Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Aufgrund vielf\u00e4ltiger Erfahrungen und verschiedener Untersuchungen an solarthermischen Brauchwasserbereitungsanlagen zeigte sich, da\u00df noch eine Reihe von Anlagen Funktionsst\u00f6rungen aufweisen, die zu reduzierten Solarertr\u00e4gen f\u00fchren. Aus diesem Grund wurde die Zielsetzung vergeben, eine Funktionskontrolle f\u00fcr kleine thermische Solaranlagen zu entwickelt. Zum einen werden dadurch die Solarertr\u00e4ge erh\u00f6ht und zum anderen wird die Akzeptanz des Nutzers bzw. der potentiellen Nutzer weiter erh\u00f6ht, was zu einer weiteren Verbreitung von kleinen thermischen Solaranlagen f\u00fchrt. Dadurch werden die CO2-Emissionen weiter verringert.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Entwicklung der Funktionskontrolle wurde eine FMEA (Fehler-M\u00f6glichkeits- und Einflu\u00df-Analyse) durchgef\u00fchrt. Die Ergebnisse dieser FMEA flossen in ein Pflichtenheft ein, in dem die zu untersuchenden Fehler und die jeweils ben\u00f6tigten Sensoren aufgelistet wurden. Anschlie\u00dfend wurden die Fehler eingehend untersucht und sogenannte Fehlererkennungsalgorithmen entwickelt, welche mit Simulationsprogrammen (TRNSYS) \u00fcberpr\u00fcft und angepa\u00dft wurden. Die verifizierten Algorithmen wurden dann in h\u00f6here Programmiersprachen umgewandelt, um mittels PC eine komplette Regelung einschlie\u00dflich Funktionskontrolle emulieren zu k\u00f6nnen. Die Funktionskontrolle wurde dann im Labor soweit wie m\u00f6glich einem Praxistest unterzogen und somit auf ihre Tauglichkeit \u00fcberpr\u00fcft und soweit erforderlich verifiziert und ggf. modifiziert. Nach dieser Phase wurden die Funktionskontrollalgorithmen beispielhaft in Prototyp-Mikroprozessoren umgesetzt und in den vorhandenen Reglern der Kooperationspartner implementiert. Diese Prototypregler wurden sowohl im Labor auf ihre Tauglichkeit \u00fcberpr\u00fcft als auch von den Kooperationspartnern vor Ort (evtl. mit unterschiedlichen Anlagenschemata) getestet.<\/p>\n
Parallel dazu wurde die Volumenstrommessung der Fa. esaa durch Messung auf ihre Brauchbarkeit sowohl f\u00fcr die Funktionskontrolle als auch f\u00fcr die W\u00e4rmemengenmessung \u00fcberpr\u00fcft und verifiziert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Nach einer umfangreichen Fehleranalyse entstand ein umfassender Fehlerbaum einer Solaranlage mit \u00fcber 50 m\u00f6glichen Einzelfehlern. Dieser Fehlerbaum wurde in Anlehnung an DIN 25424 erstellt. Die Einzelfehler wurden in einer Fehler-M\u00f6glichkeits- und Einflu\u00df-Analyse nach verschiedenen Kriterien bewertet, so da\u00df danach noch 21 als wichtig befundene und weiter zu untersuchende Fehler vorlagen. Diese Fehler wurden theoretisch wie auch experimentell bzgl. m\u00f6glicher Algorithmen zur Fehlererkennung untersucht. Hieraus ergaben sich folgende Algorithmen:
\nAuszug aus Ursachen-Auswirkungs-Zuordnung f\u00fcr Fehler an der Solaranlage<\/p>\n
Fehlerbeschreibung \t resultierende Auswirkung\t m\u00f6glicher Algorithmus0
\n\u00d8 Kollektoranschl\u00fcsse vertauscht \tPumpe taktet\t Pumpenlaufzeit < 10 sek.\n\u00d8 Kollektorf\u00fchler falsch positioniert (Mindestpumpenlaufzeit)1\n\u00d8 Leckage Solarw\u00e4rmetauscher \tAnlagendruck zu hoch\t (TKol = 20 \u00b0C) AND (pSystem =\n pSystem soll + 2 bar)2\n\u00d8 Absperrventil geschlossen Temperaturdifferenz (DT) zu hoch (Pumpe ein) AND\n\u00d8 Kabelbruch Regler \/ Pumpe (DT = DTsoll + 15 K)3, 4\n\u00d8 Eing\u00e4nge der Regelung defekt\n\u00d8 Ausg\u00e4nge der Regelung defekt\n\u00d8 Regler-Software fehlerhaft\n\u00d8 Falsch eingestellter Volumenstrom\n\u00d8 Falsch entl\u00fcftet\n\u00d8 dT-Einstellung ung\u00fcnstig\t\n Bedienerhinweis5\n\u00d8 Kollektor- oder Speichertemperatur- \tfalsches DT => Pumpe l\u00e4uft \t (R \u00a3 Rmin) OR (R \u00b3 Rmax)
\nf\u00fchler defekt, ungenau zu falschen Zeiten (Widerstandssensor)
\n\u00d8 Schwerkraftbremse offen Pumpe l\u00e4uft auch nachts (Pumpe ein) AND (Uhrzeit
\n\u00d8 Schwerkraftbremse verschmutzt zwischen 2200 und 600 Uhr)
\n\u00d8 Schaltuhr falsch programmiert\t Startmen\u00fc6
\n\u00d8 Stromausfall\t Anlagendruck zu hoch\t (TKol = 20 \u00b0C) AND (pSystem =
\n pSystem soll + 2 bar)2
\n\u00d8 Fremdstromanode defekt\t Speicher korrodiert\t Strommessung in neue
\n Regler implementierbar
\n0 Die Fu\u00dfnoten sind im Abschlu\u00dfbericht erkl\u00e4rt!<\/p>\n
Durch TRNSYS-Simulationen wurde der theoretische Einflu\u00df verschiedener Parameter (z.B. Speichergr\u00f6\u00dfe) auf die Funktion der Fehlererkennungsalgorithmen \u00fcberpr\u00fcft. Anschlie\u00dfend wurden die Algorithmen von den Projektpartnern in Prototyp-Regler umgesetzt.
\nDie Erprobung der Prototypen zeigte, da\u00df die Fehler durch die Algorithmen erkannt werden. Gleichzeitig zeigte sich aber auch, da\u00df einige Algorithmen weiterer Anpassung bed\u00fcrfen, da Sie auch zu Falschmeldungen f\u00fchren k\u00f6nnen. Insbesondere die Anpassung der Algorithmen an unterschiedliche Anlagen (Kollektortypen, Speichertypen, …) ist bei einer weiten Verbreitung der Funktionskontrolle notwendig. Diese Ergebnisse verdeutlichen auch, wie wichtig die Erprobung von Prototypen in der Praxis ist, da nicht alle Tests theoretisch bzw. mittels Simulationen durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen.
\nDie Validierung der Volumenstrombestimmung mittels Zeit-Messung der Temperaturflanke ergab eine hinreichende Genauigkeit von ca. 2 %, die zur Funktionskontrolle herangezogen werden kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Erste Ergebnisse wurden bereits auf dem Neunten Symposium Thermische Solarenergie im Mai 99 vorgestellt. Hier wurden auch ca. 100 Exemplare des Fehlerbaumes an Interessenten weitergegeben. Der Abschlu\u00dfbericht wird Interessenten gegen eine Bearbeitungsgeb\u00fchr von 20,- DM zugesandt. Die Ergebnisse sollen auch in Fachzeitschriften und im Internet ver\u00f6ffentlicht werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in diesem Projekt entwickelte Funktionskontrolle eignet sich als gutes Werkzeug zur Fehlererkennung. Hiermit k\u00f6nnen die wichtigsten Fehler kleiner Solaranlagen detektiert werden. Die Algorithmen (Temperatur- und Zeitkonstanten) sollten variabel in die Regler implementiert werden, um gr\u00f6\u00dftm\u00f6gliche Flexibilit\u00e4t in der Anwendung zu erhalten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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