Heliostat
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Der Heliostat (von Vorlage:GrcS helios „Sonne“ und {{#invoke:Vorlage:lang|flat}} statós „stehend, eingestellt“) ist ein Apparat mit einem Spiegel, der das Sonnenlicht unabhängig von der Änderung der Sonnenposition am Himmel immer auf den gleichen, ortsfesten Punkt reflektiert.
Dafür ist eine mechanisch oder elektrisch angetriebene Nachführung des Spiegels erforderlich. Der Spiegel muss dabei so bewegt werden, dass seine Normale den Winkel zwischen der bewegten Sonne und dem festen Zielpunkt dauerhaft halbiert. Diese Nachführung ist nicht trivial und so ist dafür eine Reihe von technischen Lösungen entwickelt worden.
Ein ähnliches, aber mit einem Zielfernrohr versehenes Instrument ist das 1821 von Gauß entwickelte Heliotrop zur Sichtbarmachung ferner Vermessungspunkte.
Geschichte
Die früheste Erwähnung des Heliostaten, vermutlich nicht vom Erfinder, befindet sich in einem Buch des niederländischen Physikers Willem Jacob ’s Gravesande aus dem Jahre 1742. Vor ihm beschrieb der Italiener Giovanni Alonso Borelli (1608–1679) einen solchen Mechanismus in einem unveröffentlichten Manuskript.<ref>Pieter van der Star: Daniel Gabriel Fahrenheit's Letters to Leibniz and Boerhaave. Leiden 1983, S. 7.</ref> Die Rotation des Heliostaten erfolgte durch ein Uhrwerk.<ref name="physics.kenyon.edu">{{#if:2009-05-06|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Thomas B. Greenslade, Jr.|Thomas B. Greenslade, Jr.: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20090506222722/http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics/Heliostat/Heliostat.html%7C{{#if:Heliostats%7C[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://web.archive.org/web/20090506222722/http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics/Heliostat/Heliostat.html}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Heliostats}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics/Heliostat/Heliostat.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7Cja}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Heliostats}}}}%7C[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics/Heliostat/Heliostat.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Heliostats}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:jahttps://web.archive.org/web/20090506222722/http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics/Heliostat/Heliostat.html{{#if: 2008-02-11 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Léon Foucault entwickelte um 1865 einen verbesserten Heliostaten, der für einen größeren Winkelbereich zur Himmelsbeobachtung verwendbar war. Seine feste Großanlage namens Siderostat ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=fr|SCRIPTING=Latn|SERVICE=französisch}}), ausgestattet mit einem Spiegel damals höchster Qualität, reduzierte Kosten und technische Schwierigkeiten, v. a. für äquatoriale Montierungen.<ref>{{#if:2014-06-06|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Wolf, C.|Wolf, C.: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20140606213507/http://www.numdam.org/numdam-bin/fitem?id=ASENS_1872_2_1__51_0%7C{{#if:Description du sidérostat de L. Foucault.|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://web.archive.org/web/20140606213507/http://www.numdam.org/numdam-bin/fitem?id=ASENS_1872_2_1__51_0}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Description du sidérostat de L. Foucault.}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://www.numdam.org/numdam-bin/fitem?id=ASENS_1872_2_1__51_0%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Description du sidérostat de L. Foucault.}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://www.numdam.org/numdam-bin/fitem?id=ASENS_1872_2_1__51_0}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Description du sidérostat de L. Foucault.}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Annales scientifiques de l'École Normale Supérieure Sér. 2, 1 (1872), S. 51-84https://web.archive.org/web/20140606213507/http://www.numdam.org/numdam-bin/fitem?id=ASENS_1872_2_1__51_0{{#if: 2008-05-10 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Bei Heliostaten und Siderostaten dreht sich im Laufe der Zeit das Bild in der Projektionsebene um einen Punkt (siehe Bildfelddrehung). Um auch diesen Nachteil zu beseitigen, wurden die Coelostaten entwickelt, die ein wichtiger Bestandteil von Sonnenbeobachtungsinstrumenten insbesondere bei großen Sonnenteleskopen sind.
Anwendung
Zuerst wurde die Strahlungsenergie insbesondere in optischen Laboren angewandt, die die Zusammensetzung des Sonnenlichtes untersuchen. Dazu wurde der Heliostat außerhalb des Versuchsraums gestellt, um Lichtstrahlen in den Raum einzuleiten. Wenn sich das Labor in einem höheren Stock befindet, wird zur Installation des Heliostaten ein Vorsprung errichtet.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Henri Chamoux|Henri Chamoux: }}{{#if:|{{#if:Inventaire des instruments scientifiques anciens dans les établissements publics - Héliostat de Silbermann|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Inventaire des instruments scientifiques anciens dans les établissements publics - Héliostat de Silbermann}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://rhe.ish-lyon.cnrs.fr/instruments-scientifiques/instr_opt_heliostat.htm%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Inventaire des instruments scientifiques anciens dans les établissements publics - Héliostat de Silbermann}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=http://rhe.ish-lyon.cnrs.fr/instruments-scientifiques/instr_opt_heliostat.htm}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Inventaire des instruments scientifiques anciens dans les établissements publics - Héliostat de Silbermann}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Laboratoire de recherche historique Rhône-Alpes{{#if: 2014-06-23 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Heliostaten sind in neuerer Zeit in so genannten Solarturmkraftwerken eingesetzt worden, in denen hunderte von computergesteuerten Heliostaten ihr Licht auf einen in einer Turmspitze untergebrachten Absorber konzentrieren. Der Konzentrationsfaktor der Strahlung erreicht Werte von 1000 und mehr. Mit seiner Hilfe wird die Strahlung in Wärme umgewandelt, die abgeführt wird, um dann mittels Dampferzeugung über eine konventionelle Turbine einen Generator anzutreiben.
Heliostaten können auch für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden. Dabei wird das Licht auf ansonsten im Dunkeln liegende Gebäudeteile, Lichtschächte oder Fahrzeugtunnel gelenkt. So sind insgesamt vier Heliostaten auf der italienischen Autobahn A6 in der Nähe der Ortschaft Painissolo zur Beleuchtung kurzer Tunnelabschnitte eingesetzt. Auf dem Dach des Verwaltungsgebäudes der Nord/LB in Hannover sorgen zahlreiche Heliostaten dafür, dass sonnenabgewandte Büros mehr Tageslicht erhalten.<ref name="NLB_BBP"/>
In zunehmendem Maße werden Heliostaten eingesetzt, um Orte, die in den Wintermonaten aufgrund ihrer Tallage keine direkte Sonneneinstrahlung erfahren, künstlich mit Sonnenlicht zu beleuchten. Seit 2006 ist ein solcher Spiegel im piemontesischen Viganella in Betrieb. 2013 wurde eine ähnliche Anlage im norwegischen Rjukan aufgestellt.<ref>{{#if:Vorlage:Cite book/URL|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:{{#if:
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Als Lichtquelle für lichtmikroskopische Anwendungen mit großem Helligkeitsbedarf wurden ebenfalls Heliostaten verwendet, bevor ab dem 20. Jahrhundert ausreichend starke künstliche Lichtquellen zur Verfügung standen.
Siehe auch
Literatur
- Kapitel 4.1.1 Heliostaten. In: M. Mohr, P. Svoboda, H. Unger: Praxis solarthermischer Kraftwerke. Springer, Berlin/Heidelberg 1999, ISBN 978-3-642-63616-5, S. 122–135.
- Kaltschmitt, Streicher, Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Springer-Vieweg, 5. Auflage von 2014, ISBN 978-3-642-03248-6:
- Heliostat. S. 294–296.
- Heliostatenfelder. S. 296–299.
- H. Weik: Expert Praxislexikon: Sonnenenergie und solare Techniken. 2., überarbeitete Auflage von 2006, expert Verlag, ISBN 978-3-8169-2538-5:
- Heliostat. S. 132.
- Heliostatfelder. S. 132.
Weblinks
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- Beschreibung auf Lumena.ch
- weitere Informationen zu Heliostaten
- Selbstbauprojekte zu Heliostaten
- Das Deutsche Technikmuseum in Berlin verwendet Heliostaten zur Beleuchtung und im angeschlossenen Science Center Spectrum für Experimente zum Thema Licht und Sehen
Einzelnachweise
<references> <ref name="NLB_BBP">Martina Flamme-Jasper: NORD/LB Hanover - Behnisch, Behnisch & Partner. Hatje Cantz, Ostfildern-Ruit 2002, ISBN 3-7757-1231-3. S. 72–79. </ref> </references>
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