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Entwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher

Patrick Estermann (TA)

Titel

Entwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher

Autor/in

Datierung

08.06.2023

Beschreibung

Die “Association pour le Développement de l’Energie Solaire” (ADES) ist eine Nichtregierungsorganisation (NGO),
welche sich für die Erhaltung der Lebensgrundlagen auf Madagaskar einsetzt. Dies da auf Madagaskar bereits 90%
der ursprünglichen Waldflächen abgeholzt wurden. Durch den Einsatz von Solar- und Energiesparkochern senken
sie den Verbrauch von Brennmaterialien wie Holz.
Langfristig wird aber eine Lösung benötigt, welche kein Brennmaterial verbraucht. Deshalb wird in dieser Arbeit
ein Lösungskonzept für ein Solarkochherd mit Latentwärmespeicher entwickelt, mit welchem das Kochen ohne
Brennmaterial möglich ist. Durch die Verwendung eines Latentwärmespeichers kann die tagsüber verfügbare Sonnenenergie
abends zum Kochen genutzt werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird als erster Schritt eine Technologierecherche durchgeführt, um den Stand der
Technik aufzuarbeiten. Auf Basis dieser Technologierecherche wurden verschiedene Lösungskonzepte erarbeitet
und bewertet. Aus diesen wurde das geeignetste Konzept ausgewählt und ein Funktionsmuster aufgebaut. Bei diesem
wird der Latentwärmespeicher des Solarkochherds mit einem Parabolspiegel beladen. Im Latentwärmespeicher
wird D-Mannitol als Speichermaterial genutzt. D-Mannitol ist ein Zuckeralkohol und deshalb für die Verwendung
unbedenklich, da diese keine Gefahrenkennzeichnung aufweisen. Durch Tests mit dem Funktionsmuster wurde festgestellt,
dass das D-Mannitol für die vorgesehene Anwendung jedoch ungeeignet ist. Dies aus dem Grund, da sich
im Speicher-Behälter des Solarkochherds Wasser gebildet hat und die starke Unterkühlung von D-Mannitol eine
Wärmeabgabe auf einem deutlich tieferen Temperaturniveau als der Schmelztemperatur zur Folge hatte. Das Wasser
entstand durch die Degradation von D-Mannitols, wodurch dieses dehydriert. Durch das Wasser bildet sich bei
der Erwärmung Wasserdampf, wodurch sich im Speicher-Behälter des Solarkochherds Druck aufbaut.
Auf Basis dieser Erkenntnisse wird empfohlen für den Aufbau eines nächsten Solarkochherds mit Latentwärmespeicher
kein Zuckeralkohol zu verwenden, sondern die Salzmischung Solar Salt. Dieses weist eine geringe Unterkühlung
auf, hat aber den Nachteil, dass dieses Material eine Gefahrenkennzeichnung hat, da es sich um Nitrate
handelt.

The ADES is a NGO that works to preserve Madagascar’s livelihoods. This is because already 90% of the original
forest areas in Madagascar has been lost. By using solar and energy-efficient cookers, they reduce the consumption
of combustible materials such as wood.
In the long term, however, a solution is needed that doesn’t consume combustible materials. Therefore, in this
Bachelor thesis a solution concept for a solar cookstove with latent heat storage is developed, with which cooking
without combustible materials is possible. By using a latent heat storage, the available solar energy during the day
can be used for cooking in the evening.
In order to achieve this goal, the first step is to make a technology research in order to work out the state of the
art. On the basis of this technology research, various solution concepts were developed and evaluated. From these,
the most suitable concept was selected and a functional model was built. With this, the latent heat storage of the
solar cookstove ist loaded with a parbolic mirror. In the latent heat storage D-mannitol is used as storage material
for the latent heat storage. D-mannitol is a sugar alcohol and therefore its use is safe, as they don’t have a hazard
labelling. Through tests with the functional model, it was determined that the D-mannitol is unsuitable for the
intended application. Because water formed in the storage tank of the solar cookstove and the high subcooling of
D-mannitol resulted a heat release at a lower temperature level than the melting point. The water was formed
by the degradation of D-mannitol, which dehydrates it. Through the water it forms water vapour, when the solar
cookstove is heated up. This water vapour produce than a high pressure in the storage tank.
Based on these findings, it isn’t recommended to use sugar alcohol for the construction of a next solar cookstove
with latent heat storage. For the next solar cookstove the salt mixture Solar Salt is recommended. This salt mixture
has a low subcooling, but the disadvantage that it has a hazard labelling as it consists of nitrates.

Urheberrechtshinweis