Der Name SoCRatus steht für „Solar Concentrator with a Rectangular Flat Focus“ (=Solarer Konzentrator mit rechteckigem, flachen Fokus). Dieser Teststand wurde für die experimentelle Untersuchung photokatalytischer und photoelektrochemischer Systeme unter konzentrierter Solarstrahlung entwickelt und 2012/2013 errichtet.
Der zweiachsig nachgeführte Konzentrator besteht aus 22 ebenflächigen Aluminiumspiegelfacetten, welche die einfallende Solarstrahlung in der Fokalebene bündeln. Durch die spezielle Gestaltung des Konzentrators wird in einem rechteckigen Fokalbereich von 2500 mm x 100 mm eine sehr gleichmäßige Flussdichteverteilung erreicht. Hier können Solarreaktoren – wie Suspensionsreaktoren oder photoelektrochemische Zellen – mit homogen konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt werden.
Der geometrische Konzentrationsfaktor liegt bei 20,2. Bei Bedarf kann dieser durch Abdeckung einzelner Facetten reduziert werden. Unter Berücksichtigung der solar gewichteten hemisphärischen Reflektivität der Spiegel von 87% wird die Solarstrahlung bei Nutzung aller Facetten 17,5-fach konzentriert. Die hemisphärische Reflektivität der Spiegel im UV-Bereich (UV-A, UV-B) liegt zwischen 80 und 90%. Daher erreicht auch ein Großteil des kurzwelligen Anteils der terrestrischen Solarstrahlung die Fokalebene und dort positionierte Solarreaktoren. Weitere Eigenschaften des SoCRatus sind:
Die spektrale Strahlungsflussdichte in der Fokalebene wird mit einem Spektrometer in einem Wellenlängenbereich von 250 nm bis 850 nm erfasst. Zudem wird die Intensität der solaren Direktstrahlung mit einem an der Konzentratorstruktur befestigten Pyrheliometer gemessen.
Für die Durchströmung von Reaktoren stehen vier identische Fluidkreisläufe zur Verfügung. Bei jedem dieser Kreisläufe wird Flüssigkeit, bestehend aus Wasser und einem Elektrolyten sowie ggf. suspendierten Photokatalysatorpartikeln und weiteren Stoffen, aus einem Vorlagebehälter zu den Reaktoren gefördert. Zur Einstellung bestimmter Temperaturen wird das Gemisch vor Eintritt in den Reaktor durch einen Wärmeübertrager geleitet, an den eine Temperaturregeleinheit mit 5 kW Heiz- und Kühlleistung angeschlossen ist.
Das durch photokatalytische oder photoelektrochemische Reaktionen entstandene Produktgas wird zusammen mit hinter dem Reaktor eingeleitetem Inertgas in dem Vorlagebehälter von der Flüssigphase separiert und nach Konditionierung mithilfe eines Mikrogaschromatographen hinsichtlich H2, O2, N2, CH4, CO und CO2 analysiert. Die Aktivität untersuchter Systeme lässt sich durch Betrachtung der Menge dieser entstandenen Produktgase, insbesondere Wasserstoff als vielversprechendem Energieträger, und der eingekoppelten, spektral erfassten Strahlungsleistung bewerten. Neben der Nutzung konzentrierter Solarstrahlung in der Fokalebene ist es auch möglich, Reaktoren mit unkonzentrierter Solarstrahlung zu testen. In diesem Fall werden diese an der Konzentratorstruktur befestigt und je nach Vorgabe nachgeführt (zweiachsig/einachsig) oder an einer definierten Position gehalten.
Die Errichtung des Teststands wurde im Rahmen des Projektes HyCats durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.