Klimabedingte Belastungen - Von Annahmen zu Fakten Markus Heck Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Von Annahmen zu Fakten: Die Inhalte Ziele von Freibewitterung und Datenerfassung Freibewitterung Standorte, Sensorik Datenerfassung Datenaufbereitung Von Annahmen: Vorstellungen, Rückblick FMEA Zu Fakten: Klima, Auswirkungen Zusammenfassung und weiterer Forschungsbedarf
Freibewitterung Ziele von Freibewitterung und Datenerfassung: - Belastungen quantitativ erfassen - Belastungsprofile bereitstellen für Prüfverfahren - Simulation erstellen und validieren - Annahmen - z.b. für worst case - verifizieren - Bestehende Prüfverfahren anpassen - Degradation verfolgen
Freibewitterung Standortauswahl: - Belastungen annähernd bekannt - Belastungen adäquat - Infrastruktur / Kooperationspartner vorhanden - Standort zugänglich
Freibewitterung OpenStreetMap-Mitwirkende Kochi / Indien Zugspitze Gran Canaria OpenStreetMap-Mitwirkende
Freibewitterung Stuttgart OpenStreetMap-Mitwirkende Freiburg Sede Boqer (Negev/Israel)
Freibewitterung Vorgehen: - Exposition der Prüfmuster - Datenerfassung und -aufbereitung - Visuelle Inspektionen - Leistungs- / Performance-Messungen - nach der Exposition detaillierte Analyse der Prüfmuster
Sensorik Freibewitterung
Sensorik Freibewitterung
Sensorik Freibewitterung Messwerterfassung Multiplexer Messrechner Datenübertragung
Datenerfassung Freibewitterung Komponenten-Exposition (hier am Beispiel Gran Canaria) Probenparameter: Reflexion / Transmission Visuelle Inspektion Stufenweise Rücksendung
Datenerfassung Freibewitterung Datenaufbereitung Level 0 Messrechnerebene Level 4 Prozessiert, Fehler erkannt, durch Fremddaten oder Modelle von Hand ergänzt Level 1 Filesystem Level 3 Qualitätsflags Überprüfung syst. Fehler per script Level 2 Rohwerterfassung in Datenbank
Von Annahmen zu Fakten: die Annahmen Freibewitterung: - Annahmen zu standortabhängigen Belastungen - Auswahl geeigneter Standorte - Zu erfassende Größen: Umgebungstemperatur und feuchte Bauteiltemperaturen Einstrahlung (Global und UV) - Prüfverfahrenentwicklung: diese sollen auch kleine Änderungen wiedergeben, nicht nur Katastrophen
Von Annahmen zu Fakten: die Annahmen Fehler-Risiko-Analyse (FMEA): - Workshop mit Annahmen zu standortabhängigen Belastungen - Erfahrungswerte: z.b. Zugspitze geringe Temperaturen, viel UV, hohe mechanische Belastung, geringe Verschmutzung - Bereiche: Leistungsminderung, Ästhetik, Gefahr für Leib und Leben
Von Annahmen zu Fakten: die Annahmen
Von Annahmen zu Fakten: die Annahmen mehr als 300 Personenjahre
Von Annahmen zu Fakten: die Annahmen Prüfverfahren: - Belastungsprofile erstellbar - Prüfverfahren sollen auch kleine Änderungen widergeben, nicht nur Katastrophen - Kombinationen von Belastungen
Von Annahmen zu Fakten: die Fakten 35 Umgebungsparameter 4000 30 Auswahl erscheint geeignet 25 3000 ggf. weitere Standorte interessant 2000 15 Häufigkeit [h] nicht nur Klima: Verschmutzung, Korrosion, Staub,... 1000 5 Zugspitze Jahr 2 Zugspitze Gran Canaria Jahr 1 Kochi Sede Boqer Stuttgart Freiburg Globalstrahlung [kwh/m²] 20 10-30 -30...... -25-25 0... 5-25 -25 5......... -20-20 10-20 -20 10......... -15-15 15-15 -15 15......... -10-10 20 20-10 -10......... 25-5 -5 25-5 -5......... 30 0 30... 35 0...... 5 35... 40 40 5......... 10 10 45 10 10 45......... 15 15 50 50 15 15......... 55 20 20 55 20 20......... 60 25 25 60 25 25......... 65 30 30 65... 70 30 30...... 35 35 70... 75 35 35 75......... 40 40 80 40 40 80......... 45 45 85 85 45 45......... 90 50 90 50 50......... 95 55 55 95 55 55......... 100 60 60 100... 105 0-20 0 20 40 60 20 Umgebungstemperatur Umgebungsfeuchte [%] [ C] 40 60 80 rel. Luftfeuchte [%] Probentemperatur [ C]
Von Annahmen zu Fakten: die Fakten Simulation
Von Annahmen zu Fakten: die Fakten Temperaturbelastung Maximalwerte auf der Zugspitze Komponentenbelastung im erwarteten Rahmen Basis für Prüfungen Bestätigung bestehender Task-X Prüfung
Von Annahmen zu Fakten: die Fakten Feuchtebelastung breitbandiger Einfluss : Umgebung, Bauart, Wärmedämmung, Temperaturführung Feuchtehaushalt nicht alarmierend Basis für Komponentenprüfung
Von Annahmen zu Fakten: die Fakten Ergebnisse Visuelle Inspektion Standortabhängig frühzeitige Signale auch Soiling, Abrasion Ersparen Zwischenmessungen bei Komponenten kein Labortransfer Reduktion zu exponierender Prüfmuster Abschlussinspektionen sehr aufschlussreich auch überraschend Prüfmuster mit bekannter Historie
Zusammenfassung - Einmalige Ausgangssituation durch das Projektkonsortium - Freibewitterung und Datenerfassung aufwändig aber notwendig - Freibewitterung erfordert adäquate Laufzeiten - Sehr gute Datenbasis, Nutzung für Prüfverfahren - Annahmen weitgehend bestätigt Überraschungen vorhanden - Hochwertige Prüfmuster
Weiterer Forschungsbedarf - Verlängerte Expo - Degradierende Referenzen - Erweiterte Standortauswahl - Soiling / Abrasion
Herzlichen Dank für ihre Aufmerksamkeit!
Zusammenfassung - Einmalige Ausgangssituation durch das Projektkonsortium - Freibewitterung aufwändig aber notwendig - Freibewitterung erfordert adäquate Laufzeiten - Exzellente Datenbasis - Annahmen weitgehend bestätigt - Hochwertige Prüfmuster