Maschinenlose Solarkraftwerke. Schema, Beschreibung

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Maschinenlose Solarkraftwerke. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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In maschinenlosen Solarkraftwerken wird die Energie der Sonnenstrahlung ohne Zwischenschaltung in mechanische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Für die direkte Umwandlung werden keine Turbinen und Stromgeneratoren benötigt.

Thermoelektrische Wandler

Die direkte Umwandlung der thermischen Energie der Sonnenstrahlung in Elektrizität basiert auf dem 1821 entdeckten Seebeck-Effekt. Wenn zwei Leiter unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung an den Enden verlötet werden und die Verbindungsstellen in Medien mit unterschiedlichen Temperaturen gelegt werden, entsteht zwischen ihnen eine Thermo-EMK:

wo T₁ - absolute Temperatur der heißen Verbindungsstelle, T₂ ist die absolute Temperatur der Vergleichsstelle und der Proportionalitätsfaktor.

Im Leiterkreis entsteht ein Strom J, und die heiße Verbindungsstelle nimmt pro Sekunde Wärme von einer beheizten Quelle auf und die Kaltstelle gibt in dieser Menge Wärme an den Körper mit niedriger Temperatur ab . Die Differenz zwischen zugeführter und abgeführter Wärme ist die Zweitarbeit des Stromes

, W.

Das Verhältnis von Arbeit zu Wärmeeintrag ist der thermische Wirkungsgrad des Umwandlungsprozesses

(3.1)

Somit stimmt der Wirkungsgrad eines idealen thermoelektrischen Wandlers mit dem thermischen Wirkungsgrad des Carnot-Zyklus überein und wird vollständig durch die absoluten Temperaturen der heißen und kalten Verbindungsstellen bestimmt. In realen Wandlern entstehen irreversible Verluste aufgrund des elektrischen Widerstands der Leiter, ihrer Wärmeleitfähigkeit und des thermischen Widerstands gegen den Wärmeaustausch der Verbindungsstellen mit der Umgebung. Daher ist die tatsächliche Effizienz der Anlage gleich

(3.2)

wo - relativer elektrischer Wirkungsgrad des Wandlers (benannt in Analogie zum relativen inneren Wirkungsgrad der Turbine unter Berücksichtigung irreversibler Verluste bei der Drosselung).

Bei der Verwendung von Metall-Thermoelektroden ist der Wirkungsgrad thermoelektrischer Wandler sehr gering – er überschreitet nicht Hundertstel Prozent. Im Jahr 1929 zeigte A.F. Ioffe, dass der Einsatz von Halbleitern einen signifikanten Effekt hat – der Wirkungsgrad steigt auf einen Wert in der Größenordnung von 10 %. In modernen thermoelektrischen Generatoren sind Halbleiter-Thermoelemente in Reihe geschaltet, bei denen „heiße“ Verbindungsstellen durch Sonnenlicht erhitzt werden. Generatoren dieser Art werden als autonome Stromquellen für Verbraucher mit geringem Stromverbrauch eingesetzt – Leuchttürme, Signalbojen auf See usw.

Autor: Labeish V.G.

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