Könnte Solarenergie genutzt werden und Kohle im 19. Jahrhundert ersetzen?

Ja, das könnten sie. Sie brauchen "nur" einen großen Spiegel, um das Sonnenlicht auf einen Kessel zu konzentrieren, um den Dampf zu erzeugen. Kraftwerke, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind heute im Einsatz: Ivanpah Solar Power Facility

Das erste Problem, das Sie haben, ist die Wirtschaftlichkeit. Das Verbrennen von Kohle ist einfach viel zu billig, wenn Sie es zur Verfügung haben, und es ist viel einfacher, ein paar Megawatt Wärme aus der Verbrennung von Kohle herauszuholen, als die gleiche Wärmemenge aus Spiegeln. Ganz einfach, weil man für jedes Kilowatt Sonnenlicht, das man einsammeln möchte, etwa einen Quadratmeter Spiegel benötigt und der Spiegel ständig der Sonne angepasst werden muss. Ein einzelner Mann, der Kohle in einen Motor schaufelt, erzeugt viel, viel mehr als nur ein einziges Kilowatt Wärme ...

Sie können das Wirtschaftsproblem ausgleichen, indem Sie Kohle in Ihrem Land schwer zu bekommen machen.

Das zweite Problem bleibt jedoch bestehen: Effizienz. Frühe Dampfmaschinen waren brutal ineffizient und wandelten nur 1 % oder 2 % (Watts optimierte Version!) der Wärme in tatsächliche mechanische Arbeit um. Also, wenn Sie einen riesigen 10 x 10 m großen Spiegel haben ($100\ m^2$), erhalten Sie nur 1 kW oder 2 kW nutzbare Ausgangsleistung. Alles, was mehr Energie als das erfordert, wird mit den vielen, enormen Spiegeln, die Sie benötigen, die alle menschliche Kraft erfordern, um sich kontinuierlich an die Sonne anzupassen, schnell unbrauchbar.

Natürlich können Sie dies ausgleichen, indem Sie a) nahezu moderne Dampfturbinen zulassen und b) ausgefallene Uhrwerke, die die Spiegel automatisch einstellen. Trotzdem bleibt es schwierig, den Strom aus den Kraftwerken dorthin zu bringen, wo er tatsächlich gebraucht wird.

Wenn sie viel Platz in der Wüste haben, könnten sie vielleicht Solarauftriebstürme bauen ? Es ist im Grunde eine große Fläche, die von einem Gewächshausdach und einem hohen Schornstein in der Mitte bedeckt ist. Der Energieertrag ist proportional zur Fläche mal der Schornsteinhöhe.

Sie wurden 1896 erfunden, verwenden also nur die damals verfügbare Technologie.

Ägypten 1912

Es ist tatsächlich passiert:

Shuman baute das weltweit erste solarthermische Kraftwerk in Maadi, Ägypten (1912-1913). Shumans Werk verwendete Parabolrinnen, um einen 60-70-PS-Motor anzutreiben, der 6.000 Gallonen Wasser pro Minute aus dem Nil zu den angrenzenden Baumwollfeldern pumpte. Sein System umfasste eine Reihe technologischer Verbesserungen, darunter Absorptionsplatten mit Doppelscheiben, die durch einen Luftraum von 2,5 cm getrennt sind. Obwohl der Ausbruch des Ersten Weltkriegs und die Entdeckung billigen Öls in den 1930er Jahren die Weiterentwicklung der Solarenergie entmutigten, wurden Shumans Vision und grundlegendes Design in den 1970er Jahren mit einer neuen Welle des Interesses an Solarthermie wiederbelebt

https://en.wikipedia.org/wiki/Frank_Shuman

Sie können einen Generator mit einem Heißluftmotor mit offenem Kreislauf betreiben . Dies ist eine Wärmekraftmaschine, die Energie aus der Ausdehnung der Luft gewinnt, wenn sie sich erwärmt.

Das Hauptproblem ist die kalte Ansaugluft. Sie können dafür einen erdgekoppelten Wärmetauscher verwenden. Genauer gesagt ein thermisches Labyrinth. Die Luft wird durch einen langen Weg unter die Erde gezogen und kühlt sich dabei im Grunde ab.

Die Luft aufzuheizen ist in einer Wüste deprimierend einfach. Haben Sie einfach eine Struktur aus Metall über der Erde, auf die die Sonne scheinen kann und die Wärme mit der lokalen Luft austauschen kann. Wenn Sie Spiegel haben, können Sie das Sonnenlicht für viel höhere Temperaturen fokussieren. Solarkochöfen sind eine Sache, also müssten Spiegel und Design nicht so gut sein. Für ein seriöseres Design können Sie eine Parabel verwenden .

Für die Durchführbarkeit all dessen ist wahrscheinlich die Umwandlung von Meereswärmeenergie der beste Vergleich .

Die sehr gute Nachricht ist, dass die Konzeption und die ersten Tests ziemlich im gewünschten Zeitrahmen liegen, sodass jemand mit der Idee, es an eine Wüste anzupassen, machbar wäre. Thermische Labyrinthe sind eine uralte Technologie und Wärmekraftmaschinen wurden größtenteils im 19. Jahrhundert erfunden, sodass alles auch funktioniert.

Die gute Nachricht ist, dass OTEC getestet wurde und tatsächlich funktioniert, also würde die Wüstenversion wahrscheinlich auch funktionieren. Wie gut, ist etwas schwer zu sagen, da sich die Arbeitsflüssigkeiten und viele andere Details unterscheiden. Die Unterschiede gleichen sich irgendwie aus, aber Sie müssten tatsächliche Zahlen ermitteln, um zu wissen, wie gut, und das würde ein tatsächliches Design erfordern. Vielleicht sogar ein echtes physikalisches Experiment in bedeutendem Maßstab.

Die schlechte Nachricht ist, dass OTEC nie einen Durchbruch geschafft hat. Es ist ihr nie wirklich gelungen, mit Kohle und Öl zu konkurrieren. Und die Wüstenversion wäre wahrscheinlich problematischer. Während dieser Vorschlag im Grunde die gesamte Wüste zum Einfangen der Sonnenenergie nutzt und so einige der Dichteprobleme anderer Arten von Solarenergie löst, kann er in Bezug auf die Dichte immer noch nicht mit Kohle konkurrieren, und ein thermisches Labyrinth wäre mehr Vorarbeit als das Hochpumpen von kaltem Meerwasser wie bei OTEC. Das wirtschaftliche Potenzial wäre also begrenzt.

Allerdings könnten billige Arbeitskräfte in diesem Zeitrahmen leichter zugänglich sein als importierte Kraftstoffe. Oder die Regierung befürchtet einfach, im Kriegsfall von importierter Kohle abhängig zu sein. Oder um die Aufrechterhaltung der Logistik für den Transport des Kraftstoffs.

Und es gibt andere Anwendungen als Strom, wo dies besser funktionieren könnte. Dieses System pumpt bereits sowohl kalte als auch heiße Luft, sodass nur einige Ventile und Thermostate erforderlich wären, um Ihnen eine autarke Klimaanlage zu geben. In einer heißen Wüste ist das nicht nichts.

Ebenso wäre so etwas wie Bewässerung durch Hochpumpen von Grundwasser besser geeignet als Stromerzeugung. Ein Bauer ist vielleicht glücklicher, wenn er Zeit für den Bau eines Thermallabyrinths aufwendet, als Geld für den Kauf von Kohle oder Öl auszugeben, und intermittierende Bewässerung mit geringer Dichte funktioniert gut für die Bewässerung.

Die eigentliche Antwort wäre also geteilt. Nutzen, ja. Kohle ersetzen, nein.

Nein. Kohle funktioniert als Energiequelle, weil es Sonnenenergie ist, konzentriert, in einer praktischen Form (Steine). Solarenergie ist einfach zu weit verbreitet, um eine Energiequelle für frühe, ineffiziente Dampfmaschinen zu sein

Ein Franzose namens Augustan Mouchot demonstrierte 1866 solarbetriebene Dampfmaschinen.

Augustin Mouchot unterrichtete von 1852 bis 1871 Mathematik an der Sekundarstufe und begann während dieser Zeit mit einer Reihe von Experimenten zur Umwandlung von Sonnenenergie in nützliche Arbeit. Seine Proof-of-Concept-Designs waren so erfolgreich, dass er von der französischen Regierung Unterstützung erhielt, um die Forschung in Vollzeit fortzusetzen. Seine Arbeit wurde von Horace-Bénédict de Saussure (der 1767 den ersten erfolgreichen Sonnenofen konstruiert hatte) und Claude Pouillet (der 1838 das Pyrheliometer erfand) inspiriert und geprägt.

Augustin Mouchots Solarkonzentrator auf der Weltausstellung in Paris, 1878. (Quelle)

Mouchot arbeitete an seinem ehrgeizigsten Gerät unter den sonnigen Bedingungen Französisch-Algeriens und brachte es zur Demonstration auf der Weltausstellung in Paris von 1878 zurück. Dort gewann er die Goldmedaille und beeindruckte die Jury mit der Herstellung von Eis aus der Kraft der Sonne .

Leider war und ist Kohle für den Erfinder weitaus billiger, zumal sie rund um die Uhr für Strom verbrannt werden kann, wenn Sie ihn brauchen.

Es gibt eine weitere praktikable Alternative für Kohle, die im 19. Jahrhundert verwendet wurde und die Sie bereits in Ihrer Frage bestätigt haben. Flüsse.

Viele Maschinen dieser Zeit wurden von Wasserrädern angetrieben. Wenn sie Flüsse und einen Ozean haben, besteht keine Notwendigkeit, das Rad neu zu erfinden, indem man eine Art ausgeklügeltes solarbetriebenes System baut. Dies würde den zweiten Teil Ihrer Frage erfüllen; Kohle anderweitig ersetzen.

Ihre Leute könnten Holzgas verwenden.

https://en.wikipedia.org/wiki/Wood_gas

Holzgas ist ein Syngas-Brennstoff, der anstelle von Benzin, Diesel oder anderen Brennstoffen als Brennstoff für Öfen, Herde und Fahrzeuge verwendet werden kann. Während des Produktionsprozesses werden Biomasse oder andere kohlenstoffhaltige Materialien in der sauerstoffbegrenzten Umgebung eines Holzgasgenerators vergast, um Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen. Diese Gase können dann in einer sauerstoffreichen Umgebung als Brennstoff verbrannt werden, um Kohlendioxid, Wasser und Wärme zu erzeugen.

Ihre Leute würden Solarenergie (gemäß OP) verwenden, weil sie Pflanzen anbauen würden, die als Ausgangsmaterial für den Vergaser verwendet werden - vielleicht Kanariengras oder Tamarisken oder was auch immer für eine robuste Pflanze sie in den rauen Ländern, in denen sie leben, anbauen können. Oder vielleicht haben sie Ag-Abfall von allem, was sie als Nahrung anbauen. Oder Flusskraut.

Holzvergaser sind eigentlich Allesfresser – Holz ist in Ordnung, ebenso wie Gras, Gummi, Dung, tote Fische oder alles, was Kohlenstoff enthält. Was Sie mit Erdgas machen können, können Sie mit Holzgas machen.

Ich werde nicht einmal versuchen, mit der hervorragend recherchierten Antwort von Chuck Ramirez zu konkurrieren, aber noch hat niemand den Stirling-Motor erwähnt , der aus dem frühen 19. Jahrhundert stammt und weitaus effizienter war als primitive Dampfturbinen. Es passt auch perfekt zu konzentrierter Solarenergie: Verwenden Sie diese einfach, um das "heiße Ende" zu erwärmen.

Die in anderen Antworten erwähnten Probleme bei der Sonnennachführung mit Uhrwerk und Kameras müssten noch gelöst werden.

Es gab ein Unternehmen, das versuchte, Stirlingmotoren zu entwickeln, die im Brennpunkt von Parabolspiegeln zur direkten Stromerzeugung montiert waren (IIRC in den 1990er Jahren). Es gab Probleme, die Ölschmierung des Motors in allen möglichen Ausrichtungen zum Laufen zu bringen, und dann wurde das gesamte Konzept von Festkörper-Solarmodulen überholt. Obwohl es vielleicht immer noch effizienter ist, Fläche für Fläche. Sterling-Motoren können über 40 % effizient sein, ein Spiegel von über 90 %.

Sie haben bereits einige gute Ideen, was sie hätten verwenden können. Optik mit großer Linse oder Spiegel zum Kochen von Wasser und Verbinden von Dampfmaschine mit elektrischem Generator zum Beispiel.

Moderne Solarenergie In Bezug auf Photovoltaik (PV-Module, wie wir sie auf Häusern, Wohnmobilen usw. haben) wäre dies wahrscheinlich nicht möglich gewesen, da der photoelektrische Effekt erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts verstanden wurde. Tatsächlich in derselben berühmten Abhandlung, die Einstein den Nobelpreis verliehen hat.