Servus,
dieser Artikel hat mich auf folgende Frage(n) gebracht:
Wie hoch sind die Leitungsverluste bei dieser Form der Energieübertragung?
Hier werden ja nur wenige mWatt übertragen, aber könnte man diesen Ansatz zur Energieübertragung im großen Stil nutzbar machen, quasi als Alternative der Zukunft zu Hochspannungsleitungen?
Gruß,
Sax
Wie hoch sind die Leitungsverluste bei dieser Form der
Energieübertragung?
Ich tippe auf 50 - 90 % Verluste. D.h. nur aus speziellen Gründen (erdtrennung) für ganz kleine Energiebedarfe nutzbar.
Gruß
Stefan
Hallo,
Wie hoch sind die Leitungsverluste bei dieser Form der
Energieübertragung?Ich tippe auf 50 - 90 % Verluste.
Warum nicht 99%?
D.h. nur aus speziellen
Gründen (erdtrennung) für ganz kleine Energiebedarfe nutzbar.
Bislang habe ich noch gar nicht gehört, dass das überhaupt zum Energietransport verwendet würde. Aber denkbar ist ja alles.
Gruß
loderunner
Hallo,
Wie hoch sind die Leitungsverluste bei dieser Form der
Energieübertragung?
Wohl ziemlich hoch, weil im Glasfaserkabel transportierst du ja Licht, d.h. du musst erst mal Licht generieren, vermutlich mit einem Laser um überhaupt auf eine halbwegs vernünftige Leistungsdichte zu kommen. Hier gehen schon mal 20-30% der Energie verloren. Und um aus dem Licht wieder Strom zu machen brauchst du Solarzellen, und selbst mit monochromatischem Licht wird man da vermutlich ebenfalls wieder 20-30% der Energie verlieren. Am Schluss bleibt dann wohl IMO maximal die Hälfte der Energie übrig.
Hier werden ja nur wenige mWatt übertragen, aber könnte man
diesen Ansatz zur Energieübertragung im großen Stil nutzbar
machen, quasi als Alternative der Zukunft zu
Hochspannungsleitungen?
Ich bezweifle das, weil dazu bräuchtest du wohl gigantische Glasfaserkabel, gigantische Laser und eine Unmenge an Solarzellen. In jedem Fall wäre das seeeehr teuer, und daher sicher kaum konkurrenzfähig z.B. mit der Übertragung von Strom in normalen Stromtrassen.
vg,
d.
Servus,
ist vielleicht komisch auf die eigene Frage zu antworten, jedoch habe ich hier eine etwas detailliertere Angabe gefunden.
Dort ist also die Rede von immerhin 40% Wirkungsgrad bei der (Rück-)Umwandlung der Lichtenergie in Strom.
Allerdings treten ja die Verluste auf dem ganzen Weg auf, also auch beim Umwandeln der des Stroms in Lichtenergie mittels Hochleistungslaserdiode, Leitungsverluste, etc…
Zum Abschätzen begebe ich mich daher mal kurz ins Reich der ScienceFiction: Zumindest bei diesem Projekt haben die die Umwandlung von Sonnenenergie in Laserenergie mit 40% Wirkungsgrad gelöst.
Wenn wir also (vereinfacht) annehmen, dass 40% Wirkungsgrad bei der Umwandlung Sonnenenergie in Laserlicht und 40% Wirkungsgrad bei der Umwandlung in Strom vorliegen, wären das 16% Wirkungsgrad gegenüber der Ausgangsenergie insgesamt.
Hinzu kommen natürlich noch die Leitungsverluste. Da habe ich allerdings noch weniger Ahnung ob diese z.B. im Vergleich mit Überlandleitungen groß oder klein sind.
Wie sieht denn im Vergleich der ungefähre Wirkungsgrad bei z.B. Solarkollektoren und klassischer Stromübertragung aus?
Gruß,
Sax
Servus,
Ich bezweifle das, weil dazu bräuchtest du wohl gigantische
Glasfaserkabel, gigantische Laser und eine Unmenge an
Solarzellen. In jedem Fall wäre das seeeehr teuer, und daher
sicher kaum konkurrenzfähig z.B. mit der Übertragung von Strom
in normalen Stromtrassen.
Ja, wahrscheinlich schon. Ich hatte diese Überlegung unter anderem deshalb, weil ja die Kupfervorräte begrenzt sind und auch der Preis dem entsprechend steigen wird, wohingegen zumindest für Glasfaserkabel der Rohstoff nahezu unbegrenzt ist.
Na ja, schadet ja nicht neue Entwicklungen mal gedanklich auf mögliche andere Verwendungszwecke abzuklopfen…
Gruß,
Sax
Hallo,
Wie sieht denn im Vergleich der ungefähre Wirkungsgrad bei
z.B. Solarkollektoren und klassischer Stromübertragung aus?
Klassische Höchstspannungleitungen haben einen Verlust von etwa 1% auf 100km. D.h. bei den hier relevanten Leitungslängen ist der Wirkungsgrad über 90%. Mit Hochspannugns-Gleichstrom wäre noch mehr zu erreichen. Recht viel besser als Strom über Stromleitungen zu transportieren geht es also nicht.
vg,
d.
Hallo
Also grundsätzlich gesehen haben wir in der Umwandlung von Licht in Strom noch ordentliche Probleme. Die Sonne schickt uns genug Energie, wenn wir sie nur nützen könnten. Licht in Strom ist zu ineffizient und Licht in Wärme in Dampf in Bewegung in Strom ist leider auch mit vielen Verlusten begriffen.
Hinzu kommen natürlich noch die Leitungsverluste. Da habe ich
allerdings noch weniger Ahnung ob diese z.B. im Vergleich mit
Überlandleitungen groß oder klein sind.
Die Übertragung per Glasfaser ist verdammt gut, theoretisch ist die Reichweite eines solchen Kabels unendlich (vom Material abgesehen 
).
Der Überlandleitung kennt den elektrischen Widerstand und ist somit im Nachteil. Natütlich sagen jetzt manche, die Verabeitung der Käbel oder die Verspiegelung ist verdreckt und ohnehin nie 100%ig.
Tatsächlich aber bedient sich die Glasfaserleitung dem Prinzip der Totalreflexion, was sie theoretisch überlegen macht.
http://de.wikipedia.org/wiki/Totalreflexion
Die Frage nach den Verlusten am Anfang und Ende der Leitung ist eine andere Sache…
Gruß
Florian
Wenn wir also (vereinfacht) annehmen, dass 40% Wirkungsgrad
bei der Umwandlung Sonnenenergie in Laserlicht und 40%
Wirkungsgrad bei der Umwandlung in Strom vorliegen, wären das
16% Wirkungsgrad gegenüber der Ausgangsenergie insgesamt.
Hallo Sax,
ein spannender Ansatz,
16%; PV-Anlagen sind glaube ich nicht besser. Warum aber nicht gleich Sonnenergie in Laserlicht und sofort in Strom?
Wie und mit welcher Technik wird das Sonnenlich dafür umgewndelt?
Wie würde es dazu Großflächig mit dem Rohstooffeinsatz aussehen?
Danke Tilo
Hallo
Wie und mit welcher Technik wird das Sonnenlich dafür
umgewndelt?
Wie würde es dazu Großflächig mit dem Rohstooffeinsatz
aussehen?
IMHO glabt das nicht. Sonnenlicht in Laserlicht, die beiden Formen könnten kaum unterschiedlicher sein. Das Sonnenlicht zu bündeln reicht längst nicht.
Die Herstellung von Laserlich mit metastabilem Zustand, Anregung und stimulierter Emission ist nun wirklich nicht gerade einfach bzw. simple Technik.
Gruß
Florian
Hallo,
16%; PV-Anlagen sind glaube ich nicht besser.
Was habt ihr eigentlich alle mit dem Wirkungsgrad der PV-Anlagen? Die spielen doch für die Übertragung des Stroms überhaupt keine Rolle. Der Strom muss übertragen werden, völlig egal ob er aus Windstrom aus Norddeutschland, Sonnenstrom aus Spanien oder sonstwo her kommt. Das hat doch für die Frage, wie man Strom transportiert, überhaupt keine Relevanz.
Warum aber nicht gleich Sonnenergie in Laserlicht und sofort in Strom?
Weil man Sonnenlicht nicht einfach in Laserlicht umwandeln kann. Dazu musst du erst Strom erzeugen und einen Laser betreibe.
Wie und mit welcher Technik wird das Sonnenlich dafür umgewndelt?
Mit einer Solarzelle in Strom und mit einem Laser in Laserlicht, und dann wieder mit einer Solarzelle in Strom.
vg,
d.
Servus,
16%; PV-Anlagen sind glaube ich nicht besser.
Was habt ihr eigentlich alle mit dem Wirkungsgrad der
PV-Anlagen? Die spielen doch für die Übertragung des Stroms
überhaupt keine Rolle. Der Strom muss übertragen werden,
völlig egal ob er aus Windstrom aus Norddeutschland,
Sonnenstrom aus Spanien oder sonstwo her kommt. Das hat doch
für die Frage, wie man Strom transportiert, überhaupt keine
Relevanz.
Doch, insofern als dass in meinem fiktiven Beispiel Sonnenenergie dank mit Chrom und Neodym angereicherter Keramikplatten mit rund 40 Prozent Wirkungsgrad in Laserenergie umgewandelt werden kann (siehe zitierten Artikel).
Dem wollte ich die klassische Stromerzeugung mittels PV gegenüber stellen. Tilo99 hat das nur etwas durcheinander geworfen bzw. hatte ich mich wohl nicht genau genug ausgedrückt.
Wenn ich natürlich erst Sonnenenergie in Windenergie in Strom in Laserlicht umwandle, kommt am Ende nicht viel mehr bei raus. Das ist auch klar.
Eine andere Frage, die sich mir stellt ist, ob man überhaupt Laserlicht braucht oder ob nicht z.B. auch direkt eingefangenes und focussiertes Sonnenlicht in Glasfasern zum Bestimmungsort transportiert werden könnte.
Gruß,
Sax
Hallo,
Doch, insofern als dass in meinem fiktiven Beispiel
Sonnenenergie dank mit Chrom und Neodym angereicherter
Keramikplatten mit rund 40 Prozent Wirkungsgrad in
Laserenergie umgewandelt werden kann (siehe zitierten
Artikel).
Nö. Da steht, wie man Laserlicht in Strom umwandelt. Von der unmöglichen Direktumwandlung von Sonnenlicht in Laserlicht steht da (zum Glück) nichts.
Mit Photovoltaik kommt man schon deshalb nicht in diese Bereiche, weil Halbleiter vorzugsweise auf bestimmte (materialabhängige) Wellenlängen reagieren, sich von ihnen anregen lassen. Hat mit Quantenphysik zu tun.
Wenn ich natürlich erst Sonnenenergie in Windenergie in Strom
in Laserlicht umwandle, kommt am Ende nicht viel mehr bei
raus. Das ist auch klar.
Ganz so umständlich ist es natürlich nicht, aber prinzipiell muss man das selbstverständlich mit einrechnen. Was denn sonst - der Strom für den Laser kommt schließlich nicht aus der Steckdose.
Eine andere Frage, die sich mir stellt ist, ob man überhaupt
Laserlicht braucht oder ob nicht z.B. auch direkt
eingefangenes und focussiertes Sonnenlicht in Glasfasern zum
Bestimmungsort transportiert werden könnte.
Klar kann man das. Fragt sich halt, wozu das gut sein soll.
Übrigens haben Glasfaserleitungen natürlich auch Verluste. Lies mal: http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter#Leist…
Wie man sieht, ist das erheblich mehr als das 1% einer Hochspannungsleitung. Und selbst das 1% kann man ja noch verbessern (Gleichspannung).
Sonnenlicht ist auch noch breitbandig, man kann also nicht mal (wie in Deinem Link) eine passende, möglichst gut geeignete Wellenlänge (für Umwandlung, Transport und Rückwandlung) benutzen.
Gruß
loderunner
Servus,
Nö. Da steht, wie man Laserlicht in Strom umwandelt. Von der
unmöglichen Direktumwandlung von Sonnenlicht in Laserlicht
steht da (zum Glück) nichts.
Doch, ich zitiere:
_[…] Den schwierigsten Teil der Entwicklung haben wir abgeschlossen“, sagt Masahiro Mori, Leiter des Jaxa-Forschungszentrums Advanced Mission. Die größte Herausforderung für die Wissenschaftler war die geringe Effizienz bei der Umwandlung des Sonnenlichts in Laserstrahlen. Doch jetzt gelang der Durchbruch: Dank neu entwickelter, mit Chrom und Neodym angereicherter Keramikplatten können die Jaxa-Forscher nun rund 40 Prozent der aufgefangenen Strahlen umwandeln.
Chrom hat die Eigenschaft, Licht unterschiedlicher Wellenlängen – wie es Sonnenstrahlen sind – zu absorbieren. Neodym wandelt die Energie effizient in Laserstrahlen um. Diese werden auf einen Durchmesser von einem Meter gebündelt. […]_
Übrigens haben Glasfaserleitungen natürlich auch Verluste.
Lies mal:
http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter#Leist…
Tja, nur sind da keine konkreten Zahlenwerte genannt. An anderer Stelle stand mal das moderne Glasfaserleitungen 0,2 Dezibel „Dämpfung“ auf 1 Kilometer haben, doch ich bin hierbei etwas überfordert dies in einen prozentualen Leitungsverlust umzurechnen.
Sonnenlicht ist auch noch breitbandig, man kann also nicht mal
(wie in Deinem Link) eine passende, möglichst gut geeignete
Wellenlänge (für Umwandlung, Transport und Rückwandlung)
benutzen.
Klar, das wäre natürlich der Hauptnachteil. Es sei denn man würde das Licht am Ende z.B. prismatisch auffächern und auf verschiedene photovoltaische Zellen verteilen, die bei unterschiedlichen Spektren gut arbeiten.
Gruß,
Sax
Hallo,
Doch, insofern als dass in meinem fiktiven Beispiel
Sonnenenergie dank mit Chrom und Neodym angereicherter
Keramikplatten mit rund 40 Prozent Wirkungsgrad in
Laserenergie umgewandelt werden kann (siehe zitierten
Artikel).
Ah, ok. Das habe ich überlesen. „Solar pumped Laser“ schimpft sich das offenbar.
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar-pumped_laser
Für die Anwendung im All, wie in deinem Beispiel, ist das natürlich eine Option, da es von dort ziemlich aufwändig ist, ein Kabel zur Erde zu verlegen. Von daher ist hier die drahtlose Übertragung - auch wenn sie mit Verlusten behaftet wäre, ohnehin die einzige für uns umsetzbare Option.
Ich dachte, dass es um den Transport von Strom z.B. in Deutschland oder Europa von Wind- oder Solarfarmen zu den Verbrauchszentren geht.
Eine andere Frage, die sich mir stellt ist, ob man überhaupt
Laserlicht braucht oder ob nicht z.B. auch direkt
eingefangenes und focussiertes Sonnenlicht in Glasfasern zum
Bestimmungsort transportiert werden könnte.
Ich denke schon dass das gehen würde, aber ein Laser hat einfach eine höhere Energiedichte. Ich denke, mit dem Laser kannst du einfach viel mehr Energie im gleichen Kabelvolumen transportieren.
vg,
d.
genau, danke,
das wollte ich wissen, dann machte der Ansatz hier ja keinen Sinn.
Hallo,
das wollte ich wissen, dann machte der Ansatz hier ja keinen
Sinn.
Wobei ein Fehler in meiner Antwort steckte, wie Sax76 aufgezeigt hat. Es ist schon möglich, direkt aus Sonnenlicht einen Laser zu betreiben, wie in dem Beispiel mit dem Weltraum-Kraftwerk zu sehen. Da es aus dem Weltraum für uns derzeit nicht machbar ist, ein Kabel zu Erde zu legen, macht das in diesem speziellen Fall wohl Sinn, weil man die Energie ohnehin kabellos übertragen müsste.
Aber ich denke, dass dies für unser Problem hier beim Umstieg auf die Erneuerbaren trotzdem keine wirkliche Relevanz hat, weil die neuen Stromleitungen brauchen wir für den Windstrom ja sowieso. Es würde wohl keinen Sinn machen, noch meterdicke Glasfaser-Kabel durch die ganze Republik zu legen, wenn man den Strom ohnehin über die ohnehin erforderlichen neuen herkömmlichen Stromleitungen transportieren kann.
vg,
d.
Hallo,
Die Übertragung per Glasfaser ist verdammt gut, theoretisch
ist die Reichweite eines solchen Kabels unendlich (vom
Material abgesehen
Genau, wenn man ein Vakuumkabel verwendet, nicht wahr?
Tatsächlich aber bedient sich die Glasfaserleitung dem Prinzip
der Totalreflexion, was sie theoretisch überlegen macht.
Aha. Was ist aber mit den Transmissionsverlusten?
Und was sagst du zum Prinzip der Gradientlichtleiter.
http://de.wikipedia.org/wiki/Gradientenoptik#Gradien…
Und eine sehr geringe Dämpfung geht eh nur in Monomodefasern
Wie funktioniert es da mit der Totalreflektion?
http://www.tecchannel.de/netzwerk/lan/1758902/netzwe…
Und wie bekommt man das ganze Licht in solche kleine Fasern?
Die Frage nach den Verlusten am Anfang und Ende der Leitung
ist eine andere Sache…
Das ist sehr unkritisch. Da sind mit Beschichtungen Verluste im
Promillebereich möglich.
Trotzdem ist das ganze ziemlicher Quatsch, weil die Übertragung per
elektrischer Leitungen viel einfacher, Verlustfreier und
zuverlässiger geht.
Gruß Uwi
Hallo
Nun gut, da hab ich mich wohl zu sehr auf die Totalreflexion und schicke optische Idealisierungen gestützt.
Die Übertragung per Glasfaser ist verdammt gut, theoretisch
ist dVakuumkabel verwendet, nicht wahr?
Tatsächlich aber bedient sich die Glasfaserleitung dem Prinzip
der Totalreflexion, was sie theoretisch überlegen macht.Aha. Was ist aber mit den Transmissionsverlusten?
Es gibt natürlich Verunreinigungen und auch Lichtdämpfung. Letztere kann man aber wengstens in den von dir angesprochenen Monomodefasern möglichst klein halten.
Und was sagst du zum Prinzip der Gradientlichtleiter.
http://de.wikipedia.org/wiki/Gradientenoptik#Gradien…
Was soll ich dazu sagen? Die unterschiedliche (optische) Kerndichte ist eine nette Sache, aber man kann das IMHO immer noch mit der Totalreflexion erklären.
Und eine sehr geringe Dämpfung geht eh nur in Monomodefasern
Wie funktioniert es da mit der Totalreflektion?
Ja, da benötigt man den Maxwell und seine Gleichungen, aber auch hier gibt es verluste durch abkingende stehende Wellen im Mantel.
http://www.tecchannel.de/netzwerk/lan/1758902/netzwe…
Und wie bekommt man das ganze Licht in solche kleine Fasern?
Mit Laserdioden. Die extrem kleinen Kerndurchmesser sind neben den Vorteilen auch der größte Nachteil, der zu einer erschwerten Handhabung führt.
Trotzdem ist das ganze ziemlicher Quatsch, weil die
Übertragung per
elektrischer Leitungen viel einfacher, Verlustfreier und
zuverlässiger geht.
Signal- oder Energieübertragung ist schon ein ganz anderes Blatt. Für große Energien sind die LWL ohnehin nicht geeignet. Vermutlich würde da einfach der Kern schmelzen und Feirabend.
Danke für die lehrreiche Berichtigungen
Gruß
Florian
Hallo,
Aha. Was ist aber mit den Transmissionsverlusten?
Es gibt natürlich Verunreinigungen und auch Lichtdämpfung.
Letztere kann man aber wengstens in den von dir angesprochenen
Monomodefasern möglichst klein halten.
Ja. Aber eben immer noch weit schlechter als beim simplen Stromkabel.
Und was sagst du zum Prinzip der Gradientlichtleiter.
Was soll ich dazu sagen? Die unterschiedliche (optische)
Kerndichte ist eine nette Sache, aber man kann das IMHO immer
noch mit der Totalreflexion erklären.
Nein. Schonmal was von ‚Beugung‘ gehört?
Und wie bekommt man das ganze Licht in solche kleine Fasern?
Mit Laserdioden. Die extrem kleinen Kerndurchmesser sind neben
den Vorteilen auch der größte Nachteil, der zu einer
erschwerten Handhabung führt.
Wenn man durch die Leitung nennenswert Energie übertragen will, muss man wegen der Verluste und dadurch auftretenden Erwärmung das gleiche machen wie beim Stromkabel: dicker machen das ganze. Dann wird aus der biegsamen Glasfaser ein Glasstab. Oder ein ganzes Bündel von Glasfasern, mit dem Vorteil der Biegsamkeit und dem Nachteil der noch schlechteren Einkopplung.
Gruß
loderunner