fertigung von Einzelexemplaren. Mit einer zukünftigen Serienfertigung wir der Linearspiegel II auch ohne staatliche Förderung preiswerter sein als die fossilen Energietreager. 14

14 Anwendungen In seiner gegenwärtigen Form kann der Linearspiegel II Wasser, öl oder Luft auf bis etwa 300 C erhitzen Die Anzahl der Spiegelelemente (gegenwärtig 8) kann aber erhöht werden, dadruch werden höhere Temperaturen möglich. Mit Hilfe eines Sekundärspiegels wurden für die solare Pyrolyse bis zu 500 C erreicht. 15

15 Solare Pyrolyse Konzentrierte Solarsatrhlung erhitzt von aussen ein gegen den Luftsauerstoff abgeschlossenes Metallvolumen, in dem sich Biomasse befindet (Stroh, Heu, Algen, Grünzeug, etc) Die Biomasse wird bei etwa 230 C geröstet und geht ab etwa 280 C in Plfanzenkohle ( Solarkohle ) über Die Energiedichte des Materials nimmt mit zunehmender Pyrolysetemperatur zu, und erreicht ab etwa 400 C die Energiedichte von Steinkohle hoher Qualität. Solarkohle ist CO2 neutral. Beispiel: Herkömmliche Holzkohlenherstellung: Interne Verbrennung: benötigt Holz hoher Qualität Schwer industrialisierbar, weil Verbrennung schwer kontrollierbar 16

16 Die Versuche werden im Solarlabor Sacile durchgeführt, in Kooperation mit der Gemeinde Sacile 17

17 outer wall inside temperature / degree solar pyrolysis test run time / min Veröffentlicht in Journal of Smart Grid and Renewable Energy (SGRE) 18

18 Solarkohle kann vergast werden => CO2 neutrales Stadtgas Das Gas kann in Benzin umgewandelt werden (Firscher-Tropsch), so wie das die Sasol schon seit Jahrzehnten tut => CO2 neutrales Benzin => die solare Pyrolyse ermöglicht die Umstellung unserer Wirtschaft auf Solarenergie, und zwar mit den existierenden Strukturen und Technologien. Sie verhindert also die Entwertung bestehnder Strukturen und bestehenden Wissens. Historischer Gasspeicher Eine der Sasol Fabirken 19

19 Verfügbarkeit der Biomasse Geringer Verbrauch (etwa Dampfturbine 1 MW): Die Gemeinden entsorgen jedes Jahr etwa 1000 t Grünzeug pro Einwohner, und bezahlen dafür etwa 80 /t. Dieses Material kann für die solare Pyrolsye genutzt werden. Mittlerer Verbrauch (100 MW): landwirtschaftliche Sekundärprodukte wie Stroh Hoher Verbrauch: Algen (weltweit wachsen Millionen tonnen pro Jahr in den Meeren. 20

20 Der Isomorph Motor Man kann mit dem Linearspiegel II auch Dampf für Turbinen oder Motoren bereitstellen und somit elektrische Energie erzeugen. Allerdings sind herkömmliche Wärmekraftmaschinen nicht für die Verwendung in Solaranlagen entwickelt und optimiert worden. Sie arbeiten deshalb zum Erreichen einer bestimmten Effizienz weit oberhalb der aus thermodynamischer Sicht erforderlichen Temperatur. Grund: in den meisten Fällen liegt die Ursache für dieses Problem in der adiabatischen Volumenkompression der heutigen Maschinen, Bei Rankin Maschinen liegt das Problem in der hohen Verdampfungswärme von Wasser. 21

21 Isomorph hat deswegen einen neuartigen Motor entwickelt, der ohne Volumenkompression auskommt und deshalb schon bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen eine gute Effizienz aufweist. Dies ist genauer beschrieben in : piston position (mm) Pressure in cylinder, normal operation pressure (bar) Der Isomorph Motor ist extrem einfach, er kann sowohl direkt mit Solarstrahlung betrieben werden, als auch mit Solarkohle. 22

22 Zusammenfassung Der Linearspiegel II kann schon jetzt auf wirtschaftliche Weise grosse Mengen an fossilen Energieträgern ersetzen, Der Linearspiegel II ist für den für Deutschland typischen Sonnenstand geeignet, er funktioniert auch im Winter. Der Linearspiegel II macht die solare Pyrolyse möglich und wirtschaftlich. Die solare Pyrolyse ermöglicht es, Solarenergie für lange Zeiträume verlustfrei zu speichern. Eine wesentliche Effizienzsteigerung für CSP generierte Elektrizität beliebiger Provenienz ist vom neuentwickelten Isomorph Motor zu erwarten. Damit wird es möglich, die fossilen Energieträger vollständig zu ersetzen. 26