Hochflussdichte-
Sonnenofen
Xenon-Hoch-
leistungsstrahler
Kundeninformation
SOF
HLS
Sonnenofe
n u
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istu
ngsstr
ahle
r
TT-S
F-0
708-S
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02
Das DLR im ÜberblickDas DLR ist das nationale Forschungszentrum der Bundesrepublik
Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen For-
schungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Ver-
kehr und Energie sind in nationale und internationale Kooperatio-
nen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR
als Raumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die
Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten
sowie für die internationale Interessenswahrnehmung zuständig.
Zudem fungiert das DLR als Dachorganisation für den national
größten Projektträger.
In 29 Instituten und Einrichtungen an den dreizehn Standorten
Köln (Sitz des Vorstandes), Berlin, Bonn, Braunschweig, Bremen,
Göttingen, Hamburg, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffen-
hofen, Stuttgart, Trauen und Weilheim beschäftigt das DLR ca.
5.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros
in Brüssel, Paris und Washington D.C.
Die Mission des DLR umfasst die Erforschung von Erde und Son-
nensystem, Forschung für den Erhalt der Umwelt und umweltver-
trägliche Technologien, zur Steigerung der Mobilität sowie für
Kommunikation und Sicherheit. Das Forschungsportfolio des DLR
reicht von der Grundlagenforschung zu innovativen Anwendun-
gen und Produkten von morgen. So trägt das im DLR gewonnene
wissenschaftliche und technische Know-how zur Stärkung des In-
dustrie- und Technologiestandortes Deutschland bei. Das DLR be-
treibt Großforschungsanlagen für eigene Projekte sowie als
Dienstleistung für Kunden und Partner. Darüber hinaus fördert das
DLR den wissenschaftlichen Nachwuchs, betreibt kompetente Poli-
tikberatung und ist eine treibende Kraft in den Regionen seiner
Standorte.
Institut für Technische Thermodynamik
Institutsdirektor: o. Prof. Dr. Dr.-Ing. (habil.) Hans Müller Steinhagen
Pfaffenwaldring 38-4070569 Stuttgart
www.dlr.de/TTwww.dlr.de
Sonnenofen-Messtechnik
Optische Messtechnik
Eine sinnvolle Nutzung des Sonnenofens für wissenschaftliche
oder technologische Experimente ist untrennbar verbunden mit
einer leistungsfähigen Messtechnik. Einige solar-typische Proble-
me bei der Messung von Temperaturen oder Bestrahlungsstär-
ken sind nicht mit standardisierten Methoden oder Geräten zu
lösen. Auch erfordert es speziell qualifiziertes Personal und
besonders entwickelte Techniken.
Um diese Techniken zur genauen Bestimmung der wichtigen
Parameter Strahlungsflussdichte-Verteilung und Temperatur zu
optimieren, verfügt der Sonnenofen über ein eigenes Optiklabor.
Dort werden z.B. die Eigenschaften von Messkameras, abbilden-
den Systemen und anderer Detektoren geprüft und Probeauf-
bauten für neue Messmethoden getestet. Nicht zuletzt aufgrund
dieser Leistungen in Sachen Messtechnikausstattung und Ent-
wicklung genießt der Sonnenofen des DLR einen exzellenten
internationalen Ruf und internationale Anerkennung.
• Meteostation (DNI) VIS UV-A, UV-B, Global, Diffus
FATMES: Flussdichte- und Temperaturmesssystem
SCATMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 45 x 45 cm
BARMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 20 x 20 cm
KENDALL: Radiometer: bis 10 MW/m
SUNCATCH:Kalorimeter: bis 5 MW/m
HYCAL: Kalorimeter für hohe Bestrahlungsstärken
• Schwarzkörperstrahler
• Datenerfassungssystem: 120 DC Kanäle, Abtastrate 1 kHz,
Auflösung 18 bit
• Infrarot-Temperaturmeßsystem : -40 °C bis 3000 °C
• Mehrere Pyrometer
• Mehrere Digitalmultimeter
• Mehrere Vakuumkammern: 40 l, 100 l, 1000 l;
bis zu 10 mbar
• Wetterstation mit Kalibriereinrichtungen
• DISKUS-Punktkonzentrator (1,5 m Durchmesser) für sehr hoch
konzentrierte Sonnenstrahlung bis 20 MW/m
2 2
2 2
2
2
-5
2
Labormesstechnik
• Mehrere Öfen, zum Teil mit Temperaturprogrammierung bis
1800 °C
• Vakuumtechnik: HV bis UHV-Bereich Durchflussmesser und
Regler für Flüssigkeiten und Gase
• UV-Vis-NIR Spektrometer, Doppelmonochromator
• CCD Kameras, Goniometer – Reflektometer, Optikbank
• Thermographie-Kamera AVIO TVS 2100, mit Normal- und
Teleobjektiv
• Kalibrierlabor für Strahlungsflußsensoren
• Versch. Strahlungsfluß-Messsysteme für punkt- und linien-
konz. Systeme
• Photogrammetrisches Messsystem zur Bestimmung der Kon-
zentratorform
• Wärmeübergangsprüfstand, Druckverlustprüfstand für poröse
Strukturen
• HOT Disk zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit,
• Stereomikroskop; inverses Auflichtmikroskop, Datenerfas-
sungssysteme
• Receiver-Reaktorsysteme für Tests mit hochkonzentrierter Son-
nenstrahlung im Sonnenofen (jeweils 4 kW bis 12 kW), Dreh-
rohr-Receiver-Reaktor, Wabenkörper-Receiver-Reaktor
• Aerosol-Receiver-Reaktor, Fotoreaktor, Lichtfiltersystem
• Beheizbare Abgasstrecke und Gaswäsche zur Neutralisation
saurer Gase
• Instrumentelle chemische Analysentechnik:
Gaschromatograph: FID und WLD, mit automatischem
Flüssigprobengeber
Gaschromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(GC-MS), auch koppelbar mit Thermodesorptions-
probengeber
Flüssigchromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(LC-MS) mit Diodenarraydetektor
FT-Infrarotspektrometer zur Transmissionsuntersuchung
von Lösungen und Plättchenproben
UV-Vis-NIR-Spektrometer zur Messung in Transmission und
Reflexion, Ulbrichtkugel
UV-Vis-Spektrometer mit Glasfaseroptik, Spektrometer zur
Anwendung chemischer Küvettentests für die Wasser-
analytik,
Geräte zur Messung von Wasserparametern: TOC mit
automatischem Flüssigprobengeber, BSB ,Gasanalysatoren
mit IR- und FID-Messprinzip
Restgasanalysatoren, u. a. in korrosionsfester Ausführung,
Geräte zur Bestimmung von: Schmelzpunkt, Brechungs-
index, Viskosität
Handgeräte zur Bestimmung von: pH-Wert, gelöster
Sauerstoff, Redoxpotenzial, Je ein präparativ-chemisches
Laboratorium (Grundoperationen der anorganischen und
organischen Chemie) für die Wasserchemie
Wasserlabor (photochemische und photokatalytische
Wasserbehandlung): Dosier- und Umwälzpumpen für
verschiedene Medien, Bad- und Umwälzthermostate
Waagen: 10 g bis 104 g
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5
-5
Aktuelle Versuche
Solarthermische Wasserstoffherstellung
Thermische Tests an Solarzellen für Satelliten
Kunden
Kontakt
Standort des Sonnenofens und des Xenon-Hochleistungsstrahlers:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Technische Thermodynamik, Solarforschung
Linder Höhe (Navi: Planitzweg)
51147 Köln
Tel.: +49 2203 601-3211
Fax: +49 2203 601-4141
Dr.-Ing. Hans-Gerd Dibowski
E-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Christian Willsch
E-mail: [email protected]::: ::l:
Der Hochflussdichte-Sonnenofen und
der Xenon-Hochleistungsstrahler die-
nen der Erforschung und Erprobung
neuer Technologien mit konzentrier-
tem Sonnen- und Kunstlicht, wobei
Bestrahlungsstärken von bis zu
5 MW/m² und Temperaturen von
über 2000 °C möglich sind.
Seit der Inbetriebnahme des Hoch-
flussdichte-Sonnenofens im Jahre
1994 konnten bis heute rund 150 ver-
schiedene Experimente durchgeführt
werden. Sie reichen von der Wasser-
stofferzeugung bis hin zu Weltraum-
experimenten.
Aufbau des Xenon-Hoch-
leistungsstrahlers
Ein Kunstlicht-Hochleistungsstrahler auf
Basis von elliptischen Reflektoren mit
Xenon-Kurzbogenlampen ergänzt den
Sonnenofen in Zeiten winterlicher Strah-
lungszurückhaltung und für Langzeitexpe-
rimente. Die von den Reflektoren abge-
strahlte kurzwellige Strahlung mit einer Lei-
stung von etwa 25 kW wird auf einem Ziel-
bereich im Abstand von 3 m als konzen-
trierte Energie mit einer Leistungsdichte
größer 4,5 MW/m auf einer 100 cm gro-
ßen Fläche für unterschiedlichste Anwen-
dungen zur Verfügung gestellt.
Über die Möglichkeiten des Sonnenofens
hinaus gibt es die Möglichkeit mehrtägige
Dauerversuche unter sehr stabilen Strah-
lungsbedingungen sowie Komponenten-
tests auf Zertifizierungsniveau durchzu-
führen.
2 2
Infrastruktur
Das Laborgebäude des Sonnenofens
umfasst einen Testraum zur Durchführung
der Experimente, einen Messraum zur
Steuerung und Überwachung des Experi-
mentbetriebs und eine Werkstatt für vor-
bereitende und begleitende Arbeiten an
den Versuchsaufbauten. Daneben stehen
den Experimentatoren Chemie- und Werk-
stofflabore zur Verfügung.
Die Versuchsaufbauten werden im Test-
raum auf einem Positioniertisch installiert,
um sie im Fokus der konzentrierten Solar-
strahlung platzieren zu können. Hier er-
möglicht eine umfangreiche Datenerfas-
sung die Kontrolle und Auswertung der
Experimente, indem z.B. Temperaturen,
Spannungen, Kühlwasserdurchfluss und
weitere Signale visualisiert und aufge-
zeichnet werden.
Zur berührungslosen Messung hoher Tem-
peraturen dienen Pyrometer und eine
Infrarot-Kamera. Darüber hinaus geben
unterschiedliche Leistungs- und Strah-
lungsflussdichte-Messsysteme Aufschluss
über die eingestrahlte Leistung, der ein
Experiment ausgesetzt wird.
Zusätzlich stehen den Experimentatoren
verschiedene Vakuumteststände zur Ver-
fügung, in denen unter Weltraum ähnli-
chen Bedingungen geforscht und getestet
werden kann.
Solare Chemie
Anwendungsbeispiele:
Ziel der Arbeiten auf dem Gebiet der Sola-
ren Chemie ist es, technisch sinnvolle
Lösungen für die Anwendung der Son-
nenstrahlung bei der Bearbeitung und Pro-
duktion von Chemikalien sowie bei der
Entgiftung gefährlicher Stoffe aufzuzei-
gen und zu qualifizieren:
• Substitution fossiler Energieträger
• Chemische Speicherung von Sonnen-
energie
• Ermittlung neuer solarspezifischer
Reaktionswege bei der Produktion von
Chemikalien sowie bei der Behandlung
und Entgiftung von Abfallstoffen
• Solare Wasserstofferzeugung
• Thermochemische Umwandlung fester
und/oder nachwachsender Rohstoffe
unter Einsatz von Sonnenenergie
• Einsatz hochkonzentrierter Solarstrah-
lung zur Behandlung von Abfallstoffen
• Aufbereitung und Spaltung von Abfall-
schwefelsäure
• Solare Photochemische Synthesen von
Feinchemikalien
Solare Materialforschung
Anwendungsbeispiele:
Der Einsatz eines Sonnenofens für die
Materialforschung bietet sowohl gegen-
über der Verwendung herkömmlicher
widerstandsbeheizter oder induktiv
betriebener Öfen als auch gegenüber der
Anwendung von Lasern zur Materialprü-
fung deutliche Vorteile, die es zu nutzen
gilt. Man rechnet bei hohen Temperatu-
ren und oxidierenden Umgebungen mit
einer Verbesserung der Werkstoffeigen-
schaften und -oberflächen und einer Ver-
einfachung von Werkstoffprüfungen und
schnellen Aufheiz- und Abkühlgeschwin-
digkeiten:
• Thermische Komponenten-Belastungs-
tests
• Hochtemperatur-Werkstoffprüfung
• Herstellung spezieller Werkstoffe
• Wärmebehandlung und Oberflächen-
veredelung von Werkstoffen
• Hochtemperaturschmelzen
• Belastungstests von Solarzellen für die
Satellitenversorgung
• Komponententests für Raumfahrtan-
wendungen
• Werkstoffprüfung, hohe Aufheiz- und
Abkühlgeschwindigkeiten sowie hohe
Temperaturen in oxidierender Atmo-
sphäre, keine Einschränkungen durch
Heizelemente oder Ofenwände
Einsatzbereiche
Der Sonnenofen und der Hochleistungs-
strahler des DLR bieten Forschern und
Anwendern aus Wissenschaft und Indu-
strie vielfältige Möglichkeiten zur experi-
mentellen Entwicklung und Qualifizierung
nachhaltiger Verfahren, in denen konzen-
trierte Solarstrahlung der technischen Nut-
zung zugeführt wird. Diese Verfahren zie-
len v. a. ab auf die chemische Speiche-
rung von Sonnenenergie sowie auf ihre
Anwendung in chemisch-technischen und
metallurgischen Hochtemperaturprozes-
sen. Ein weiteres Einsatzgebiet betrifft
Bestrahlungstests unterschiedlichster
Materialien unter zum Teil extremen Rand-
bedingungen, wie z.B. Hochvakuum bis
10 bar.-5
Aufbau des Sonnenofens
Das Sonnenlicht wird von einem ebenen
Spiegel (Heliostat) auf einen Konzentrator
reflektiert. Dieser bündelt die Strahlung
so, dass der Fokus außerhalb der Achse
des einfallenden Lichts in einem Laborge-
bäude liegt, wo die Experimente installiert
werden. Durch eine Blende (Shutter) kann
die einfallende konzentrierte Strahlung
reguliert werden. Diese Anordnung wird
als Off-Axis-Geometrie bezeichnet und bie-
tet die Vorteile, dass der Fokus nicht mit
dem Sonnenstand wandert und die Ver-
suchsaufbauten die einfallende Strahlung
nicht teilweise abschatten. Die untenste-
hende Bildfolge zeigt die Anordnung der
Komponenten und den Strahlengang.
Hochflussdichte-Sonnenofen Xenon-Hochleistungsstrahler
Für beide Systeme, Sonnenofen (SOF) und
Xenon-Hochleistungsstrahler (HLS) existieren
Umlenkspiegel, die eine vertikale
Bestrahlung des Experiments ermöglichen.
Projektablauf Technische Daten
Fragestellung
Problem
Idee
Kunde
Industrie
Forschung
&
Entwicklung
DLR Solarforschung
Ergebnis
Dokumentation
Erfolg
Konkrete Anfrage
Versuchsbesprechung
Anforderungen
Machbarkeit
Zeitrahmen
Experimentphase
Experimentauswertung
Datenaufbereitung
Zeitachse
Unverbindliche
Beratungs- und
Orientierungs-
phase
Experimentvorbereitung
und Optimierung
Ablaufplanung
Entwicklung individueller
Lösungen
Kontaktaufnahme
Angebot
Verbindliche
Auftragsphase
Angebots-
prüfung
Ind
ivid
uelle V
ersu
ch
sb
eteilig
un
g
des A
uftrag
geb
ers
Solarthermische und photochemische Experimente, Material-
tests, Versuche im Vakuum unter Weltraumbedingungen,
Hochtemperaturbelastungstests, beschleunigte Alterung,
zyklische Belastungen etc.
Hochflussdichte Sonnenofen &
Xenon-Hochleistungsstrahler
_Auftrag
Informationen zum Hochleistungsstrahler
Temperaturen bis zu 2770 K möglich
Technische Daten
10 Xenon-Kurzbogenlampen mit elliptischen Reflektoren Thorium-dotierte Wolfram Elektroden
Elektrische Leistung pro Lampe 6 kW (U = 37 V; I = 160 A) Lampenbetriebsdruck: 80 bar
Zündspannung Ui = 40 kV Leuchtdichte 105000 cd/m²
Lichtbogenlänge: 9 mm (kalt); 7.5 mm (heiß) magnetisch stabilisierte Lichtbögen
optional: UV-A/B/C Emission Spektrum ähnlich von Sonnenlicht
Konzentration 4500
Maximale Lichtleistung 20 kW
Strahlungsflussdichte 4,2 MW/m² bei 165 A Nennstrom
Abmessungen, B x H 4,5 m x 3 m
Gewicht 800 kg
Aperturfläche 6 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 %
Informationen zum Sonnenofen
Technische Daten
Sonnenofenanlage
Konzentration 5200
Maximale Leistung 22 kW bei 850 W/m² Direktstrahlung
Strahlungsflussdichte 4,5 MW/m² bei 850 W/m² Direktstrahlung
Heliostat
Abmessungen, B x H 8,2 m x 7,4 m
Gewicht 3000 kg
Spiegelfläche 57 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 87 % bei AM 2
Getriebeuntersetzung 88.000
Konzentrator
Abmessungen, B x H 7,3 m x 6,3 m
Mittlere Brennweite 7,3 m
Gewicht 6000 kg
Spiegelfläche 42 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 % bei AM 2
Datum: 31. Jan 1998
Direktstrahlung: 835 W/m
Shutteröffnung: 100%
Ges. Strahlleistung: 21,7 kW
Max. Flussdichte: 4,34 MW/m
90% Leistungsradius: 65 mm
2
2
Beispiel eines Flussdichte-Profils
Der Hochflussdichte-Sonnenofen und
der Xenon-Hochleistungsstrahler die-
nen der Erforschung und Erprobung
neuer Technologien mit konzentrier-
tem Sonnen- und Kunstlicht, wobei
Bestrahlungsstärken von bis zu
5 MW/m² und Temperaturen von
über 2000 °C möglich sind.
Seit der Inbetriebnahme des Hoch-
flussdichte-Sonnenofens im Jahre
1994 konnten bis heute rund 150 ver-
schiedene Experimente durchgeführt
werden. Sie reichen von der Wasser-
stofferzeugung bis hin zu Weltraum-
experimenten.
Aufbau des Xenon-Hoch-
leistungsstrahlers
Ein Kunstlicht-Hochleistungsstrahler auf
Basis von elliptischen Reflektoren mit
Xenon-Kurzbogenlampen ergänzt den
Sonnenofen in Zeiten winterlicher Strah-
lungszurückhaltung und für Langzeitexpe-
rimente. Die von den Reflektoren abge-
strahlte kurzwellige Strahlung mit einer Lei-
stung von etwa 25 kW wird auf einem Ziel-
bereich im Abstand von 3 m als konzen-
trierte Energie mit einer Leistungsdichte
größer 4,5 MW/m auf einer 100 cm gro-
ßen Fläche für unterschiedlichste Anwen-
dungen zur Verfügung gestellt.
Über die Möglichkeiten des Sonnenofens
hinaus gibt es die Möglichkeit mehrtägige
Dauerversuche unter sehr stabilen Strah-
lungsbedingungen sowie Komponenten-
tests auf Zertifizierungsniveau durchzu-
führen.
2 2
Infrastruktur
Das Laborgebäude des Sonnenofens
umfasst einen Testraum zur Durchführung
der Experimente, einen Messraum zur
Steuerung und Überwachung des Experi-
mentbetriebs und eine Werkstatt für vor-
bereitende und begleitende Arbeiten an
den Versuchsaufbauten. Daneben stehen
den Experimentatoren Chemie- und Werk-
stofflabore zur Verfügung.
Die Versuchsaufbauten werden im Test-
raum auf einem Positioniertisch installiert,
um sie im Fokus der konzentrierten Solar-
strahlung platzieren zu können. Hier er-
möglicht eine umfangreiche Datenerfas-
sung die Kontrolle und Auswertung der
Experimente, indem z.B. Temperaturen,
Spannungen, Kühlwasserdurchfluss und
weitere Signale visualisiert und aufge-
zeichnet werden.
Zur berührungslosen Messung hoher Tem-
peraturen dienen Pyrometer und eine
Infrarot-Kamera. Darüber hinaus geben
unterschiedliche Leistungs- und Strah-
lungsflussdichte-Messsysteme Aufschluss
über die eingestrahlte Leistung, der ein
Experiment ausgesetzt wird.
Zusätzlich stehen den Experimentatoren
verschiedene Vakuumteststände zur Ver-
fügung, in denen unter Weltraum ähnli-
chen Bedingungen geforscht und getestet
werden kann.
Solare Chemie
Anwendungsbeispiele:
Ziel der Arbeiten auf dem Gebiet der Sola-
ren Chemie ist es, technisch sinnvolle
Lösungen für die Anwendung der Son-
nenstrahlung bei der Bearbeitung und Pro-
duktion von Chemikalien sowie bei der
Entgiftung gefährlicher Stoffe aufzuzei-
gen und zu qualifizieren:
• Substitution fossiler Energieträger
• Chemische Speicherung von Sonnen-
energie
• Ermittlung neuer solarspezifischer
Reaktionswege bei der Produktion von
Chemikalien sowie bei der Behandlung
und Entgiftung von Abfallstoffen
• Solare Wasserstofferzeugung
• Thermochemische Umwandlung fester
und/oder nachwachsender Rohstoffe
unter Einsatz von Sonnenenergie
• Einsatz hochkonzentrierter Solarstrah-
lung zur Behandlung von Abfallstoffen
• Aufbereitung und Spaltung von Abfall-
schwefelsäure
• Solare Photochemische Synthesen von
Feinchemikalien
Solare Materialforschung
Anwendungsbeispiele:
Der Einsatz eines Sonnenofens für die
Materialforschung bietet sowohl gegen-
über der Verwendung herkömmlicher
widerstandsbeheizter oder induktiv
betriebener Öfen als auch gegenüber der
Anwendung von Lasern zur Materialprü-
fung deutliche Vorteile, die es zu nutzen
gilt. Man rechnet bei hohen Temperatu-
ren und oxidierenden Umgebungen mit
einer Verbesserung der Werkstoffeigen-
schaften und -oberflächen und einer Ver-
einfachung von Werkstoffprüfungen und
schnellen Aufheiz- und Abkühlgeschwin-
digkeiten:
• Thermische Komponenten-Belastungs-
tests
• Hochtemperatur-Werkstoffprüfung
• Herstellung spezieller Werkstoffe
• Wärmebehandlung und Oberflächen-
veredelung von Werkstoffen
• Hochtemperaturschmelzen
• Belastungstests von Solarzellen für die
Satellitenversorgung
• Komponententests für Raumfahrtan-
wendungen
• Werkstoffprüfung, hohe Aufheiz- und
Abkühlgeschwindigkeiten sowie hohe
Temperaturen in oxidierender Atmo-
sphäre, keine Einschränkungen durch
Heizelemente oder Ofenwände
Einsatzbereiche
Der Sonnenofen und der Hochleistungs-
strahler des DLR bieten Forschern und
Anwendern aus Wissenschaft und Indu-
strie vielfältige Möglichkeiten zur experi-
mentellen Entwicklung und Qualifizierung
nachhaltiger Verfahren, in denen konzen-
trierte Solarstrahlung der technischen Nut-
zung zugeführt wird. Diese Verfahren zie-
len v. a. ab auf die chemische Speiche-
rung von Sonnenenergie sowie auf ihre
Anwendung in chemisch-technischen und
metallurgischen Hochtemperaturprozes-
sen. Ein weiteres Einsatzgebiet betrifft
Bestrahlungstests unterschiedlichster
Materialien unter zum Teil extremen Rand-
bedingungen, wie z.B. Hochvakuum bis
10 bar.-5
Aufbau des Sonnenofens
Das Sonnenlicht wird von einem ebenen
Spiegel (Heliostat) auf einen Konzentrator
reflektiert. Dieser bündelt die Strahlung
so, dass der Fokus außerhalb der Achse
des einfallenden Lichts in einem Laborge-
bäude liegt, wo die Experimente installiert
werden. Durch eine Blende (Shutter) kann
die einfallende konzentrierte Strahlung
reguliert werden. Diese Anordnung wird
als Off-Axis-Geometrie bezeichnet und bie-
tet die Vorteile, dass der Fokus nicht mit
dem Sonnenstand wandert und die Ver-
suchsaufbauten die einfallende Strahlung
nicht teilweise abschatten. Die untenste-
hende Bildfolge zeigt die Anordnung der
Komponenten und den Strahlengang.
Hochflussdichte-Sonnenofen Xenon-Hochleistungsstrahler
Für beide Systeme, Sonnenofen (SOF) und
Xenon-Hochleistungsstrahler (HLS) existieren
Umlenkspiegel, die eine vertikale
Bestrahlung des Experiments ermöglichen.
Projektablauf Technische Daten
Fragestellung
Problem
Idee
Kunde
Industrie
Forschung
&
Entwicklung
DLR Solarforschung
Ergebnis
Dokumentation
Erfolg
Konkrete Anfrage
Versuchsbesprechung
Anforderungen
Machbarkeit
Zeitrahmen
Experimentphase
Experimentauswertung
Datenaufbereitung
Zeitachse
Unverbindliche
Beratungs- und
Orientierungs-
phase
Experimentvorbereitung
und Optimierung
Ablaufplanung
Entwicklung individueller
Lösungen
Kontaktaufnahme
Angebot
Verbindliche
Auftragsphase
Angebots-
prüfung
Ind
ivid
uelle V
ersu
ch
sb
eteilig
un
g
des A
uftrag
geb
ers
Solarthermische und photochemische Experimente, Material-
tests, Versuche im Vakuum unter Weltraumbedingungen,
Hochtemperaturbelastungstests, beschleunigte Alterung,
zyklische Belastungen etc.
Hochflussdichte Sonnenofen &
Xenon-Hochleistungsstrahler
_Auftrag
Informationen zum Hochleistungsstrahler
Temperaturen bis zu 2770 K möglich
Technische Daten
10 Xenon-Kurzbogenlampen mit elliptischen Reflektoren Thorium-dotierte Wolfram Elektroden
Elektrische Leistung pro Lampe 6 kW (U = 37 V; I = 160 A) Lampenbetriebsdruck: 80 bar
Zündspannung Ui = 40 kV Leuchtdichte 105000 cd/m²
Lichtbogenlänge: 9 mm (kalt); 7.5 mm (heiß) magnetisch stabilisierte Lichtbögen
optional: UV-A/B/C Emission Spektrum ähnlich von Sonnenlicht
Konzentration 4500
Maximale Lichtleistung 20 kW
Strahlungsflussdichte 4,2 MW/m² bei 165 A Nennstrom
Abmessungen, B x H 4,5 m x 3 m
Gewicht 800 kg
Aperturfläche 6 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 %
Informationen zum Sonnenofen
Technische Daten
Sonnenofenanlage
Konzentration 5200
Maximale Leistung 22 kW bei 850 W/m² Direktstrahlung
Strahlungsflussdichte 4,5 MW/m² bei 850 W/m² Direktstrahlung
Heliostat
Abmessungen, B x H 8,2 m x 7,4 m
Gewicht 3000 kg
Spiegelfläche 57 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 87 % bei AM 2
Getriebeuntersetzung 88.000
Konzentrator
Abmessungen, B x H 7,3 m x 6,3 m
Mittlere Brennweite 7,3 m
Gewicht 6000 kg
Spiegelfläche 42 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 % bei AM 2
Datum: 31. Jan 1998
Direktstrahlung: 835 W/m
Shutteröffnung: 100%
Ges. Strahlleistung: 21,7 kW
Max. Flussdichte: 4,34 MW/m
90% Leistungsradius: 65 mm
2
2
Beispiel eines Flussdichte-Profils
Der Hochflussdichte-Sonnenofen und
der Xenon-Hochleistungsstrahler die-
nen der Erforschung und Erprobung
neuer Technologien mit konzentrier-
tem Sonnen- und Kunstlicht, wobei
Bestrahlungsstärken von bis zu
5 MW/m² und Temperaturen von
über 2000 °C möglich sind.
Seit der Inbetriebnahme des Hoch-
flussdichte-Sonnenofens im Jahre
1994 konnten bis heute rund 150 ver-
schiedene Experimente durchgeführt
werden. Sie reichen von der Wasser-
stofferzeugung bis hin zu Weltraum-
experimenten.
Aufbau des Xenon-Hoch-
leistungsstrahlers
Ein Kunstlicht-Hochleistungsstrahler auf
Basis von elliptischen Reflektoren mit
Xenon-Kurzbogenlampen ergänzt den
Sonnenofen in Zeiten winterlicher Strah-
lungszurückhaltung und für Langzeitexpe-
rimente. Die von den Reflektoren abge-
strahlte kurzwellige Strahlung mit einer Lei-
stung von etwa 25 kW wird auf einem Ziel-
bereich im Abstand von 3 m als konzen-
trierte Energie mit einer Leistungsdichte
größer 4,5 MW/m auf einer 100 cm gro-
ßen Fläche für unterschiedlichste Anwen-
dungen zur Verfügung gestellt.
Über die Möglichkeiten des Sonnenofens
hinaus gibt es die Möglichkeit mehrtägige
Dauerversuche unter sehr stabilen Strah-
lungsbedingungen sowie Komponenten-
tests auf Zertifizierungsniveau durchzu-
führen.
2 2
Infrastruktur
Das Laborgebäude des Sonnenofens
umfasst einen Testraum zur Durchführung
der Experimente, einen Messraum zur
Steuerung und Überwachung des Experi-
mentbetriebs und eine Werkstatt für vor-
bereitende und begleitende Arbeiten an
den Versuchsaufbauten. Daneben stehen
den Experimentatoren Chemie- und Werk-
stofflabore zur Verfügung.
Die Versuchsaufbauten werden im Test-
raum auf einem Positioniertisch installiert,
um sie im Fokus der konzentrierten Solar-
strahlung platzieren zu können. Hier er-
möglicht eine umfangreiche Datenerfas-
sung die Kontrolle und Auswertung der
Experimente, indem z.B. Temperaturen,
Spannungen, Kühlwasserdurchfluss und
weitere Signale visualisiert und aufge-
zeichnet werden.
Zur berührungslosen Messung hoher Tem-
peraturen dienen Pyrometer und eine
Infrarot-Kamera. Darüber hinaus geben
unterschiedliche Leistungs- und Strah-
lungsflussdichte-Messsysteme Aufschluss
über die eingestrahlte Leistung, der ein
Experiment ausgesetzt wird.
Zusätzlich stehen den Experimentatoren
verschiedene Vakuumteststände zur Ver-
fügung, in denen unter Weltraum ähnli-
chen Bedingungen geforscht und getestet
werden kann.
Solare Chemie
Anwendungsbeispiele:
Ziel der Arbeiten auf dem Gebiet der Sola-
ren Chemie ist es, technisch sinnvolle
Lösungen für die Anwendung der Son-
nenstrahlung bei der Bearbeitung und Pro-
duktion von Chemikalien sowie bei der
Entgiftung gefährlicher Stoffe aufzuzei-
gen und zu qualifizieren:
• Substitution fossiler Energieträger
• Chemische Speicherung von Sonnen-
energie
• Ermittlung neuer solarspezifischer
Reaktionswege bei der Produktion von
Chemikalien sowie bei der Behandlung
und Entgiftung von Abfallstoffen
• Solare Wasserstofferzeugung
• Thermochemische Umwandlung fester
und/oder nachwachsender Rohstoffe
unter Einsatz von Sonnenenergie
• Einsatz hochkonzentrierter Solarstrah-
lung zur Behandlung von Abfallstoffen
• Aufbereitung und Spaltung von Abfall-
schwefelsäure
• Solare Photochemische Synthesen von
Feinchemikalien
Solare Materialforschung
Anwendungsbeispiele:
Der Einsatz eines Sonnenofens für die
Materialforschung bietet sowohl gegen-
über der Verwendung herkömmlicher
widerstandsbeheizter oder induktiv
betriebener Öfen als auch gegenüber der
Anwendung von Lasern zur Materialprü-
fung deutliche Vorteile, die es zu nutzen
gilt. Man rechnet bei hohen Temperatu-
ren und oxidierenden Umgebungen mit
einer Verbesserung der Werkstoffeigen-
schaften und -oberflächen und einer Ver-
einfachung von Werkstoffprüfungen und
schnellen Aufheiz- und Abkühlgeschwin-
digkeiten:
• Thermische Komponenten-Belastungs-
tests
• Hochtemperatur-Werkstoffprüfung
• Herstellung spezieller Werkstoffe
• Wärmebehandlung und Oberflächen-
veredelung von Werkstoffen
• Hochtemperaturschmelzen
• Belastungstests von Solarzellen für die
Satellitenversorgung
• Komponententests für Raumfahrtan-
wendungen
• Werkstoffprüfung, hohe Aufheiz- und
Abkühlgeschwindigkeiten sowie hohe
Temperaturen in oxidierender Atmo-
sphäre, keine Einschränkungen durch
Heizelemente oder Ofenwände
Einsatzbereiche
Der Sonnenofen und der Hochleistungs-
strahler des DLR bieten Forschern und
Anwendern aus Wissenschaft und Indu-
strie vielfältige Möglichkeiten zur experi-
mentellen Entwicklung und Qualifizierung
nachhaltiger Verfahren, in denen konzen-
trierte Solarstrahlung der technischen Nut-
zung zugeführt wird. Diese Verfahren zie-
len v. a. ab auf die chemische Speiche-
rung von Sonnenenergie sowie auf ihre
Anwendung in chemisch-technischen und
metallurgischen Hochtemperaturprozes-
sen. Ein weiteres Einsatzgebiet betrifft
Bestrahlungstests unterschiedlichster
Materialien unter zum Teil extremen Rand-
bedingungen, wie z.B. Hochvakuum bis
10 bar.-5
Aufbau des Sonnenofens
Das Sonnenlicht wird von einem ebenen
Spiegel (Heliostat) auf einen Konzentrator
reflektiert. Dieser bündelt die Strahlung
so, dass der Fokus außerhalb der Achse
des einfallenden Lichts in einem Laborge-
bäude liegt, wo die Experimente installiert
werden. Durch eine Blende (Shutter) kann
die einfallende konzentrierte Strahlung
reguliert werden. Diese Anordnung wird
als Off-Axis-Geometrie bezeichnet und bie-
tet die Vorteile, dass der Fokus nicht mit
dem Sonnenstand wandert und die Ver-
suchsaufbauten die einfallende Strahlung
nicht teilweise abschatten. Die untenste-
hende Bildfolge zeigt die Anordnung der
Komponenten und den Strahlengang.
Hochflussdichte-Sonnenofen Xenon-Hochleistungsstrahler
Für beide Systeme, Sonnenofen (SOF) und
Xenon-Hochleistungsstrahler (HLS) existieren
Umlenkspiegel, die eine vertikale
Bestrahlung des Experiments ermöglichen.
Projektablauf Technische Daten
Fragestellung
Problem
Idee
Kunde
Industrie
Forschung
&
Entwicklung
DLR Solarforschung
Ergebnis
Dokumentation
Erfolg
Konkrete Anfrage
Versuchsbesprechung
Anforderungen
Machbarkeit
Zeitrahmen
Experimentphase
Experimentauswertung
Datenaufbereitung
Zeitachse
Unverbindliche
Beratungs- und
Orientierungs-
phase
Experimentvorbereitung
und Optimierung
Ablaufplanung
Entwicklung individueller
Lösungen
Kontaktaufnahme
Angebot
Verbindliche
Auftragsphase
Angebots-
prüfung
Ind
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uftrag
geb
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Solarthermische und photochemische Experimente, Material-
tests, Versuche im Vakuum unter Weltraumbedingungen,
Hochtemperaturbelastungstests, beschleunigte Alterung,
zyklische Belastungen etc.
Hochflussdichte Sonnenofen &
Xenon-Hochleistungsstrahler
_Auftrag
Informationen zum Hochleistungsstrahler
Temperaturen bis zu 2770 K möglich
Technische Daten
10 Xenon-Kurzbogenlampen mit elliptischen Reflektoren Thorium-dotierte Wolfram Elektroden
Elektrische Leistung pro Lampe 6 kW (U = 37 V; I = 160 A) Lampenbetriebsdruck: 80 bar
Zündspannung Ui = 40 kV Leuchtdichte 105000 cd/m²
Lichtbogenlänge: 9 mm (kalt); 7.5 mm (heiß) magnetisch stabilisierte Lichtbögen
optional: UV-A/B/C Emission Spektrum ähnlich von Sonnenlicht
Konzentration 4500
Maximale Lichtleistung 20 kW
Strahlungsflussdichte 4,2 MW/m² bei 165 A Nennstrom
Abmessungen, B x H 4,5 m x 3 m
Gewicht 800 kg
Aperturfläche 6 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 %
Informationen zum Sonnenofen
Technische Daten
Sonnenofenanlage
Konzentration 5200
Maximale Leistung 22 kW bei 850 W/m² Direktstrahlung
Strahlungsflussdichte 4,5 MW/m² bei 850 W/m² Direktstrahlung
Heliostat
Abmessungen, B x H 8,2 m x 7,4 m
Gewicht 3000 kg
Spiegelfläche 57 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 87 % bei AM 2
Getriebeuntersetzung 88.000
Konzentrator
Abmessungen, B x H 7,3 m x 6,3 m
Mittlere Brennweite 7,3 m
Gewicht 6000 kg
Spiegelfläche 42 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 % bei AM 2
Datum: 31. Jan 1998
Direktstrahlung: 835 W/m
Shutteröffnung: 100%
Ges. Strahlleistung: 21,7 kW
Max. Flussdichte: 4,34 MW/m
90% Leistungsradius: 65 mm
2
2
Beispiel eines Flussdichte-Profils
Der Hochflussdichte-Sonnenofen und
der Xenon-Hochleistungsstrahler die-
nen der Erforschung und Erprobung
neuer Technologien mit konzentrier-
tem Sonnen- und Kunstlicht, wobei
Bestrahlungsstärken von bis zu
5 MW/m² und Temperaturen von
über 2000 °C möglich sind.
Seit der Inbetriebnahme des Hoch-
flussdichte-Sonnenofens im Jahre
1994 konnten bis heute rund 150 ver-
schiedene Experimente durchgeführt
werden. Sie reichen von der Wasser-
stofferzeugung bis hin zu Weltraum-
experimenten.
Aufbau des Xenon-Hoch-
leistungsstrahlers
Ein Kunstlicht-Hochleistungsstrahler auf
Basis von elliptischen Reflektoren mit
Xenon-Kurzbogenlampen ergänzt den
Sonnenofen in Zeiten winterlicher Strah-
lungszurückhaltung und für Langzeitexpe-
rimente. Die von den Reflektoren abge-
strahlte kurzwellige Strahlung mit einer Lei-
stung von etwa 25 kW wird auf einem Ziel-
bereich im Abstand von 3 m als konzen-
trierte Energie mit einer Leistungsdichte
größer 4,5 MW/m auf einer 100 cm gro-
ßen Fläche für unterschiedlichste Anwen-
dungen zur Verfügung gestellt.
Über die Möglichkeiten des Sonnenofens
hinaus gibt es die Möglichkeit mehrtägige
Dauerversuche unter sehr stabilen Strah-
lungsbedingungen sowie Komponenten-
tests auf Zertifizierungsniveau durchzu-
führen.
2 2
Infrastruktur
Das Laborgebäude des Sonnenofens
umfasst einen Testraum zur Durchführung
der Experimente, einen Messraum zur
Steuerung und Überwachung des Experi-
mentbetriebs und eine Werkstatt für vor-
bereitende und begleitende Arbeiten an
den Versuchsaufbauten. Daneben stehen
den Experimentatoren Chemie- und Werk-
stofflabore zur Verfügung.
Die Versuchsaufbauten werden im Test-
raum auf einem Positioniertisch installiert,
um sie im Fokus der konzentrierten Solar-
strahlung platzieren zu können. Hier er-
möglicht eine umfangreiche Datenerfas-
sung die Kontrolle und Auswertung der
Experimente, indem z.B. Temperaturen,
Spannungen, Kühlwasserdurchfluss und
weitere Signale visualisiert und aufge-
zeichnet werden.
Zur berührungslosen Messung hoher Tem-
peraturen dienen Pyrometer und eine
Infrarot-Kamera. Darüber hinaus geben
unterschiedliche Leistungs- und Strah-
lungsflussdichte-Messsysteme Aufschluss
über die eingestrahlte Leistung, der ein
Experiment ausgesetzt wird.
Zusätzlich stehen den Experimentatoren
verschiedene Vakuumteststände zur Ver-
fügung, in denen unter Weltraum ähnli-
chen Bedingungen geforscht und getestet
werden kann.
Solare Chemie
Anwendungsbeispiele:
Ziel der Arbeiten auf dem Gebiet der Sola-
ren Chemie ist es, technisch sinnvolle
Lösungen für die Anwendung der Son-
nenstrahlung bei der Bearbeitung und Pro-
duktion von Chemikalien sowie bei der
Entgiftung gefährlicher Stoffe aufzuzei-
gen und zu qualifizieren:
• Substitution fossiler Energieträger
• Chemische Speicherung von Sonnen-
energie
• Ermittlung neuer solarspezifischer
Reaktionswege bei der Produktion von
Chemikalien sowie bei der Behandlung
und Entgiftung von Abfallstoffen
• Solare Wasserstofferzeugung
• Thermochemische Umwandlung fester
und/oder nachwachsender Rohstoffe
unter Einsatz von Sonnenenergie
• Einsatz hochkonzentrierter Solarstrah-
lung zur Behandlung von Abfallstoffen
• Aufbereitung und Spaltung von Abfall-
schwefelsäure
• Solare Photochemische Synthesen von
Feinchemikalien
Solare Materialforschung
Anwendungsbeispiele:
Der Einsatz eines Sonnenofens für die
Materialforschung bietet sowohl gegen-
über der Verwendung herkömmlicher
widerstandsbeheizter oder induktiv
betriebener Öfen als auch gegenüber der
Anwendung von Lasern zur Materialprü-
fung deutliche Vorteile, die es zu nutzen
gilt. Man rechnet bei hohen Temperatu-
ren und oxidierenden Umgebungen mit
einer Verbesserung der Werkstoffeigen-
schaften und -oberflächen und einer Ver-
einfachung von Werkstoffprüfungen und
schnellen Aufheiz- und Abkühlgeschwin-
digkeiten:
• Thermische Komponenten-Belastungs-
tests
• Hochtemperatur-Werkstoffprüfung
• Herstellung spezieller Werkstoffe
• Wärmebehandlung und Oberflächen-
veredelung von Werkstoffen
• Hochtemperaturschmelzen
• Belastungstests von Solarzellen für die
Satellitenversorgung
• Komponententests für Raumfahrtan-
wendungen
• Werkstoffprüfung, hohe Aufheiz- und
Abkühlgeschwindigkeiten sowie hohe
Temperaturen in oxidierender Atmo-
sphäre, keine Einschränkungen durch
Heizelemente oder Ofenwände
Einsatzbereiche
Der Sonnenofen und der Hochleistungs-
strahler des DLR bieten Forschern und
Anwendern aus Wissenschaft und Indu-
strie vielfältige Möglichkeiten zur experi-
mentellen Entwicklung und Qualifizierung
nachhaltiger Verfahren, in denen konzen-
trierte Solarstrahlung der technischen Nut-
zung zugeführt wird. Diese Verfahren zie-
len v. a. ab auf die chemische Speiche-
rung von Sonnenenergie sowie auf ihre
Anwendung in chemisch-technischen und
metallurgischen Hochtemperaturprozes-
sen. Ein weiteres Einsatzgebiet betrifft
Bestrahlungstests unterschiedlichster
Materialien unter zum Teil extremen Rand-
bedingungen, wie z.B. Hochvakuum bis
10 bar.-5
Aufbau des Sonnenofens
Das Sonnenlicht wird von einem ebenen
Spiegel (Heliostat) auf einen Konzentrator
reflektiert. Dieser bündelt die Strahlung
so, dass der Fokus außerhalb der Achse
des einfallenden Lichts in einem Laborge-
bäude liegt, wo die Experimente installiert
werden. Durch eine Blende (Shutter) kann
die einfallende konzentrierte Strahlung
reguliert werden. Diese Anordnung wird
als Off-Axis-Geometrie bezeichnet und bie-
tet die Vorteile, dass der Fokus nicht mit
dem Sonnenstand wandert und die Ver-
suchsaufbauten die einfallende Strahlung
nicht teilweise abschatten. Die untenste-
hende Bildfolge zeigt die Anordnung der
Komponenten und den Strahlengang.
Hochflussdichte-Sonnenofen Xenon-Hochleistungsstrahler
Für beide Systeme, Sonnenofen (SOF) und
Xenon-Hochleistungsstrahler (HLS) existieren
Umlenkspiegel, die eine vertikale
Bestrahlung des Experiments ermöglichen.
Projektablauf Technische Daten
Fragestellung
Problem
Idee
Kunde
Industrie
Forschung
&
Entwicklung
DLR Solarforschung
Ergebnis
Dokumentation
Erfolg
Konkrete Anfrage
Versuchsbesprechung
Anforderungen
Machbarkeit
Zeitrahmen
Experimentphase
Experimentauswertung
Datenaufbereitung
Zeitachse
Unverbindliche
Beratungs- und
Orientierungs-
phase
Experimentvorbereitung
und Optimierung
Ablaufplanung
Entwicklung individueller
Lösungen
Kontaktaufnahme
Angebot
Verbindliche
Auftragsphase
Angebots-
prüfung
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uftrag
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Solarthermische und photochemische Experimente, Material-
tests, Versuche im Vakuum unter Weltraumbedingungen,
Hochtemperaturbelastungstests, beschleunigte Alterung,
zyklische Belastungen etc.
Hochflussdichte Sonnenofen &
Xenon-Hochleistungsstrahler
_Auftrag
Informationen zum Hochleistungsstrahler
Temperaturen bis zu 2770 K möglich
Technische Daten
10 Xenon-Kurzbogenlampen mit elliptischen Reflektoren Thorium-dotierte Wolfram Elektroden
Elektrische Leistung pro Lampe 6 kW (U = 37 V; I = 160 A) Lampenbetriebsdruck: 80 bar
Zündspannung Ui = 40 kV Leuchtdichte 105000 cd/m²
Lichtbogenlänge: 9 mm (kalt); 7.5 mm (heiß) magnetisch stabilisierte Lichtbögen
optional: UV-A/B/C Emission Spektrum ähnlich von Sonnenlicht
Konzentration 4500
Maximale Lichtleistung 20 kW
Strahlungsflussdichte 4,2 MW/m² bei 165 A Nennstrom
Abmessungen, B x H 4,5 m x 3 m
Gewicht 800 kg
Aperturfläche 6 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 %
Informationen zum Sonnenofen
Technische Daten
Sonnenofenanlage
Konzentration 5200
Maximale Leistung 22 kW bei 850 W/m² Direktstrahlung
Strahlungsflussdichte 4,5 MW/m² bei 850 W/m² Direktstrahlung
Heliostat
Abmessungen, B x H 8,2 m x 7,4 m
Gewicht 3000 kg
Spiegelfläche 57 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 87 % bei AM 2
Getriebeuntersetzung 88.000
Konzentrator
Abmessungen, B x H 7,3 m x 6,3 m
Mittlere Brennweite 7,3 m
Gewicht 6000 kg
Spiegelfläche 42 m²
Reflektivität der Spiegel im Neuzustand 89 % bei AM 2
Datum: 31. Jan 1998
Direktstrahlung: 835 W/m
Shutteröffnung: 100%
Ges. Strahlleistung: 21,7 kW
Max. Flussdichte: 4,34 MW/m
90% Leistungsradius: 65 mm
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Beispiel eines Flussdichte-Profils
Hochflussdichte-
Sonnenofen
Xenon-Hoch-
leistungsstrahler
Kundeninformation
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Das DLR im ÜberblickDas DLR ist das nationale Forschungszentrum der Bundesrepublik
Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen For-
schungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Ver-
kehr und Energie sind in nationale und internationale Kooperatio-
nen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR
als Raumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die
Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten
sowie für die internationale Interessenswahrnehmung zuständig.
Zudem fungiert das DLR als Dachorganisation für den national
größten Projektträger.
In 29 Instituten und Einrichtungen an den dreizehn Standorten
Köln (Sitz des Vorstandes), Berlin, Bonn, Braunschweig, Bremen,
Göttingen, Hamburg, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffen-
hofen, Stuttgart, Trauen und Weilheim beschäftigt das DLR ca.
5.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros
in Brüssel, Paris und Washington D.C.
Die Mission des DLR umfasst die Erforschung von Erde und Son-
nensystem, Forschung für den Erhalt der Umwelt und umweltver-
trägliche Technologien, zur Steigerung der Mobilität sowie für
Kommunikation und Sicherheit. Das Forschungsportfolio des DLR
reicht von der Grundlagenforschung zu innovativen Anwendun-
gen und Produkten von morgen. So trägt das im DLR gewonnene
wissenschaftliche und technische Know-how zur Stärkung des In-
dustrie- und Technologiestandortes Deutschland bei. Das DLR be-
treibt Großforschungsanlagen für eigene Projekte sowie als
Dienstleistung für Kunden und Partner. Darüber hinaus fördert das
DLR den wissenschaftlichen Nachwuchs, betreibt kompetente Poli-
tikberatung und ist eine treibende Kraft in den Regionen seiner
Standorte.
Institut für Technische Thermodynamik
Institutsdirektor: o. Prof. Dr. Dr.-Ing. (habil.) Hans Müller Steinhagen
Pfaffenwaldring 38-4070569 Stuttgart
www.dlr.de/TTwww.dlr.de
Sonnenofen-Messtechnik
Optische Messtechnik
Eine sinnvolle Nutzung des Sonnenofens für wissenschaftliche
oder technologische Experimente ist untrennbar verbunden mit
einer leistungsfähigen Messtechnik. Einige solar-typische Proble-
me bei der Messung von Temperaturen oder Bestrahlungsstär-
ken sind nicht mit standardisierten Methoden oder Geräten zu
lösen. Auch erfordert es speziell qualifiziertes Personal und
besonders entwickelte Techniken.
Um diese Techniken zur genauen Bestimmung der wichtigen
Parameter Strahlungsflussdichte-Verteilung und Temperatur zu
optimieren, verfügt der Sonnenofen über ein eigenes Optiklabor.
Dort werden z.B. die Eigenschaften von Messkameras, abbilden-
den Systemen und anderer Detektoren geprüft und Probeauf-
bauten für neue Messmethoden getestet. Nicht zuletzt aufgrund
dieser Leistungen in Sachen Messtechnikausstattung und Ent-
wicklung genießt der Sonnenofen des DLR einen exzellenten
internationalen Ruf und internationale Anerkennung.
• Meteostation (DNI) VIS UV-A, UV-B, Global, Diffus
FATMES: Flussdichte- und Temperaturmesssystem
SCATMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 45 x 45 cm
BARMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 20 x 20 cm
KENDALL: Radiometer: bis 10 MW/m
SUNCATCH:Kalorimeter: bis 5 MW/m
HYCAL: Kalorimeter für hohe Bestrahlungsstärken
• Schwarzkörperstrahler
• Datenerfassungssystem: 120 DC Kanäle, Abtastrate 1 kHz,
Auflösung 18 bit
• Infrarot-Temperaturmeßsystem : -40 °C bis 3000 °C
• Mehrere Pyrometer
• Mehrere Digitalmultimeter
• Mehrere Vakuumkammern: 40 l, 100 l, 1000 l;
bis zu 10 mbar
• Wetterstation mit Kalibriereinrichtungen
• DISKUS-Punktkonzentrator (1,5 m Durchmesser) für sehr hoch
konzentrierte Sonnenstrahlung bis 20 MW/m
2 2
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2
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2
Labormesstechnik
• Mehrere Öfen, zum Teil mit Temperaturprogrammierung bis
1800 °C
• Vakuumtechnik: HV bis UHV-Bereich Durchflussmesser und
Regler für Flüssigkeiten und Gase
• UV-Vis-NIR Spektrometer, Doppelmonochromator
• CCD Kameras, Goniometer – Reflektometer, Optikbank
• Thermographie-Kamera AVIO TVS 2100, mit Normal- und
Teleobjektiv
• Kalibrierlabor für Strahlungsflußsensoren
• Versch. Strahlungsfluß-Messsysteme für punkt- und linien-
konz. Systeme
• Photogrammetrisches Messsystem zur Bestimmung der Kon-
zentratorform
• Wärmeübergangsprüfstand, Druckverlustprüfstand für poröse
Strukturen
• HOT Disk zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit,
• Stereomikroskop; inverses Auflichtmikroskop, Datenerfas-
sungssysteme
• Receiver-Reaktorsysteme für Tests mit hochkonzentrierter Son-
nenstrahlung im Sonnenofen (jeweils 4 kW bis 12 kW), Dreh-
rohr-Receiver-Reaktor, Wabenkörper-Receiver-Reaktor
• Aerosol-Receiver-Reaktor, Fotoreaktor, Lichtfiltersystem
• Beheizbare Abgasstrecke und Gaswäsche zur Neutralisation
saurer Gase
• Instrumentelle chemische Analysentechnik:
Gaschromatograph: FID und WLD, mit automatischem
Flüssigprobengeber
Gaschromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(GC-MS), auch koppelbar mit Thermodesorptions-
probengeber
Flüssigchromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(LC-MS) mit Diodenarraydetektor
FT-Infrarotspektrometer zur Transmissionsuntersuchung
von Lösungen und Plättchenproben
UV-Vis-NIR-Spektrometer zur Messung in Transmission und
Reflexion, Ulbrichtkugel
UV-Vis-Spektrometer mit Glasfaseroptik, Spektrometer zur
Anwendung chemischer Küvettentests für die Wasser-
analytik,
Geräte zur Messung von Wasserparametern: TOC mit
automatischem Flüssigprobengeber, BSB ,Gasanalysatoren
mit IR- und FID-Messprinzip
Restgasanalysatoren, u. a. in korrosionsfester Ausführung,
Geräte zur Bestimmung von: Schmelzpunkt, Brechungs-
index, Viskosität
Handgeräte zur Bestimmung von: pH-Wert, gelöster
Sauerstoff, Redoxpotenzial, Je ein präparativ-chemisches
Laboratorium (Grundoperationen der anorganischen und
organischen Chemie) für die Wasserchemie
Wasserlabor (photochemische und photokatalytische
Wasserbehandlung): Dosier- und Umwälzpumpen für
verschiedene Medien, Bad- und Umwälzthermostate
Waagen: 10 g bis 104 g
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Aktuelle Versuche
Solarthermische Wasserstoffherstellung
Thermische Tests an Solarzellen für Satelliten
Kunden
Kontakt
Standort des Sonnenofens und des Xenon-Hochleistungsstrahlers:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Technische Thermodynamik, Solarforschung
Linder Höhe (Navi: Planitzweg)
51147 Köln
Tel.: +49 2203 601-3211
Fax: +49 2203 601-4141
Dr.-Ing. Hans-Gerd Dibowski
E-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Christian Willsch
E-mail: [email protected]::: ::l:
Hochflussdichte-
Sonnenofen
Xenon-Hoch-
leistungsstrahler
Kundeninformation
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708-S
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02
Das DLR im ÜberblickDas DLR ist das nationale Forschungszentrum der Bundesrepublik
Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen For-
schungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Ver-
kehr und Energie sind in nationale und internationale Kooperatio-
nen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR
als Raumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die
Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten
sowie für die internationale Interessenswahrnehmung zuständig.
Zudem fungiert das DLR als Dachorganisation für den national
größten Projektträger.
In 29 Instituten und Einrichtungen an den dreizehn Standorten
Köln (Sitz des Vorstandes), Berlin, Bonn, Braunschweig, Bremen,
Göttingen, Hamburg, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffen-
hofen, Stuttgart, Trauen und Weilheim beschäftigt das DLR ca.
5.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros
in Brüssel, Paris und Washington D.C.
Die Mission des DLR umfasst die Erforschung von Erde und Son-
nensystem, Forschung für den Erhalt der Umwelt und umweltver-
trägliche Technologien, zur Steigerung der Mobilität sowie für
Kommunikation und Sicherheit. Das Forschungsportfolio des DLR
reicht von der Grundlagenforschung zu innovativen Anwendun-
gen und Produkten von morgen. So trägt das im DLR gewonnene
wissenschaftliche und technische Know-how zur Stärkung des In-
dustrie- und Technologiestandortes Deutschland bei. Das DLR be-
treibt Großforschungsanlagen für eigene Projekte sowie als
Dienstleistung für Kunden und Partner. Darüber hinaus fördert das
DLR den wissenschaftlichen Nachwuchs, betreibt kompetente Poli-
tikberatung und ist eine treibende Kraft in den Regionen seiner
Standorte.
Institut für Technische Thermodynamik
Institutsdirektor: o. Prof. Dr. Dr.-Ing. (habil.) Hans Müller Steinhagen
Pfaffenwaldring 38-4070569 Stuttgart
www.dlr.de/TTwww.dlr.de
Sonnenofen-Messtechnik
Optische Messtechnik
Eine sinnvolle Nutzung des Sonnenofens für wissenschaftliche
oder technologische Experimente ist untrennbar verbunden mit
einer leistungsfähigen Messtechnik. Einige solar-typische Proble-
me bei der Messung von Temperaturen oder Bestrahlungsstär-
ken sind nicht mit standardisierten Methoden oder Geräten zu
lösen. Auch erfordert es speziell qualifiziertes Personal und
besonders entwickelte Techniken.
Um diese Techniken zur genauen Bestimmung der wichtigen
Parameter Strahlungsflussdichte-Verteilung und Temperatur zu
optimieren, verfügt der Sonnenofen über ein eigenes Optiklabor.
Dort werden z.B. die Eigenschaften von Messkameras, abbilden-
den Systemen und anderer Detektoren geprüft und Probeauf-
bauten für neue Messmethoden getestet. Nicht zuletzt aufgrund
dieser Leistungen in Sachen Messtechnikausstattung und Ent-
wicklung genießt der Sonnenofen des DLR einen exzellenten
internationalen Ruf und internationale Anerkennung.
• Meteostation (DNI) VIS UV-A, UV-B, Global, Diffus
FATMES: Flussdichte- und Temperaturmesssystem
SCATMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 45 x 45 cm
BARMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 20 x 20 cm
KENDALL: Radiometer: bis 10 MW/m
SUNCATCH:Kalorimeter: bis 5 MW/m
HYCAL: Kalorimeter für hohe Bestrahlungsstärken
• Schwarzkörperstrahler
• Datenerfassungssystem: 120 DC Kanäle, Abtastrate 1 kHz,
Auflösung 18 bit
• Infrarot-Temperaturmeßsystem : -40 °C bis 3000 °C
• Mehrere Pyrometer
• Mehrere Digitalmultimeter
• Mehrere Vakuumkammern: 40 l, 100 l, 1000 l;
bis zu 10 mbar
• Wetterstation mit Kalibriereinrichtungen
• DISKUS-Punktkonzentrator (1,5 m Durchmesser) für sehr hoch
konzentrierte Sonnenstrahlung bis 20 MW/m
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Labormesstechnik
• Mehrere Öfen, zum Teil mit Temperaturprogrammierung bis
1800 °C
• Vakuumtechnik: HV bis UHV-Bereich Durchflussmesser und
Regler für Flüssigkeiten und Gase
• UV-Vis-NIR Spektrometer, Doppelmonochromator
• CCD Kameras, Goniometer – Reflektometer, Optikbank
• Thermographie-Kamera AVIO TVS 2100, mit Normal- und
Teleobjektiv
• Kalibrierlabor für Strahlungsflußsensoren
• Versch. Strahlungsfluß-Messsysteme für punkt- und linien-
konz. Systeme
• Photogrammetrisches Messsystem zur Bestimmung der Kon-
zentratorform
• Wärmeübergangsprüfstand, Druckverlustprüfstand für poröse
Strukturen
• HOT Disk zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit,
• Stereomikroskop; inverses Auflichtmikroskop, Datenerfas-
sungssysteme
• Receiver-Reaktorsysteme für Tests mit hochkonzentrierter Son-
nenstrahlung im Sonnenofen (jeweils 4 kW bis 12 kW), Dreh-
rohr-Receiver-Reaktor, Wabenkörper-Receiver-Reaktor
• Aerosol-Receiver-Reaktor, Fotoreaktor, Lichtfiltersystem
• Beheizbare Abgasstrecke und Gaswäsche zur Neutralisation
saurer Gase
• Instrumentelle chemische Analysentechnik:
Gaschromatograph: FID und WLD, mit automatischem
Flüssigprobengeber
Gaschromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(GC-MS), auch koppelbar mit Thermodesorptions-
probengeber
Flüssigchromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(LC-MS) mit Diodenarraydetektor
FT-Infrarotspektrometer zur Transmissionsuntersuchung
von Lösungen und Plättchenproben
UV-Vis-NIR-Spektrometer zur Messung in Transmission und
Reflexion, Ulbrichtkugel
UV-Vis-Spektrometer mit Glasfaseroptik, Spektrometer zur
Anwendung chemischer Küvettentests für die Wasser-
analytik,
Geräte zur Messung von Wasserparametern: TOC mit
automatischem Flüssigprobengeber, BSB ,Gasanalysatoren
mit IR- und FID-Messprinzip
Restgasanalysatoren, u. a. in korrosionsfester Ausführung,
Geräte zur Bestimmung von: Schmelzpunkt, Brechungs-
index, Viskosität
Handgeräte zur Bestimmung von: pH-Wert, gelöster
Sauerstoff, Redoxpotenzial, Je ein präparativ-chemisches
Laboratorium (Grundoperationen der anorganischen und
organischen Chemie) für die Wasserchemie
Wasserlabor (photochemische und photokatalytische
Wasserbehandlung): Dosier- und Umwälzpumpen für
verschiedene Medien, Bad- und Umwälzthermostate
Waagen: 10 g bis 104 g
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Aktuelle Versuche
Solarthermische Wasserstoffherstellung
Thermische Tests an Solarzellen für Satelliten
Kunden (Auswahl)
Kontakt
Standort des Sonnenofens und des Xenon-Hochleistungsstrahlers:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Technische Thermodynamik, Solarforschung
Linder Höhe (Navi: Planitzweg)
51147 Köln
Tel.: +49 2203 601-3211
Fax: +49 2203 601-4141
Dr.-Ing. Hans-Gerd Dibowski
E-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Christian Willsch
E-mail: [email protected]::: ::l:
Hochflussdichte-
Sonnenofen
Xenon-Hoch-
leistungsstrahler
Kundeninformation
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Das DLR im ÜberblickDas DLR ist das nationale Forschungszentrum der Bundesrepublik
Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen For-
schungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Ver-
kehr und Energie sind in nationale und internationale Kooperatio-
nen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR
als Raumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die
Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten
sowie für die internationale Interessenswahrnehmung zuständig.
Zudem fungiert das DLR als Dachorganisation für den national
größten Projektträger.
In 29 Instituten und Einrichtungen an den dreizehn Standorten
Köln (Sitz des Vorstandes), Berlin, Bonn, Braunschweig, Bremen,
Göttingen, Hamburg, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffen-
hofen, Stuttgart, Trauen und Weilheim beschäftigt das DLR ca.
5.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros
in Brüssel, Paris und Washington D.C.
Die Mission des DLR umfasst die Erforschung von Erde und Son-
nensystem, Forschung für den Erhalt der Umwelt und umweltver-
trägliche Technologien, zur Steigerung der Mobilität sowie für
Kommunikation und Sicherheit. Das Forschungsportfolio des DLR
reicht von der Grundlagenforschung zu innovativen Anwendun-
gen und Produkten von morgen. So trägt das im DLR gewonnene
wissenschaftliche und technische Know-how zur Stärkung des In-
dustrie- und Technologiestandortes Deutschland bei. Das DLR be-
treibt Großforschungsanlagen für eigene Projekte sowie als
Dienstleistung für Kunden und Partner. Darüber hinaus fördert das
DLR den wissenschaftlichen Nachwuchs, betreibt kompetente Poli-
tikberatung und ist eine treibende Kraft in den Regionen seiner
Standorte.
Institut für Technische Thermodynamik
Institutsdirektor: o. Prof. Dr. Dr.-Ing. (habil.) Hans Müller Steinhagen
Pfaffenwaldring 38-4070569 Stuttgart
www.dlr.de/TTwww.dlr.de
Sonnenofen-Messtechnik
Optische Messtechnik
Eine sinnvolle Nutzung des Sonnenofens für wissenschaftliche
oder technologische Experimente ist untrennbar verbunden mit
einer leistungsfähigen Messtechnik. Einige solar-typische Proble-
me bei der Messung von Temperaturen oder Bestrahlungsstär-
ken sind nicht mit standardisierten Methoden oder Geräten zu
lösen. Auch erfordert es speziell qualifiziertes Personal und
besonders entwickelte Techniken.
Um diese Techniken zur genauen Bestimmung der wichtigen
Parameter Strahlungsflussdichte-Verteilung und Temperatur zu
optimieren, verfügt der Sonnenofen über ein eigenes Optiklabor.
Dort werden z.B. die Eigenschaften von Messkameras, abbilden-
den Systemen und anderer Detektoren geprüft und Probeauf-
bauten für neue Messmethoden getestet. Nicht zuletzt aufgrund
dieser Leistungen in Sachen Messtechnikausstattung und Ent-
wicklung genießt der Sonnenofen des DLR einen exzellenten
internationalen Ruf und internationale Anerkennung.
• Meteostation (DNI) VIS UV-A, UV-B, Global, Diffus
FATMES: Flussdichte- und Temperaturmesssystem
SCATMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 45 x 45 cm
BARMES: Messsystem zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke
bis 5 MW/m auf 20 x 20 cm
KENDALL: Radiometer: bis 10 MW/m
SUNCATCH:Kalorimeter: bis 5 MW/m
HYCAL: Kalorimeter für hohe Bestrahlungsstärken
• Schwarzkörperstrahler
• Datenerfassungssystem: 120 DC Kanäle, Abtastrate 1 kHz,
Auflösung 18 bit
• Infrarot-Temperaturmeßsystem : -40 °C bis 3000 °C
• Mehrere Pyrometer
• Mehrere Digitalmultimeter
• Mehrere Vakuumkammern: 40 l, 100 l, 1000 l;
bis zu 10 mbar
• Wetterstation mit Kalibriereinrichtungen
• DISKUS-Punktkonzentrator (1,5 m Durchmesser) für sehr hoch
konzentrierte Sonnenstrahlung bis 20 MW/m
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Labormesstechnik
• Mehrere Öfen, zum Teil mit Temperaturprogrammierung bis
1800 °C
• Vakuumtechnik: HV bis UHV-Bereich Durchflussmesser und
Regler für Flüssigkeiten und Gase
• UV-Vis-NIR Spektrometer, Doppelmonochromator
• CCD Kameras, Goniometer – Reflektometer, Optikbank
• Thermographie-Kamera AVIO TVS 2100, mit Normal- und
Teleobjektiv
• Kalibrierlabor für Strahlungsflußsensoren
• Versch. Strahlungsfluß-Messsysteme für punkt- und linien-
konz. Systeme
• Photogrammetrisches Messsystem zur Bestimmung der Kon-
zentratorform
• Wärmeübergangsprüfstand, Druckverlustprüfstand für poröse
Strukturen
• HOT Disk zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit,
• Stereomikroskop; inverses Auflichtmikroskop, Datenerfas-
sungssysteme
• Receiver-Reaktorsysteme für Tests mit hochkonzentrierter Son-
nenstrahlung im Sonnenofen (jeweils 4 kW bis 12 kW), Dreh-
rohr-Receiver-Reaktor, Wabenkörper-Receiver-Reaktor
• Aerosol-Receiver-Reaktor, Fotoreaktor, Lichtfiltersystem
• Beheizbare Abgasstrecke und Gaswäsche zur Neutralisation
saurer Gase
• Instrumentelle chemische Analysentechnik:
Gaschromatograph: FID und WLD, mit automatischem
Flüssigprobengeber
Gaschromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(GC-MS), auch koppelbar mit Thermodesorptions-
probengeber
Flüssigchromatograph-Massenspektrometer-Kopplung
(LC-MS) mit Diodenarraydetektor
FT-Infrarotspektrometer zur Transmissionsuntersuchung
von Lösungen und Plättchenproben
UV-Vis-NIR-Spektrometer zur Messung in Transmission und
Reflexion, Ulbrichtkugel
UV-Vis-Spektrometer mit Glasfaseroptik, Spektrometer zur
Anwendung chemischer Küvettentests für die Wasser-
analytik,
Geräte zur Messung von Wasserparametern: TOC mit
automatischem Flüssigprobengeber, BSB ,Gasanalysatoren
mit IR- und FID-Messprinzip
Restgasanalysatoren, u. a. in korrosionsfester Ausführung,
Geräte zur Bestimmung von: Schmelzpunkt, Brechungs-
index, Viskosität
Handgeräte zur Bestimmung von: pH-Wert, gelöster
Sauerstoff, Redoxpotenzial, Je ein präparativ-chemisches
Laboratorium (Grundoperationen der anorganischen und
organischen Chemie) für die Wasserchemie
Wasserlabor (photochemische und photokatalytische
Wasserbehandlung): Dosier- und Umwälzpumpen für
verschiedene Medien, Bad- und Umwälzthermostate
Waagen: 10 g bis 104 g
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Aktuelle Versuche
Solarthermische Wasserstoffherstellung
Thermische Tests an Solarzellen für Satelliten
Kunden
Kontakt
Standort des Sonnenofens und des Xenon-Hochleistungsstrahlers:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Technische Thermodynamik, Solarforschung
Linder Höhe (Navi: Planitzweg)
51147 Köln
Tel.: +49 2203 601-3211
Fax: +49 2203 601-4141
Dr.-Ing. Hans-Gerd Dibowski
E-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Christian Willsch
E-mail: [email protected]::: ::l: