Validierung der Entropieberechnung von Strahlungsenergieströmen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem zugegebenermaßen ambitionierten Vorhaben soll die literaturbekannte Gleichung zur Berechnung der Entropie beliebiger Strahlungsströme experimentell validiert werden. Dieser Berechnungsgleichung liegt die Gleichgewichtsbedingung von Hohlraumstrahlung zugrunde; sie ist rein formal auf Strahlungsströme umgerechnet worden. Da die Strahlungsströme realer Strahler grundsätzlich im Nichtgleichgewicht vorliegen, ist die Gültigkeit der Berechnungsgleichung zu hinterfragen. Diese Berechnungsgleichungen treten grundsätzlich mit dem unbekannten Entropieerzeugungsterm zusammen auf, so dass eine mögliche Inkonsistenz nicht aufgefallen wäre. Aus grundlegender thermodynamischer Sicht ist aber eine korrekte Aufteilung in Strahlungsentropie und Entropieerzeugungsrate erstrebenswert. Zur experimentellen Überprüfung ist eine Versuchsanordnung konzipiert und aufgebaut worden, in welcher zwei gleichartige Photovoltaik-Zellen unter gleichen Einstrahlbedingungen in einer Vakuumkammer betrieben werden. Der Wärmestrom, der jeder Zelle zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Oberflächentemperatur zugeführt oder entzogen werden muss, wird gemessen und mit dem berechneten Wärmestrom aus der zugehörigen Entropiebilanz verglichen. Durch diese Konsistenzprüfung soll die Gültigkeit der mit einfließenden Strahlungsentropiegleichung überprüft werden. Die optischen Eigenschaften der ausgewählten Solarzellen wurden sorgfältig vermessen. Hierzu wurde eine vorhandene Strahlungsapparatur zum Messen spektraler gerichteter Emissionsgrade mit einem neuen Detektor und mit einem Polarisator ausgerüstet. Die gemessenen Emissionsgrade und Polarisationsgrade sind zur Berechnung des von der Zelle abgehenden Strahlungsentropiestroms notwendig. Weiterhin wurde eine neue Versuchsapparatur konzipiert, gefertigt und zusammengebaut, welche die sorgfältige Bilanzierung der Photovoltaik-Zellen unter gut bekannten Randbedingungen ermöglicht. Durch den Wechsel des Antragstellers an die Leibniz Universität Hannover und den hiermit verbundenen Umzug konnte die Anlage geplant und aufgebaut, aber noch nicht in Betrieb genommen werden. Die Arbeiten werden weitergeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Entropy Generation During the Interaction of Thermal Radiation with a Surface. Entropy 2012, 14, 717-735
Kabelac, S.; Conrad R.
