Thermische Charakterisierung von konzentrierenden Kollektoren anhand der Methode der dynamischen Parameteridentifikation

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Annie Zirkel-Hofer

Die vorliegende Arbeit stellt eine erweiterte dynamische Auswertungsmethodik für die Leistungsmessung von linienkonzentrierenden Solarthermiekollektoren vor. Die konzentrierende Solarthermie ist aufgrund ihrer großen Speicherfähigkeit und Regelbarkeit von großer, weltweiter Bedeutung für eine zukünftige, regenerative Energieversorgung, insbesondere in den Bereichen der Stromerzeugung sowie der industriellen Prozesswärme. Um dieses Potential vollständig zu erschließen und Investitionen in diesem Bereich zu legitimieren, ist ein verlässliches und aussagekräftiges Testen der Leistungsfähigkeit solcher Systeme essenziell. Dynamische Testmethoden sind dabei speziell für Außentests vor Ort sehr hilfreich, da für diese Testbedingungen keine Laboranlagen zur Verfügung stehen und daher in-situ Messungen erforderlich sind. Besonders in großen Systemen, wie sie bei linienkonzentrierenden Kollektoren üblich sind, herrschen diese komplexen Testbedingungen vor. Eine flexible, dynamische Auswertungsmethode erlaubt es, die Testzeiten und entsprechend die Kosten der Tests deutlich zu reduzieren. Stationäre Betriebsbedingungen sind dabei nicht erforderlich, im Gegensatz zu den Anforderungen der momentan gültigen und weit akzeptierten Testmethode der Norm ISO 9806:2013. Aus diesem Grund werden in vorliegender Arbeit verschiedene Aspekte einer dynamischen in-situ Auswertungsmethode vorgestellt. Neben kleineren Bestandteilen beinhaltet das erweiterte Auswertungsverfahren eine Qualitätsbewertung der Testergebnisse in Form von Konfidenzintervallen. Diese Berechnungen sind für gewöhnlich bei thermischenTestmethoden bisher nicht verfügbar. Darüber hinaus beinhaltet die Arbeit einen ausführlichen Leitfaden zur Auswahl geeigneter Messtechnik und eine detailliert ausgearbeitete Versuchsplanung. Die Umsetzung der daraus resultierenden Empfehlungen kann die Qualität der Auswertungsergebnisse deutlich verbessern. Der Auswertungsansatz erlaubt es zudem zum ersten Mal direkt-verdampfende Kollektoren unter dynamischen Bedingungen zu testen. Die erweiterte Testmethode ist umfassend mit Messdaten validiert. Die Arbeit beinhaltet daher eine breite und umfangreiche Anwendung der erarbeiteten Auswertungsmethode auf diverse Testkollektoren. Diese reichen von kleineren linearen Fresnel-Kollektoren im Mitteltemperaturbereich bis zu großen Hochtemperatur-Parabolrinnen, die unterschiedlichste Wärmeträgermedien und Receiverdesigns aufweisen. Die exemplarischenAuswertungen dieser Vielzahl an Testkollektoren gelingen erfolgreich. Damit bestätigen sie die allgemeingültige Funktionsweise und Anwendbarkeit der erarbeiteten alternativen Testmethode. Das neue Testverfahren stellt somit eine leistungsstarke und äußerstwertvolle Erweiterung der aktuellen Testnorm auf komplexe Testbedingungen dar. Ein flexibles und gleichzeitig verlässliches Zertifizierungsverfahren wird als unabdingbar erachtet für die zukünftige Etablierung der Solarthermie-Technologie und deren globaler Akzeptanz.

Förderzeitraum:
01.02.2014 - 31.01.2017

Institut:
Technische Universität Braunschweig
Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik

Betreuer:

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URL: www.thost.de

Publikationen: