Kleines Mini-Kühlhaus
Kameragehäuse mit aktiver Peltier-Klimatisierung
Die zulässige Kameratemperatur wird von den meisten Herstellen mit 0 bis 50°C angegeben. Wird die Kamera außerhalb dieser Temperaturgrenzen betrieben, kann diese beschädigt werden. Außerdem führt der Einsatz bei höheren Temperaturen zu höherem Bildrauschen und schneller Alterung des Bildsensors.
Bild 1: Autovimation wurde 2013 für die Turtle-Kühlgehäuse-Entwicklung mit dem Innovations- Award der Technologiefabrik Karlsruhe ausgezeichnet. (Bild: ©Schmid-Reportagen/pixabay.com, ©Howcheng, Wikimedia Commons, lizensiert unter Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic license, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/legalcode)
Lässt sich die Kamera im Industrieeinsatz durch einen Wasserkreislauf kühlen, ist dies im Außenbereich in der Regel nicht möglich, da ein Bereich mit Raumtemperatur fehlt, in dem das aufgewärmte Kühlwasser wieder heruntergekühlt werden kann. Für diesen Einsatzzweck wurde das Turtle-Gehäuse mit aktiver Peltier-Klimatisierung entwickelt. Peltierelemente werden z.B. zur Klimatisierung kleinerer Schaltschränke eingesetzt. Durch Anlegen einer Spannung an diese Halbleiterelemente erwärmt sich die eine Seite, die andere kühlt sich ab. Durch Umkehrung der Spannung lässt sich mit dem Peltierelement auch heizen, also ideal um ein Kamerasystem mit geeignetem Peltier-Regler im erlaubten Temperaturbereich zu halten.
Realisierung
Das Problem ist der geringe Wirkungsgrad von Peltierelementen. Das Element stellt eine Wärmepumpe dar. Dem Schutzgehäuse wird z.B. bei einem niedrigen Temperaturniveau von 30°C Wärme entzogen und auf einem höheren Niveau von 70°C wieder abgegeben. Hierfür ist eine hohe elektrische Leistung erforderlich, die zusammen mit der entzogenen Kühlleistung an der Außenseite des Gehäuses wieder abgegeben werden muss. In der Praxis muss man hier mit einer abzuführenden Wärmemenge rechnen, die dem dreifachen der Kühlleistung entspricht. Normale Schaltschrankkühlungen erreichen nur eine Innenraumtemperatur von ca. 20°C unter Umgebungstemperatur. Dies ist für ein Kameraschutzgehäuse in der Wüste aber nicht ausreichend. Durch Optimierung aller Wärmeübergänge, Hochleistungskühlkörper und -lüfter, Kühlung der Kamera durch Wärmeleitung und guter Wärmedämmung kann das Turtle Schutzgehäuse die Kamera auf bis zu 30°C unter Umgebungstemperatur kühlen. Dies bietet ausreichend Temperaturreserven um nicht nur die hohen Außentemperaturen von bis zu 56°C sowie auch die extreme Sonneneinstrahlung von über 1.000W/m² zu kompensieren und die Kamera zuverlässig auf unter 50°C zu halten.
Vermessung der Wolkenbedeckung
Bild 2: Das Kameraschutzgehäuse Turtle MD mit Domefenster und Peltier-Kühleinheit kühlt die Kamera auf bis zu 30°C unter Umgebungstemperatur. (Bild: Autovimation GmbH)
Um geeignete Standorte für Solarkraftwerke in der Wüste zu finden, wird zunächst ein Jahr lang die Wolkenbedeckung vermessen. Satellitenaufnahmen sind hierfür zu ungenau und ermöglichen zudem keine Langzeitbeurteilung. Hierfür wurde das Turtle MD mit Dome-Fenster entwickelt. Dies erlaubt es ein Fischaugen-Objektiv vor dem gekühlten Gehäuse zu installieren, welches so einen 180° Bildwinkel in alle Richtungen ermöglicht. Um den Himmel zu beobachten muss die Linse (und damit auch das Gehäuse) nach oben gerichtet sein. Wir haben hier also mit der Glaskuppel ein kleines Mini-Treibhaus über einer großen schwarzen Linse, für eine Kamerakühlung der anspruchsvollste Anwendungsfall, zumal auch die Wärmedämmung des Deckels nicht zu dick sein darf, damit das Objektiv noch aus dem Gehäuse herausstehen kann. Da die Peiltierkühlung nur 75W elektrische Leistung zum Betrieb benötigt, kann dieses als Stand Alone-Lösung von Solarzellen vor Ort gespeist werden. Die Messdaten werden dann entweder gespeichert oder per GSM/Satellit versendet. Die längeren Turtle L Gehäuse wurden zur Aufnahme von Wärmebildkameras konzeptioniert und dienen der Ausrichtung tausender Spiegel, mit deren Hilfe die Sonneneinstrahlung auf die Turmbrennkammern reflektiert wird. Auch während des Kraftwerksbetriebs wird die reflektierte Sonneneinstrahlung auf die Absorberkammer gemessen. Das Gehäuse ist vor allem für Außenanwendungen geeignet, bei denen aktive Heizung und Kühlung erforderlich ist, z.B. Anwendungen im Bereich der Astronomie, Überwachungstechnik (besonders in wärmeren Klimazonen), etc. Allerdings wird das Turtle auch bei Industrieanwendungen eingesetzt, bei denen die Installation einer Wasserkühlung nicht möglich ist oder zu aufwändig wäre. Ohne Sonneneinstrahlung lässt es sich bis zu 70°C Umgebungstemperatur einsetzen, z.B. im Brandschutz zur Beobachtung von selbstentzündlichem Müll in Recyclinganlagen.
