Solare Prozesswärme. Kollektoren und Systeme. Dr. Elimar Frank Leiter SPF Research HSR Hochschule für Technik Rapperswil

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1 Solare Prozesswärme Kollektoren und Systeme Dr. Elimar Frank Leiter SPF Research HSR Hochschule für Technik Rapperswil

2 Was ist ein «Prozesswärmekollektor»? Jeder Solarkollektor, der Wärme für die Industrie bereitstellt Nomenklatur gemäss IEA SHC Task 49 / SolarPaces Annex IV: below 100 C 100 C C above 250 C mid temperature collector or application low temperature collector or application high temperature collector or application Kriterium für diesen Sprachgebrauch: Kollektorleistung >300 W pro m 2 Bruttofläche bei W/m² hemisphärischer Einstrahlung mit 15 % Diffusanteil - 20 C Umgebungstemperatur Quelle: Frank et al. (2012), IEA SHC Task 49 Technical Report «General Requirements and relevant parameters for Process Heat Collectors» Folie 2

3 How do we assess the collector output? Testing & Certification EN ISO 9806 Certification of performance and quality aspects Folie 3

4 Flat Plate Collector: Output under nominal conditions T m = 100 C T m = 125 C Folie 4

5 FPC with transparent insulation: Output under nominal conditions T m = 100 C T m = 156 C Folie 5

6 Evacuated Tubular Collector: Output under nominal conditions T m = 100 C T m = 163 C Folie 6

7 High-vaccum flat plate collector: Output under nominal conditions T m = 100 C [T m = 280 C] Folie 7

8 How do we assess the collector output? Testing & Certification Collector testing so far and new test rig requirements Folie 8

9 How do we assess the collector output? Testing Folie 9

10 Parabolic Trough Collector: Output under nominal conditions T m = 100 C Folie 10

11 Performance assessment for medium temperature collectors Bisher nur dargestellt: Vereinfachte Bedingungen (senkrechte und hohe Einstrahlung, T a fix) Folie 11

12 Performance assessment for medium temperature collectors T m = 100 C Folie 12

13 Performance assessment for medium temperature collectors T m = 100 C? Folie 13

14 Saignelegier gemessene Strahlungsdaten bis * Folie 14

15 Bever gemessene Strahlungsdaten bis * Folie 15

16 Performance assessment for medium temperature collectors T m = 100 C Folie 16

17 Performance assessment for medium temperature collectors T m = 100 C Folie 17

18 Performance assessment for medium temperature collectors T m = 100 C Folie 18

19 Performance assessment for medium temperature collectors Bisher nur dargestellt: Vereinfachte Bedingungen. Aber: IAM (und Reihenendverluste) Verschattung und Flächennutzungsgrad Strahlungsanteile Einflüsse von Standort (Klima, Dachtopologie) und Anwendung Für gute und schnelle Abschätzung der zu erwartenden Erträge: Bruttowärmeertragsrechnung für ein KollektorFELD Bis zu welcher Temperatur wurden die Kollektorkennwerte ermittelt? Verlässlichkeit der Parameter für die Ertragsberechnung bei hohen T m Folie 19

20 Bruttowärmeertragsberechnung für Kollektorfelder SPF: Entwicklung eines Fast Feasibility Tools für solare Prozesswärmeanlagen ( GainBuddy ) Ziele: Berechnen von Bruttowärmeerträgen für Kollektorfelder Schnelles und einfaches Rechnen der Erträge für Machbarkeitsstudien Schnelles und einfaches Ermitteln der Plausibilität von Erträgen realisierter Anlagen Features (Auswahl) Rechnen mit beliebigen Wetterdaten vom Stunden- bis zum Sekundenintervall Rechnen von Parabolrinnen- und Fresnel-Kollektor-Anlagen Grafische Oberfläche für einfache Bedienung Folie 20

21 70 kw th Solar Plant in Bever, T out = 190 C Daily field efficiency up to 48 %, daily solar gains up to 5.5 kwh/m 2.day Instantaneous: up to 180 C (with ~ 67 solar elevation angle) ewz 21

22 70 kw th Solar Plant in Bever, T out = 190 C Total Field: 46.3 MWh, specific solar gain 402 kwh/m2.a Total Loop: 42.5 MWh, specific solar gain 365 kwh/m2.a (91%) 22

23 360 kw th Solar Plant in Saignelegier, T out = 125 C Daily field efficiency up to 60 %, daily solar gains up to 4.4 kwh/m2.day Instantaneous: up to 120 C (about 335 kw) 23

24 360 kw th Solar Plant in Saignelegier, T out = 125 C Total Field: 204 MWh, specific solar gain 325 kwh/m2.a 24

25 Folie 25

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27 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Supported by Thanks to: Folie Elimar Frank - SPF Industrietag 27elimar.frank@spf.ch März 2014 Picture ewz