Input/Output-Controller - Funktionsüberwachung und Ertragskontrolle von thermischen Solaranlagen

Transkript

1 Fachveranstaltung Solarthermie, SOLTEC 2006 Hameln, Input/Output-Controller - Funktionsüberwachung und Ertragskontrolle von thermischen Solaranlagen Peter Pärisch Warum Funktionskontrolle?

2 Warum Funktionskontrolle? Solarthermie funktioniert zuverlässig, aber wegen der Nachheizung bleiben Störungen evtl für lange Zeit unentdeckt entstehen Zusatzkosten durch Ertragsausfall K Stör = Q solar 0,05 kwh Warum Funktionskontrolle? Zeitraum von Ausfall bis zur Erkennung Mehrkosten der Nachheizung in Kleinanlage 6 m² mittlere Anlage 30 m² Großanlage 100 m² Sommermonat halbes Jahr ganzes Jahr Vermiedene Mehrkosten Preis für I/O-Controller + Sensorik

3 Wie funktioniert das Input/Output-Verfahren? Prinzip und Eigenschaften Ertragskontrolle durch täglichen Vergleich von gemessenem und erwartetem Kollektorkreisertrag automatisch (nach einmaliger manueller Parametrisierung) vor Ort möglich (Algorithmus in Standard-Regler integrierbar) Vereinfachtes Modell und günstige Sensorik

4 Integration in das Solarsystem ϑ Tmax G g ϑ a Q mess,kk V KK ϑ WT, ein ϑ WT, aus Kollektorkreis Pufferspeicher Beladekreis Entladekreis V Last Q erw,kk I/O- Controller Leistungsbilanz Thermische Verluste Optische Verluste Einstrahlung η 0, a 1, a 2, C K, K θ,eff ϑ KK k R, C R Kollektorkreisertrag dϑkk ( C C ) = η K G k ( ϑ ϑ ) k ( ϑ ϑ ) K + R 0 θ, eff dt (k A) WT Differentialgleichung für Kollektorkreislauf in Betrieb g ges KK a WT KK TSL

5 Mathematisches Modell Wärmenutzkoeffizient ( k A),( m& c ),( m c ) ) k = f ( & WT WT f KK f BK Modell ist nur von vorher bekannten Parametern abhängig! Input/Output-Diagramm 4 Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Störmeldung Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

6 Validierung mit Messdaten Relative Häufigkeit Solingen, 634 Tage Baden-Baden, 632 Tage München, 571 Tage Relative Abweichung (Q mess -Q erw )/Q erw [%] Vorteile des Modells Simulation des erwarteten Kollektorkreisertrags nur mit vorher bekannten Solarkreisparametern (ca 30) Algorithmus integrierbar in Standard-Regel-Geräte Dynamische Simulation vor Ort, automatisch und genau Anwendbarkeit für verschiedene Systemvarianten ohne Anpassung

7 Berücksichtigung der Last Messung von ϑ Tmax und V Last zur Berücksichtigung der Last durch zusätzliche Abfragen Falschmeldungen werden vermieden Störung im Entladekreis von solaren Pufferspeichern detektierbar Anlagenbeispiele und Kontrollgrenzen

8 1) Bivalenter TWW-Speicher 3 Anlagen Trinkwarmwasser Nachheizung Kollektorkreis ϑ WT, ein V KK ϑ a G g Q mess Q erw Kontrollgrenze I/O- Controller ϑ WT, aus Frischwasser V Last (optional) 1) Bivalenter TWW-Speicher Fehlende Wärmeabnahme keine Soll-/Ist-Abweichung Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

9 2) Solarer Vorwärmspeicher 2 Anlagen Warmwasser Legionellenschaltung Nachheizung Trinkwarmwasserspeicher Kollektorkreis ϑ WT, ein V KK Kontrollgrenze ϑ WT, aus Solarer Vorwärmspeicher ϑ a G g Q mess,kk Q erw,kk I/O- Controller V Last (optional) Frischwasser 2) Solarer Vorwärmspeicher Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Störmeldung Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

10 3) Bivalenter Pufferspeicher 3 Anlagen Kontrollgrenze Pufferspeicher Nachheizung ϑ Tmax Kollektorkreis ϑ WT, ein V KK ϑ WT, aus V Last ϑ a G g Q mess,kk Q erw,kk I/O- Controller Beladekreis Entladekreis (optional) 3) Bivalenter Pufferspeicher Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Störmeldung Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

11 4) Solarer Pufferspeicher (Durchlauferhitzerprinzip) 3 Anlagen Kontrollgrenze Kollektorkreis Pufferspeicher ϑ Tmax ϑ WT, ein V KK ϑ WT, aus V Last ϑ a G g Q mess,kk Q erw,kk Entladekreis I/O- Controller Beladekreis 4) Solarer Pufferspeicher (Durchlauferhitzerprinzip) Störung in der Beladung des Pufferspeichers 4 Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Störmeldung Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

12 5) Solarer Pufferspeicher und solarer Vorwärmspeicher 4 Anlagen Pufferspeicher ϑ Tmax Zirkulation Nachheizung Trinkwarmwasserspeicher Warmwasser ϑ a Kollektorkreis V KK ϑwt, ein ϑ WT, aus Solarer Vorwärmspeicher Legionellenschaltung G g Q mess,kk Q erw,kk I/O- Controller Kontrollgrenze V Last Frischwasser 5) Solarer Pufferspeicher und solarer Vorwärmspeicher Störung in der Entladung des Pufferspeichers Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Störmeldung Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

13 6) Solare Nahwärme 1 Anlage (3 Kollektorkreisläufe) Kollektorkreis Nahwärmenetz Rücklauf Vorlauf ϑ WT, ein V KK ϑ WT, aus ϑ a G g Q mess,kk Q erw,kk Kontrollgrenze I/O- Controller V Last (optional) 6) Solare Nahwärme Täglicher Ertrag Q KK [kwh/(m² d)] Messwert Erwartungswert Störmeldung Tägliche Bestrahlung H Day [kwh/(m² d)]

14 Zusammenfassung Nahezu alle Solaranlagen haben von den installierten I/O- Controllern profitiert Das mathematische Modell ist ausreichend genau Verfahrensunsicherheit beträgt rund 7% Günstige I/O-Controller zur automatischen Vor-Ort- Überwachung von Solaranlagen realisierbar Danksagung Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie Projektträger Jülich proklima Hannover Partnerfirmen:

15 Vielen Dank!