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Schule > Physik > Optik > Spiegel und Linsen > Referat über den Solarherd

Solarherd

Der Solarherd wird aus thermischer Solarenergie betrieben, mit den sog. thermischen Solaranlangen.
Thermische Solaranlagen, das sind Solaranlagen, die aus Sonneneinstrahlung Wärme nutzbar machen.
Thermische Energie, ist die Energie die ein Körper aufgrund seiner Temperatur besitzt. Umso höher die Temperatur und umso größer die Masse des Körpers desto größer ist die Energie.
Sonnen- Solarenergie, ist die von der Sonne erzeugte Energie, sie gelangt in Teilchen auf die Erde.

Es gibt verschiedene Solarherde:
Reflektorkocher (Spiegelkocher/Parabolkocher)

Die Reflektorkocher nutzen die auf eine reflektierende Fläche einfallende direkte
Sonneneinstrahlung. Die reflektierende Fläche in Form eines Parabolspiegels ist meist aus Hochglanz-Aluminium und konzentriert die Sonnenstrahlen in einem Brennfleck, wo der Kochtopf durch eine Halterung angebracht wird. Durch eine einfache Mechanik kann der Spiegel immer dem Sonnenstand nachgeführt werden. Der schwarz bemalte Kochtopf absorbiert die Sonnenstrahlung, wandelt sie in Wärmestrahlung um und erhitzt sich. Reflektorkocher erreichen erheblich höhere Temperaturen (über 300° Celsius) als die einfachen solaren Kochkisten, was allerdings eine Verbrennungsgefahr des Kochguts mit sich bringt. Zum bearbeiten (umrühren, befüllen usw.) sollte der Reflektor jedoch immer so geschwenkt
werden, dass der Behälter (Topf) sich auf der Schattenseite befindet.
Werkstoffe:
Aus einem oder mehreren meist gekrümmten Spiegeln aus poliertem Aluminiumblech, verspiegelter Folie oder auch metallkaschiertem Karton; im Brennpunkt oft mit Halterung für einen Topf



Boxkocher/ Solarkochkiste:

Die Treibhaustechnik wird bei den solaren Kochkisten verwendet. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um gut isolierte Kisten mit schwarzem Boden und Innenwänden. Die Sonne strahlt durch eine transparente Abdeckung, die meist aus Glas besteht, ins Innere dieser Kiste. Beim Eintreffen auf den schwarzen Flächen werden die Sonnenstrahlen absorbiert und von kurzwelliger Sonnenstrahlung in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Die Wärmestrahlung kann weder die Glasscheiben durchdringen noch aus der Kiste entweichen. Die Temperaturen im Innern der Kochkiste steigen solange, bis die Verluste und die einfallende
Energie sich die Waage halten. Deshalb wird das Fenster doppelt verglast und auf eine gute Isolierung der Kiste geachtet.
Werkstoffe:
Thermoglas oder Doppelverglasung, Kunststoffdichtungen, schwarzer Alutopf oder Glas mit Deckel, Isolierung, Gitterrost in wenigen cm Höhe eingelegt, Schieferstein zur Erhaltung einer Wärmekonstante

Kochverhalten:
- hauptsächlich zum langsamen Garen (Backofenbetrieb)
- umrühren während des Garens ist nicht nötig - kein anbrennen möglich
- mit weniger Flüssigkeit kochen
- je geringer die zu kochende Menge, desto schneller
- je kleiner die Lebensmittel vorbereitet, desto schneller
- jedes Öffnen des Glases bedeutet eine Verlängerung der Garzeit (um ca. 15 min)
- Ofen vorheizen (auf 80° - 100°)
- doppelte bis dreifache Garzeit rechnen
- immer mit Deckel kochen - außer bei Kuchen
Garmöglichkeiten:
- Gratins, Gemüse, Ragout, Suppe, Fisch, Reis, Getreide, Ratatouille, Poulet, -Suppenhuhn
- Kuchen, Kekse, Brot
- Reste vom Vorabend aufwärmen
- Marmelade, Gemüsekonserven, Tomaten sterilisieren
- Schokolade oder Butter schmelzen (wie Wasserbad)

Sonnensegel-Kocher:
Hier werden die Sonnenstrahlen durch mehrere flache Platten auf ein Gefäß unter einer Gasplatte gebündelt. Diese Kocher können ganz schnell aufgebaut werden und sind sehr günstig, man kann sie für 2$ Dollar bekommen.



Warum wurden Solarherde gebaut? .
Der Solarherd wurde gebaut um eine Menge Holz einzusparen weil für Kochzwecke täglich ungefähr 1 Mrd. Tonnen Holz verbrannt wurden. Diese Übernutzung führt in vielen Entwicklungsländern zu Umwelt Problemen. Verringerung des CO2 Ausstoß.
Man will die Sonnenenergie mehr für Die Erwärmung von Speisen und Heißwasser benutzen, damit kann man die Verbrennung von Brennstoffen einsparen.
Ziele waren die Frauen und Kinder vom täglichen Holzsammeln zu befreien und durch den Selbstbau der Herde hatte man Arbeits - und Ausbildungsplätze.
Der Solarherd soll weniger in einzelnen Haushalten benutzt werden, sondern vielmehr in Heimen, Flüchtlingslagern und Krankenstationen.
Sie sind gut für die Gesundheit, da sie einen Rauch produzieren, Verbrennungen am offenen Feuer können vermieden werden. Verbesserung der Hygiene Wasser kann abgekocht werden und man kann pro Tag 50 Liter Trinkwasser erzeugen.

Vorteile
- Der Baumbestand wird erhalten
- Frauen und Kinder in den Entwicklungsländern werden vom täglichen Holzsammeln entlastet
- Es entsteht beim Kochen kein gesundheitsschädlicher Rauch
- Vermeidungen von Verbrennungen am offenen Feuer
- Lebensmittel können durch Erhitzen konserviert werden (haltbar gemacht werden)
- Man kann Wasser erwärmen und dann Wäsche waschen
- Essen mittags kochen und abends kann es noch erwärmt werden
- Unabhängigkeit von Brennstoffen
- Solarherde könnten etwa 30 - 40% des Brennholzes einsparen
- Mit einem Kocher können bis zu 20 Personen versorgt werden
- Er arbeitet ab einer Stunde nach Sonnenaufgang bis eine Stunde vor Sonnenuntergang
- Das Essen schmeckt oft besser, weil es rauchfrei und schonender gekocht wird
- Beim Kochen bleiben mehr Nährstoffe und Vitamine erhalten.

Nachteile
- Anwendung lohnt sich bei wenig Sonnenschein kaum
- Scheint die Sonne nicht ist das Kochen unmöglich
- Das Kochen mit dem Solarherd dauert meist länger als mit dem Gas- oder Elektroherd
- Die Kosten sind sehr hoch, und für Arme sind die normalen Herde die bessere Alternative

Allgemeines
Solarherde kommen vor allem in den Entwicklungsländern zum Einsatz. In Indien und China sind zum Beispiel 100.000 Solarherde im Einsatz oder in Kenia 5.000.

Wie heiß Solarherde werden liegt ganz von ihrer Größe ab.
Eine Kochbox mit einem Reflektor erreicht ca. eine Temperatur von 150°C und das Essen bleibt nach dem Kochen noch warm und verbrennt nicht. . Aber zum Kochen reichen schon 90°C, nur wenn man größere mengen Kochen will muss die Temperatur höher sein. Ein Reflektorkocher kann bis zu 198°C erreichen.
Das Kochen dauert etwa doppelt so lang wie in einem herkömmlichen Ofen, aber es bekommt bei direkter Sonneneinstrahlung mehr bräune. Bei einer Kochbox verbrennt das Essen ja nicht und in der Zeit kann man andere Sachen machen. Bei einem Parabelförmigen Solarherd muss man aufpassen und zwischendurch umrühren damit nichts verbrennt, da sich das Kochen kaum von einer Herdplatte unterscheidet. Die Sonnenstrahlen fallen gebündelt auf den Kochtopf und dieses wird dann sehr schnell heiß und fängt an zu kochen.
Am besten benutzt man ein flaches, leichtes und dunkles Gefäß oder Metallpfannen.
Mit einem Solarherd kann man Wasser sterilisieren also Krankheitserreger töten. Das Wasser muss zu auf 60°C - 90°C erhitzt werden.
Mit dem Solarherd könnte man auch Obst sterilisieren, haltbarer machen. Fleisch oder Gemüse kann man nicht haltbarer machen, weil der Druck so sein würde.
Wenn die es bewölkt ist kocht das Essen trotzdem, weil ein Solarherd kocht auch dann wenn die Sonne auch nur 20 min pro Stunde scheint. Wenn es dauerhaft bewölkt ist sollte man nicht kochen.

Viele benutzen aber noch keinen Solarherd weil sie noch nicht wissen, dass man mit Sonnenenergie kochen kann. Aus diesem Grund veranstaltet man Projekte, wo Menschen Solarherd kennen lernen können und sehen, dass man mit Sonnenenergie kochen kann. Bei diesen Projekten wird gezeigt was man mit einem Solarherd machen kann z.B. wie man Lebensmittel haltbar macht oder wie man das Wasser von Krankheitserregern befreit.

Wenn der Solarherd 65°C erreicht kann man Wasser von Krankheitserregern befreien.
Bei 71°C kann man Lebensmittel haltbarer machen
Bei 82°C kochen Lebensmittel
Bei 100°C kocht Wasser
Bei 90°C - 135°C kocht man mit dem Solarherd


Kochzeiten von Lebensmitteln
Leicht zu kochen sind Eier, Fisch, Reis, Obst und Gemüse, sie brauchen 1- 2 Stunden bei einer Temperatur von 90°C - 130°C.
Etwas länger brauchten Kartoffeln, Möhren, Fleisch und Brot, sie brauchen 3-4 Stunden bei einer Temperatur von 140°C.


Fakten zum Solarherd
Die Anfänge des Solarherdes liegt schon etwas 200 Jahre zurück.
Der erste Solarherd wurde 1767 von Horace-Bénédict de Saussure gebaut. Er war ein Schweizer Naturforscher und lebt vom 17. Februar 1940 - 22.Januar 1799. Die Kiste war auf einer Seite dreifach verglast, die anderen Seiten bestanden aus Kork mit isoliertem Holz. Bei Sonneneinstrahlung ließen sich in ihrem Inneren Temperaturen von über 100° Celsiusmessen.
1837 benutze John-Frederik Herschel auf seiner Afrikareise eine Solarkiste.Er ließ die Kiste zur Wärmeisolierung bis auf das Glasfenster im Sand begraben, was unter der südafrikanischen Sonne das Erreichen von Temperaturen von bis zu 116° Celsius erlaubte. Herschel berichtete über das problemlose Garen von verschiedenen Fleischsorten, Gemüse und Eiern.
In Indien experimentierte 1878 der Brite William Adams ebenfalls mit einer solaren Kiste. Er nutzte zur Intensivierung der Sonnenstrahlung Spiegelgläser in Form einer umgekippten Pyramide, so dass sich die Sonnenstrahlen durch eine Öffnung auf den Esstopf konzentrierten
1988 suchte die Firma Bomin - Solar einen Speicher für Sonnenenergie.
1990 entwickelte eine deutsch-schweizerische Gruppe einen Solarkocher mit einer Wärmebox.
1991 entwickelte Prof. Schwarzer einen 2m² großen Sonnenofen, der 2-3 Sonnenöfen auf 200°C erhitzen konnte.
1993 unterstützt man mit dem Erlös einer Benefizveranstaltung den Bau von Solarherden in Ghana.
1994 findet in Spanien ein Solarherd test statt und in Costa Rica findet eine Konferenz zu Solarherden statt.
1998 gibt es in Deutschland die ersten Bausätze für Solarherde. Es sollen zu der Zeit in Deutschland 2.000 - 3.000 Solarherde im Einsatz gewesen sein und in Österreich sogar bis zu 8.000 Stück.
2006 werden 1.000 Solarherde nach Indonesien gebracht, weil die Familien dort oft kein Geld dafür haben.

Technische Weiterentwicklungen:
Speicherkocher speichern die umgewandelte Wärmeenergie der Sonnenstrahlung in einem flüssigen oder festen Wärmespeicher, z.B. aus Pflanzenöl oder Gusseisen. Ziel der Wärmespeicherung ist es, die Abhängigkeit der herkömmlichen Kocher vom direkten oder mindestens diffusen Tageslicht aufzuheben. Schon eine normale solare Kochkiste mit einer Eisen- oder Schieferplatte in ihrem Inneren erlaubt die Funktion der Wärmespeicherung, wenn auch nur zum Warmhalten von Speisen bis in die Abendstunden. Wesentlich effizientere Speicherkocher lassen die Sonnenenergie durch Hochleistungskollektoren speichern und sind noch am Abend und sogar am nächsten Morgen voll einsatzfähig. Speicherkocher nutzen allerdings komplizierter Technologien bis hin zu bruchempfindlichen Vakuumglasröhren (hier wird Wasser erwärmt) undsind deshalb teuer und können nicht überall mit lokal verfügbarem Material gebaut werden. Bei Anschaffungskosten von durchschnittlich 1000 muss abgewogen werden, inwiefern der gewonnene Komfort und die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten die höheren Anschaffungskosten rechtfertigen. Solarkiste mit Reflektoren Hochglanzreflektoren, die bis zu 95 Prozent der Solarstrahlung reflektieren können, werden an einer Solarkiste so angebracht, dass sich die reflektierten Strahlungen auf die Glasscheibe der Kistenöffnung konzentrieren.

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