Hallo,
man kennt das ja von den schwarzen Autos, die in der Sonne stehen: da kann man ja die sprichwörtlichen Spiegeleier drauf braten. Aber wie heiß kann man denn nun wirklich Wasser mit einer schwarzen Oberfläche (oder auch mit einer verbesserten -?- Version mit Sammellinse oder Spiegel) bekommen? Kann man es damit richtig verdampfen lassen (>100 Grad)? Und in welchen Mengen? Fragen über Fragen … 
Gruß,
Lutz.
Da spielen sehr viele Faktoren eine Rolle. Die absolute theoretische Obergrenze für die ereichbare Temperatur ist die Oberflächentemperatur der Sonne. Das dürften so 5000-6000° sein. Allerdings würde dann kein nutzbarer Energietransport von der Sonne zur Solaranlage mehr stattfinden.
Wenn Wasser verdampft werden soll, bleibt die Temperatur aber so niedrig, daß man davon ausgehen kann, daß auf einer schwarzen Fläche fast die gesamte Sonneneinstrahlung von bis zu etwa 1 kW /qm absorbiert werden kann.
Das sind dann 1000 Joule pro sekunde und Quadratmeter. Aus dem Wert der Verdampfungswärme für Wasser, den ich jetzt leider auch nicht weiss, läßt sich dann z.B. genau berechnen, wieviel Wasser sich mit 1000 Joule verdampfen läßt.
In der Praxis wird sich die nötige Temperatur nur mit optischen Hilfsmitteln wie Spiegel oder Linse erreichen lassen.
Für die Berechnung relevant ist jedenfalls die Querschnittsfläche der ankommenden Sonnenstrahlen.
Jörg
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Natürlich kann man Wasser mit der Sonnenenergie kochen lassen. Es gibt Wasserkocher auf der Basis von Hohlspiegeln
mit ca. 0.5-1 m Durchmesser. Ist im Gespräch
als alternative Kochgelegenheit für
Menschen in Wüstengegenden, wo Brennholz knapp wird.
Das Jahresmittel der Sonnenleistung auf der Erde liegt bei 1.37 kW/m^2, ist aber regional unterschiedlich (Wolken, Dunst, Absorption in Atmosphäre usw. schlucken schon ca. 50 %).
Man braucht 4.187 kJ, um 1 Liter Wasser um 1 Grad zu erwärmen und 2265 kJ (nein, ich habe kein Komma vergessen!), um dieselbe Menge zu verdampfen. Das heisst, bei einem Wirkungsgrad von 30% (ist schon viel, noch viel mehr wäre sicher utopisch) und einer wirksamen Fläche von 1 m^2 (senkrechter Lichteinfall) bräuchte man bei diesen idealisierten Angaben 10 Sekunden, um 1 Liter um 1 Grad zu erhitzen und 1.5 Stunden, um 100 Grad heisses Wasser vollständig zu verdampfen.
Natürlich kann man Wasser mit der Sonnenenergie kochen lassen.
Es gibt Wasserkocher auf der Basis von Hohlspiegeln
mit ca. 0.5-1 m Durchmesser.
auch normale Kollektoren würden das wasser weit über 100 grad erhitzen allerdings haben werden die regler in solaranlagen natürlich niedriger eingestellt, erstens um kalkausfällungen zu vermeiden und zweitens um zu verhindern das die boiler explodieren, ausserdem ist es ja auch unpraktisch wenn wasserdampf aus der leitung kommt. da meine anlage bei einer Vorlauftemperatur von über 120 Grad abschaltet was oft erreicht wird wenn die boiler nichts mehr aufnehmen können, weiss ich nicht genau wie heiss sie würde. gehe aber davon aus das 150 Grad ohne weiteres möglich sind.
mit spiegeln sind temperaturen von mehreren tausend grad möglich
ulrich
Ist im Gespräch
als alternative Kochgelegenheit für
Menschen in Wüstengegenden, wo Brennholz knapp wird.Das Jahresmittel der Sonnenleistung auf der Erde liegt bei
1.37 kW/m^2, ist aber regional unterschiedlich (Wolken, Dunst,
Absorption in Atmosphäre usw. schlucken schon ca. 50 %).
Man braucht 4.187 kJ, um 1 Liter Wasser um 1 Grad zu erwärmen
und 2265 kJ (nein, ich habe kein Komma vergessen!), um
dieselbe Menge zu verdampfen. Das heisst, bei einem
Wirkungsgrad von 30% (ist schon viel, noch viel mehr wäre
sicher utopisch) und einer wirksamen Fläche von 1 m^2
(senkrechter Lichteinfall) bräuchte man bei diesen
idealisierten Angaben 10 Sekunden, um 1 Liter um 1 Grad zu
erhitzen und 1.5 Stunden, um 100 Grad heisses Wasser
vollständig zu verdampfen.
Natürlich kann man Wasser mit der Sonnenenergie kochen lassen.
Es gibt Wasserkocher auf der Basis von Hohlspiegeln
mit ca. 0.5-1 m Durchmesser.auch normale Kollektoren würden das wasser weit über 100 grad
erhitzen allerdings haben werden die regler in solaranlagen
natürlich niedriger eingestellt, erstens um kalkausfällungen
zu vermeiden und zweitens um zu verhindern das die boiler
explodieren, ausserdem ist es ja auch unpraktisch wenn
wasserdampf aus der leitung kommt. da meine anlage bei einer
Vorlauftemperatur von über 120 Grad abschaltet was oft
erreicht wird wenn die boiler nichts mehr aufnehmen können,
weiss ich nicht genau wie heiss sie würde. gehe aber davon aus
das 150 Grad ohne weiteres möglich sind.
mit spiegeln sind temperaturen von mehreren tausend grad
möglich
ulrich
Ist im Gespräch
Man muß hier unterscheiden zwischen der max. erreichbaren und max. sinnvollen Temperatur. Wie ich bereits erwähnte, lassen sich theoretisch über 5000° erreichen. Energie läßt sich dann aber nicht mehr anzapfen. Das gilt genauso für Solarzellen. Selbst wenn ohne optische Hilfsmittel, vieleicht noch mit Vakuumisolation, Temperaturen bis 150° erreicht werden können, läßt sich damit nichts mehr heizen oder gar kochen. Der Wirkungsgrad der Solarzelle nimmt nähmlich rapide ab, wenn man sich der Maximaltemperatur nähert, weil mit zunehmender Temperatur auch die Rückstrahlung in den Weltraum erheblich zunimmt. Um möglichst viel Wärmeenergie nutzen zu können muß also auch die Wassertemperatur niedrig gehalten werden.
Mit optischen Hilfsmitteln läßt sich ein guter Wirkungsgrad auch bei wesentlich höheren Temperaturen erreichen. Das ist z.B. wichtig, wenn die Wärmeenergie nochmal in elektrische Energie umgewandelt werden soll.
Jörg
als alternative Kochgelegenheit für
Menschen in Wüstengegenden, wo Brennholz knapp wird.Das Jahresmittel der Sonnenleistung auf der Erde liegt bei
1.37 kW/m^2, ist aber regional unterschiedlich (Wolken, Dunst,
Absorption in Atmosphäre usw. schlucken schon ca. 50 %).
Man braucht 4.187 kJ, um 1 Liter Wasser um 1 Grad zu erwärmen
und 2265 kJ (nein, ich habe kein Komma vergessen!), um
dieselbe Menge zu verdampfen. Das heisst, bei einem
Wirkungsgrad von 30% (ist schon viel, noch viel mehr wäre
sicher utopisch) und einer wirksamen Fläche von 1 m^2
(senkrechter Lichteinfall) bräuchte man bei diesen
idealisierten Angaben 10 Sekunden, um 1 Liter um 1 Grad zu
erhitzen und 1.5 Stunden, um 100 Grad heisses Wasser
vollständig zu verdampfen.
Natürlich kann man Wasser mit der Sonnenenergie kochen lassen.
Es gibt Wasserkocher auf der Basis von Hohlspiegeln
mit ca. 0.5-1 m Durchmesser.auch normale Kollektoren würden das wasser weit über 100 grad
erhitzen allerdings haben werden die regler in solaranlagen
natürlich niedriger eingestellt, erstens um kalkausfällungen
zu vermeiden und zweitens um zu verhindern das die boiler
explodieren, ausserdem ist es ja auch unpraktisch wenn
wasserdampf aus der leitung kommt. da meine anlage bei einer
Vorlauftemperatur von über 120 Grad abschaltet was oft
erreicht wird wenn die boiler nichts mehr aufnehmen können,
weiss ich nicht genau wie heiss sie würde. gehe aber davon aus
das 150 Grad ohne weiteres möglich sind.
mit spiegeln sind temperaturen von mehreren tausend grad
möglich
ulrich
Ist im GesprächMan muß hier unterscheiden zwischen der max. erreichbaren und
max. sinnvollen Temperatur. Wie ich bereits erwähnte, lassen
sich theoretisch über 5000° erreichen. Energie läßt sich dann
aber nicht mehr anzapfen. Das gilt genauso für Solarzellen.
Selbst wenn ohne optische Hilfsmittel, vieleicht noch mit
Vakuumisolation, Temperaturen bis 150° erreicht werden können,
läßt sich damit nichts mehr heizen oder gar kochen.
na das was ich oben sagte ist einfach die Temperatur die die Tauscherflüssigkeit problemlos erreicht, und das sind immerhin zig liter die ganz schnell von 50 auf 120 Grad gehen. wäre diese flüssigkeit aus reinem Wasser würde es längst verdampfen
auch wenn der boiler auf 80 ist und somit eigentlich längst abgeschaltet sein sollte kann man versuchsweise beobachten( bei niedriger fliesgeschwindigkeit, dass die vorlauftemperatur über 100 grad hat(man kann wasser auf den Holländer tropfen lassen und es verdampft trotzdem die anlage das boilerwasser weiter heizen würde sofort mit kräftigem zischen. wiegesagt ab 120 grad
Vorlauftemperatur schaltet die Anlage ab.
aber ich hätte wenn ich die boilerbegrenzung übergangen wäre heute ohne weiteres meinen 1000l speicher zum Sieden gebracht.
und das ganze ohne der unwirtschaftlichen vakuumkollektoren etc. sondern mit einfachen flachkollektoren die um 20 Grad zu flach liegen(aus ästhetischen gründen)und um 20 grad zu westlich (aus baulichen gründen).
klar durch die abkühlung beim siedend verdampfen bin ich bei normalen druckverhältnissen auf ca. 100 grad begrenzt aber kochen könnte man auf jeden fall damit.
Hängt halt auch ab wie gross der Topf und wie groß die Kollektorfläche ist.
allerdings wenn man das jahresmittel als berechnungsgrundlage nimmt wirds nie kochen, aber bei Sonnenschein innerhalb kurzer zeit.
Der
Wirkungsgrad der Solarzelle nimmt nähmlich rapide ab, wenn man
sich der Maximaltemperatur nähert, weil mit zunehmender
Temperatur auch die Rückstrahlung in den Weltraum erheblich
zunimmt. Um möglichst viel Wärmeenergie nutzen zu können muß
also auch die Wassertemperatur niedrig gehalten werden.
Mit optischen Hilfsmitteln läßt sich ein guter Wirkungsgrad
auch bei wesentlich höheren Temperaturen erreichen. Das ist
z.B. wichtig, wenn die Wärmeenergie nochmal in elektrische
Energie umgewandelt werden soll.Jörg
als alternative Kochgelegenheit für
Menschen in Wüstengegenden, wo Brennholz knapp wird.
Im übrigen gibts ja so systeme zum kochen für holzknappe gegenden, die soweit ich weiss allerdings mit spiegeln arbeiten, wobei das licht direkt auf den kochtopf geworfen wird.
Das Jahresmittel der Sonnenleistung auf der Erde liegt bei
1.37 kW/m^2, ist aber regional unterschiedlich (Wolken, Dunst,
Absorption in Atmosphäre usw. schlucken schon ca. 50 %).
Man braucht 4.187 kJ, um 1 Liter Wasser um 1 Grad zu erwärmen
und 2265 kJ (nein, ich habe kein Komma vergessen!), um
dieselbe Menge zu verdampfen. Das heisst, bei einem
Wirkungsgrad von 30% (ist schon viel, noch viel mehr wäre
sicher utopisch) und einer wirksamen Fläche von 1 m^2
(senkrechter Lichteinfall) bräuchte man bei diesen
idealisierten Angaben 10 Sekunden, um 1 Liter um 1 Grad zu
erhitzen und 1.5 Stunden, um 100 Grad heisses Wasser
vollständig zu verdampfen.
Hallo Lutz!
Frag einen Solaranlagenbauer!
Die Solaranlagen, die Du auf den Dächern liegen siehst, erhitzen sich bis zu 140° C. Dann ist der Druck gleichzeitig so angestiegen, daß die Anlage über ein Sicherheitsventil abbläst.
Gruß Werner
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Danke an alle, …
… wobei immer wieder interessant ist zu sehen, was mit eigentlich recht unspezifischen Fragestellungen alles verbunden sein kann. Ich fand’s hochinteressant.
Gruß,
Lutz.