Sonnenenergie spielt in Zeiten knapper und teurer Rohstoffe eine immer größere Rolle. Wissenschaftler beschäftigen sich in umfangreichen Versuchen damit, die Kraft der Sonne für die Wärme- und Stromerzeugung zu nutzen. Mit einem Sonnenofen lässt sich die Sonnenstrahlung für Versuche verschiedenster Art nutzen.
Sonnenofen für Versuche mit Sonnenstrahlung
Wie viel Wärme Sonnenenergie erzeugen kann, lässt sich bereits im Alltag feststellen. Ein Auto zum Beispiel, das in der Sonne steht, entwickelt durch seine Bauweise im Inneren sehr schnell sehr hohe Temperaturen. Die Sonnenstrahlen treffen auf das Fahrzeug und erhitzen das Metallgehäuse, das die Wärme ins Innere abgibt. Sind die Fenster geschlossen, kann die Wärme nicht mehr entweichen und es kommt zu einer Wärmeentwicklung, die zum Beispiel Kunststoffe zum Schmelzen bringen kann. Auch unter Glasfassaden sind solche Reaktionen zu beobachten. Diese Technik wird von Wissenschaftlern mit einem Sonnenofen genutzt, um Experimente zur Solarthermie durchzuführen. Auch für Versuche mit chemischen Reaktionen und zur Materialforschung wird ein Sonnenofen, der in Fachkreisen auch Solarschmelzofen genannt wird, genutzt.
Sonnenöfen in Odelló und Köln-Porz
Da nicht in allen Gegenden die Sonne gleichmäßig und andauernd scheint, wird ein Sonnenofen dort installiert, wo mit einer verlässlichen Sonnenstrahlung zu rechnen ist. Das Sonnenlicht muss direkt auf die Konzentratoren gerichtet werden, die die Strahlung bündeln. Vor allem in südlichen Gegenden, wie im französischen Odelló, werden Solarschmelzöfen gebaut. Der Sonnenofen in dem Ort an der spanischen Grenze ist die größte Anlage der Welt. Temperaturen bis zu 4.000 Grad Celsius werden hier gemessen, ein MW thermische Leistung wird erzeugt. Der Solarschmelzofen dient zu Forschungszwecken. Auch in Deutschland sind Sonnenöfen in Betrieb. Die Anlage in Köln-Porz wird seit 1994 betrieben.
Funktionsweise eines Sonnenofens
Mit dem Sonnenlicht, das in konzentrierter Form auf Materialien geleitet wird, lassen sich photonische oder thermische Reaktionen hervorrufen. Auf diese Weise können Werkstoffe entwickelt werden, die Licht und Hitze standhalten können. Das Sonnenlicht wird in einer 5.000 fachen Stärke konzentriert, dabei entstehen in der Kölner Anlage bis zu 2.500 Grad Celsius hohe Temperaturen, die eine Leistung von 25 Kilowattstunden erzeugen. Ein Problem ist das wandernde Sonnenlicht. Durch die Drehung der Erde verändert sich der Sonnenstand im Laufe des Tages. Aus diesem Grund wird das Sonnenlicht über einen ebenen Spiegel auf einen Hohlspiegel, den Konzentrator, gerichtet. Diese Planspiegel, die sich entsprechend dem Lauf der Sonne ausrichten lassen, werden in der Fachsprache Heliostaten genannt. Im Brennpunkt des Hohlspiegels wird eine Brennkammer errichtet, in der die hohen Temperaturen erzeugt werden. Durch die Anordnung der beiden Spiegel kann die Anlage unabhängig vom Sonnenstand genutzt werden. Durch einen Schnellverschluss, den Shutter, wird die Strahlung reguliert, sodass sich in den Laboratorien verschiedene Versuchsreihen mit unterschiedlichen Temperaturen und Materialien durchführen lassen.
Forschung für die Nutzung der Sonnenenergie
Die Forschung im Sonnenofen ist ein wichtiger Beitrag für die Nutzung der Sonnenenergie. Durch die Versuche in den Anlagen werden Materialien entwickelt, mit denen es langfristig möglich sein wird, die Sonnenkraft für die Erzeugung von Energie und Wärme zu nutzen. Bisher lässt sich die Sonnenenergie durch Solaranlagen nur bis zu einem bestimmten Grad nutzen, da das Material zu hohen Temperaturen nicht standhält.
