Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projekts war die Entwicklung einer neuartigen Regelung f\u00fcr thermische Solaranlagen, bei der die Temperatursensoren im Kollektor und am Speicher durch Sensoren in Vor- und R\u00fccklauf der Solarstation ersetzt werden. Die Entwicklung verspricht eine deutliche Kosteneinsparung bei der Installation und bei der Parametrisierung sowie eine Steigerung der Betriebssicherheit von Solaranlagen, weil auf den ausfalltr\u00e4chtigen Kollektor-Temperatursensor verzichtet wird.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAlgorithmusentwicklung
\nDer Regelalgorithmus sollte so entwickelt werden, dass sich bei gestiegener Betriebssicherheit und
\ngeringerer Fehleranf\u00e4lligkeit nur vernachl\u00e4ssigbare Ertragseinbu\u00dfen gegen\u00fcber einem Standard-Regler ergeben. Die Optimierung des Algorithmus wurde durch umfangreiche TRNSYS-Simulationen des
\nIngenieurb\u00fcros Tepe (ibt) unterst\u00fctzt. Detailfragen wurden in den Feldtestanlagen gel\u00f6st. <\/p>\n
Laboruntersuchungen sowie Hard- und Softwareanpassungen
\nF\u00fcr die Entwicklung des Reglers in Kombination mit einer Solarstation wurden Laboruntersuchungen durchgef\u00fchrt, Sensoren bewertet und Hardware- und Softwareanpassungen vorgenommen. <\/p>\n
Feldtest
\nDas Regelverfahren wurde in sechs Feldtestanlagen erfolgreich erprobt und hielt einem Effizienzvergleich mit einem Standard-Regler stand. Bei der Auswahl der Feldtestanlagen wurde auf m\u00f6glichst
\ngro\u00dfe Unterschiede von Kollektorfl\u00e4che, Rohrl\u00e4nge, Speichergr\u00f6\u00dfe und Ausrichtung geachtet. <\/p>\n
Kostenevaluation
\nIm Rahmen des Projekts wurde ermittelt, dass eine Reparatur des Kollektortemperatursensors etwa 180 \u0080 kostet (ohne Kosten f\u00fcr Nachheizenergie). Bei Neuinstallation erh\u00e4lt der Kunde ohne Aufpreis eine W\u00e4rmemengenmessung, eine Leckage-, eine \u00dcberdruck- sowie eine Durchfluss\u00fcberwachung.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Funktionsumfang des in einer Solarstation integrierten Reglers gleicht dem eines Standard-Solarreglers bis auf den Unterschied, dass innerhalb eines t\u00e4glich neu berechneten Testfensters die
\nKollektor- und die Speichertemperatur regelm\u00e4\u00dfig identifiziert werden m\u00fcssen. F\u00fcr die zeitliche Optimierung des Testfensters werden geografische Koordinaten, Neigung, Ausrichtung, Auslastung und Jahreszeit ber\u00fccksichtigt. Die Auslastung der Solaranlage, also zum Beispiel der Warmwasserverbrauch,
\nspiegelt sich in der typischen, morgendlichen Speichertemperatur wider, die fortlaufend adaptiert wird. Wenn die Identifikation ergibt, dass die Kollektortemperatur \u00fcber der Speichertemperatur liegt, wird die Beladung des Speichers initiiert. Ist die Temperaturdifferenz nicht ausreichend, folgt eine Pause von
\nmaximal 30 Minuten.
\nEine Besonderheit des Regelverfahrens ergibt sich dadurch, dass eine volumenstromabh\u00e4ngige Totzeit der Vor- und der R\u00fccklauftemperatur ber\u00fccksichtigt werden muss. Das hei\u00dft, dass nach jeder Drehzahl\u00e4nderung eine variable Zeitspanne bis zum Einschwingen der Temperaturen abgewartet werden muss.
\nWeitere Detailfragen bei der Algorithmusentwicklung konnten erfolgreich gel\u00f6st werden. Die Kollektor- Notabschaltung, also die Dampferkennung, wird auf Basis des w\u00e4hrend einer Pause gemessenen Druckverlaufs realisiert. Die Pausenzeitverk\u00fcrzung hat das Ziel, eine Verdampfung w\u00e4hrend Zeiten mit potenziell hoher Einstrahlung, zum Beispiel im Sommer oder zur Mittagszeit, zu vermeiden.
\nDie entwickelten Algorithmen sind in Feldtestanlagen mit sek\u00fcndlicher Datenaufzeichnung erprobt und optimiert worden. In jeder Feldtestanlage wurde die solare Einstrahlung gemessen. Bei der Auswahl der Feldtestanlagen ist Wert auf m\u00f6glichst breite Abdeckung des Marktes gelegt worden.
\nDrei Feldtestanlagen wurden mit Solarstationen ausger\u00fcstet, deren Regelalgorithmus jede Woche
\nzwischen FlowCon Sensor- und Referenz-Regelalgorithmus umschaltete. Anhand der hohen Anzahl von Tagesergebnissen kann die Aussage getroffen werden, dass beide Regelverfahren eine etwa gleich
\nhohe Effizienz erzielen. An Tagen mit sehr wenig Einstrahlung sind die thermischen Verluste so gering, dass \u00fcber das Jahr gesehen der Vorteil der Abschaltung nach Vor- und R\u00fccklauftemperatursensor diese mehr als ausgleicht.
\nIn drei weiteren Feldtestanlagen wurde der zuverl\u00e4ssige Betrieb der Regelung nachgewiesen und
\ninsbesondere die Rohrleitungsadaption erfolgreich getestet. Durch eine automatische Adaption von Vorlauf- und Kollektorfeldvolumen konnte die Anzahl der erforderlichen Einstellwerte minimiert werden.
\nFlankierend ist eine dynamische Rohrleitungssimulation zur Untersuchung des kapazitiven Einflusses der Rohrleitung durchgef\u00fchrt worden. Damit ist eine Korrektur der adaptierten Volumina sowie der
\nidentifizierten Kollektortemperatur m\u00f6glich.
\nDer Algorithmus ist dar\u00fcber hinaus mit dem Simulationsprogramm TRNSYS abgebildet worden, um f\u00fcr drei unterschiedliche europ\u00e4ische Standorte Parametervariationen und energetische Vergleiche durchzuf\u00fchren. F\u00fcr die Abbildung des Regelungsverhaltens wurde ein neues Regler-Type (Nr. 930) in TRNSYS entwickelt. Die Parametervariationen betreffen vor allem die Auslastung, die Ausrichtung und die Speicher-Maximalabschaltung. In jeder Konfiguration wurde ein Vergleich zwischen FlowCon Sensor und einem Standard-Regelungsalgorithmus durchgef\u00fchrt. Die Ergebnisse weisen f\u00fcr Nord- und Mitteleuropa eine Ertragsabweichung von ca. 10 % aus. In S\u00fcdeuropa ist die Abweichung geringer. Die
\nErgebnisse lassen sich nur qualitativ interpretieren, weil einige Details des Algorithmus, wie die Adaption der Speichertemperatur, die Pausenzeitverk\u00fcrzung, die Wartezeit der Drehzahlregelung oder der Nachlauf, nicht umgesetzt werden konnten. Je h\u00f6her die Auslastung der Solaranlage oder je h\u00f6her die durchschnittliche Jahres-Einstrahlung ist, desto n\u00e4her sind die Solarertr\u00e4ge von FlowCon Sensor und
\nStandard-Regler. Der Einfluss der Auslastung wird im realen FlowCon Sensor-Algorithmus durch die Adaption der Speichertemperatur verringert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
W\u00e4hrend des Projekts wurden unterschiedliche Ma\u00dfnahmen getroffen, um die Projektergebnisse und die Technologie zu ver\u00f6ffentlichen. Au\u00dfer in Zeitschriftartikeln wurde das Forschungsprojekt im Januar 2009 auf der 1. Solarthermie-Technologiekonferenz in Berlin vorgestellt. Des Weiteren wurde die
\nTechnologie auf der ISH 2009 in Frankfurt und auf der Intersolar 2009 in M\u00fcnchen dem breiten Publikum pr\u00e4sentiert. Der Regler wurde auf der Intersolar 2009 mit einem Award in der Kategorie Solarthermie ausgezeichnet.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Forschungsarbeiten konnten dank der F\u00f6rderung der DBU erfolgreich abgeschlossen werden. Die preisgekr\u00f6nte Solarstation wurde mittlerweile zu dem Serienprodukt FlowCon Sensor.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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