Praktikumsskript Solarthermie Teil 1: Sonnensimulator Universität Kassel Fachbereich Maschinenbau Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik
Inhaltsverzeichnis 1 Sonnensimulator 2 1.1 Lernziele..................................... 2 1.2 Grundlagen................................... 2 1.2.1 Der Sonnensimulator.......................... 2 1.2.2 Physikalische Vorgänge im Kollektor................. 3 1.2.3 Kollektor-Wirkungsgrad........................ 6 1.2.4 Effektive Wärmekapazität des Kollektors............... 8 1.3 Prüfstand.................................... 12 1.4 Aufgabenstellung................................ 13 1.5 Auswertung................................... 14 1.6 Keywords.................................... 15 Literaturverzeichnis 15 Anhang 16 1 Sonnensimulator 1.1 Lernziele Überprüfung des Wirkungsgrads eines Kollektors anhand von Messungen Bestimmung der Wärmekapazität eines Kollektors 1.2 Grundlagen 1.2.1 Der Sonnensimulator Die normgerechte Prüfung von Sonnenkollektoren dient dem Zweck der Ermittlung objektiver und vergleichbarer Kennwerte ihrer thermischen Leistungsfähigkeit als Voraussetzung für die Bewertung ihres Betriebsverhaltens. Die zulässigen Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades sind in der (DIN EN ISO 9806, 2014) vorgeschrieben und müssen in allen Einzelheiten befolgt werden, damit die Ergebnisse verschiedener Prüfstellen vergleichbar sind. Die Kollektorparameter können nach verschiedenen Verfahren bestimmt werden: 2
im stationären Betrieb im Freien (Einstrahlung > 700 W/m 2 ) im stationären Zustand mittels Sonnenstrahlungssimulator unter quasi-dynamischen Bedingungen (Einstrahlung 300..1100 W/m 2 ) Um Sonnenkollektoren indoor unter definierten Randbedingungen zu prüfen, benötigt man einen Sonnensimulator. Dieser sollte das Sonnenspektrum möglichst gut nachbilden sowie eine einstellbare konstante und hinreichend homogene Strahlungsleistung aufweisen. Der Sonnensimulator, welcher während des Praktikums verwendet wird, ist nach DIN 4754 gebaut worden und besteht aus einer Lampenmatrix mit 198 Halogenlampen und einem Infrarotfilter. Die Position jeder einzelnen Lampe wurde anhand eines Rechnerprogrammes mit evolutionären Optimierungsalgorithmen berechnet. Die speziellen Lampen werden mit einer Spannung von 17 V betrieben. In diesem Betriebspunkt beträgt die elektrische Leistungsaufnahme der Einzellampe 150 W. Das ausgesandte Spektrum ist dem Air Mass 2 Spektrum ähnlich 1, bedarf aber einer Korrektur im Bereich der Infrarotstrahlung. Dies geschieht über einen Infrarotfilter, welcher aus zwei Platten (Stärke 8 mm, Abstand 40 mm) besteht. Dieser ist 80 mm über der Kollektorebene montiert. Die sichtbare Oberfläche der Infrarotplatte beträgt 3,75 m 2. Die absorbierten Strahlungsanteile führen zu einer Erwärmung der Infrarotfilterplatten, daher werden die Filterplatten gekühlt. Hierzu steht an ihrer Unterseite ein Ventilator zur Verfügung, der eine Windgeschwindigkeit von ca. 3 m/s erzeugt. Zur Kühlung der Lampen und der oberen Infrarotplatte wird ein Umluftkühler mit einer Leistung von 30 kw (thermisch) verwendet. Als Kühlmedium wird die Raumluft genutzt, die mit Umluftkühler und Klimaanlage abhängig von der Jahreszeit auf ca. 25 C gehalten werden kann. 1.2.2 Physikalische Vorgänge im Kollektor Die Solarstrahlung tritt durch die Glasscheibe in den Kollektor ein und trifft dort auf den Solarabsorber. Dieser ist in der Regel mit einer optisch selektiven Beschichtung versehen. Sie verfügt über einen hohen optischen Absorptionskoeffizienten α für energiereiche, kurzwellige Lichtstrahlung mit Wellenlängen < 2, 5 nm und einen niedrigen Emissionskoeffizienten ε bei langwelliger Wärmestrahlung. Die absorbierte Strahlungsenergie erwärmt den Solarabsorber, dessen erhöhte Temperatur 1 In der (DIN EN ISO 9806, 2014) wird ein Spektrum von AM 1.5 vorgeschrieben. Bei einer Abweichung um mehr als 1 % bedarf es einer Korrektur der Ergebnisse. 3
T p zur Abstrahlung einer Wärmestromdichte E (Stefan-Boltzmann-Gesetz) führt: E = ε σ T 4 p (1.1) Hierbei ist E in W/m 2 die Wärmestromdichte, ε der Emissionskoeffizient des Absorbers, σ in W/(m 2 K 4 ) die Stefan-Boltzmann-Konstante und T p in K ist die Absorbertemperatur. Weitere Energietransoprtmechanismen sind schematisch in Abbildung 1.1 dargestellt. Abbildung 1.1: Prinzipskizze der Energietransportmechanismen in einem Flachkollektor aus (Schreier et al., 2002b) Durch die Glasabdeckung werden die Wärmeverluste durch Strahlung und Konvektion vermindert, da Glas für Strahlung mit Wellenlängen oberhalb von 3 µm nahezu undurchlässig ist. Der Anteil der absorbierten Strahlung wird in einem effektiven Produkt (τ α) zusammengefasst. τ beschreibt den Transmissionskoeffizienten der Glasscheibe, α den Absorptionskoeffizienten des Absorbers. Berücksichtigt werden müssen hier die Winkel- 4
und Wellenlängenabhängigkeit von τ und α sowie die Mehrfachreflexionen zwischen Absorber und Glasscheibe. Die Wärme gelangt durch Wärmeleitung auf die Rohrwände der Fluidkanäle, die sich auf der Rückseite des Absorbers befinden. Diese Fluidkanäle werden von einem Wärmeträgerfluid durchströmt, so dass eine Erwärmung des Fluids stattfindet. Diese Wärme kann dann z.b. zum Speicher transportiert werden. Im und am Kollektor finden mehrere Wärmetransportvorgänge statt (z.b. langwellige Abstrahlung; Konvektion zwischen Absorber und Glas sowie zwischen Glas und Umgebung; Wärmeleitung). Ein stationärer Zustand wird nur bei lang anhaltenden konstanten Randbedingungen und Betriebszuständen erreicht. Um die Leistung eines Kollektors zu bestimmen, wird die folgende Energiebilanzgleichung gewählt: Nutzleistung = Gewinn - Verluste Daraus resultiert folgende Funktion: q u = (τα) G t U L (T P T a ) (1.2) Hierbei ist q u in W/m 2 die aperturflächenspezifische Kollektorleistung, τ der Transmissionskoeffizient der Glasscheibe, α der Absorptionskoeffizient des Absorbers, (τ α) das Transmissions-Absorptionsprodukt, G t in W/m 2 die solare Einstrahlung in Kollektorebene, U L in W/(m 2 K) der Gesamtwärmeverlustkoeffizient des Kollektors und T a in K die Umgebungstemperatur. Der Gewinn in dieser Funktion ergibt sich aus dem Produkt aus der Einstrahlung G t und dem Transmissions-Absorptionsprodukt. Der Verlust berechnet sich aus dem Produkt aus Wärmeverlustkoeffizienten U L und der Temperaturdifferenz zwischen der mittleren Absorbertemperatur T P und der Umgebungstemperatur T a. Da sich die Absorbertemperatur nur sehr schwer messen lässt, geht man von der mittleren Absorbertemperatur auf die mittlere Fluidtemperatur über. Wird in der obigen Gleichung einfach T P durch T f ersetzt, würden die thermischen Verluste unterschätzt werden. Es muss demnach noch ein Kollektorwirkungsgradfaktor F eingeführt werden, welcher zwischen 0 und 1 (F typisch 0,9) liegt und unter bestimmten Annahmen analytisch berechenbar ist. Daraus ergibt sich dann die folgende Funktion für die Nutzleistung: q u = F (τα) G t F U L (T f T a ) (1.3) Mit F (einheitenlos) - Kollektorwirkungsgrad T f in K bzw. C - Fluidtemperatur 5
1.2.3 Kollektor-Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad eines Kollektors gibt an, welcher Anteil der auftreffenden solaren Einstrahlung vom Kollektor in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt werden kann. Man teilt dazu Gleichung 1.3 durch die Einstrahlung G t und erhält: η = q u G t = Nutzbare Wärmeleistung Solare Strahlungsleistung (1.4) η = F (τα) F U L (T f T a ) G t = η 0 a (T f T a ) G t (1.5) wobei η (einheitenlos) - Wirkungsgrad des Kollektors η 0 (einheitenlos) - optischer Wirkungsgrad des Kollektors bzw. Konversionsfaktor Je nach der Höhe der solaren Einstrahlung und der Differenz zwischen mittlerer Fluid- und Umgebungstemperatur ändert sich der Kollektorwirkungsgrad. Die Kollektorwirkungsgradfunktion kann in einem Diagramm veranschaulicht werden, auf dessen X-Achse der Quotient (T f T a ) /G t aufgetragen ist und auf der Y-Achse der Kollektorwirkungsgrad η (siehe Abb. 1.2). Anhand der eingetragenen Kollektorkennlinie kann der aktuelle Kollektorwirkungsgrad je nach den äußeren Bedingungen ermittelt werden. Da der Wirkungsgrad auch durch die Windgeschwindigkeit beeinflusst wird, kann er ein etwas breiteres Feld um die Kennlinie durchlaufen. Wenn die mittlere Fluidtemperatur T f gleich der Umgebungstemperatur T a ist, dann treten keine thermischen Verluste auf und es resultiert der optische Wirkungsgrad η 0. Er gibt Aufschluss über die Qualität der transparenten Abdeckung (Transmission) und des Absorbers (Absorption und Wärmeübertragung). Die im Betrieb auftretenden Wärmeverluste bewirken mit zunehmender Temperaturdifferenz zwischen der Fluidtemperatur und der Umgebungstemperatur eine Abnahme des Wirkungsgrads. Je schlechter die Wärmedämmung des Kollektors, desto steiler der Abfall. Die Wärmeverluste des Kollektors werden mit einem dem Wärmeverlustkoeffizienten proportionalen Parameter a beschrieben, dessen Wert möglichst klein sein sollte. In der skizzierten Kollektorkennlinie wurde vernachlässigt, dass die Wärmeverluste mit steigendem T f T a überproportional ansteigen. Wenn dies berücksichtigt werden soll, kann für a folgender empirischer Ansatz mit einem konstanten 6
Abbildung 1.2: Allgemeine Wirkungsgradkennlinie am Bsp. eines typischen Flachkollektors, Quelle: SAT Anteil a 1 und einem temperaturabhängigen Anteil a 2 gewählt werden: a = a 1 + a 2 (T f T a ) (1.6) wobei a in W/(m 2 K) - Gesamtverlustkoeffizient a 1 in W/(m 2 K) - linearer Verlustkoeffizient a 2 in W/(m 2 K 2 ) - quadratischer Verlustkoeffizient Der Verlauf der Kennlinie ist dann nicht mehr linear, sondern nimmt Richtung steigenden (T f T a ) /G t hin überproportional ab. Typische Betriebszustände einer Solaranlage für ein Einfamilienhaus liegen bei (T f T a ) 30 K. Typische Werte für eine gute Flachkollektor sind η 0 = 0, 8, a 1 = 3, 6 W/(m 2 K) und a 2 = 0, 012 W/(m 2 K 2 ). Sind entsprechende Temperatur- und Volumenstromsensoren im Kollektorkreislauf eingebaut, so kann die spezifische Nutzleistung des Kollektors wie folgt bestimmt werden: q u = V ρ c p (T out T in ) /A (1.7) 7
q u = ṁ c p (T out T in ) /A (1.8) wobei V in m 3 /s - Volumenstrom des Fluids ρ in kg/m 3 - Dichte des Fluids c p in kj/(kgk) - spezifische Wärmekapazität des Fluids A in m 2 - Aperturfläche des Kollektors Für q u -Berechnung müssen daher sowohl die Dichte ρ als auch die spezifische Wärmekapazität c p des Fluids, welche bei Wasser oder Frostschutzgemischen leicht temperaturabhängig sind, bekannt sein. Innerhalb des in der Praxis relevanten Temperaturintervalls kann jedoch häufig in guter Näherung mit einem konstanten Wert gerechnet werden. Wenn V sowie T out und T in gemessen wurden, kann q u bestimmt und bei bekannter Einstrahlung der Wirkungsgrad berechnet werden. 1.2.4 Effektive Wärmekapazität des Kollektors Die effektive Wärmekapazität eines Kollektors ist ein wichtiger Parameter, der dessen instationäres Verhalten bestimmt. Ein Kollektor kann in der Regel als eine Verbindung von Massen unterschiedlicher Temperaturen betrachtet werden. Beim Betrieb eines Kollektors reagiert jedes Bauteil auf einen Temperaturwechsel der Betriebsbedingungen wegen unterschiedlicher thermischer Ankopplung an Fluidtemperaturänderungen unterschiedlich. Diese Ankopplungen können analytisch praktisch nicht berechnet werden, weshalb es erforderlich ist, eine effektive Wärmekapazität des gesamten Kollektors einzuführen. In den folgenden Abschnitten werden zwei Möglichkeiten zur Bestimmung der effektiven Wärmekapazität des Kollektors vorgestellt. Rechenverfahren zur Bestimmung der effektiven Wärmekapazität nach (DIN EN ISO 9806, 2014) Eine Berechnungsmöglichkeit zur Bestimmung der effektiven Wärmekapazität C eff des Kollektors ist in der EN 12975-2 vorgegeben. Es wird die Summe der Produkte aus den Massen m i, der spezifischen Wärmekapazitäten c i und den jeweiligen Wichtungsfaktoren p i der Kollektorbestandteile (Glas, Absorber, enthaltene Flüssigkeit, Wärmedämmung) 8
berechnet. C eff,therm = i p i m i c i (1.9) wobei C eff,therm in kj/k - theoretische effektive Wärmekapazität des Kollektors p i (einheitenlos) - Wichtungsfaktor der Kollektorbestandteile m i in kg - Masse der Kollektorbestandteile c i in kj/(kgk) - spezifische Wärmekapazität der Kollektorbestandteile Der Wichtungsfaktor p i (zwischen 0 und 1) berücksichtigt die Tatsache, dass bestimmte Bauteile nur teilweise an der thermischen Trägheit des Kollektors beteiligt sind. Bei einer Erhöhung der Fluidtemperatur um 50 K wird sich beispielsweise die Temperatur der Abdeckscheibe nur um einen geringeren Betrag von vielleicht 20 K erhöhen. Die Werte für p i sowie die relevanten Stoffwerte des im Praktikum verwendeten Kollektors sind der folgenden Tabelle zu entnehmen. Die Aufheizung des Aluminium-Rahmens wird hierbei vernachlässigt. Tabelle 1.1: Wichtungsfaktoren und Kennwerte für die Bestimmung der Wärmekapazität des Kollektors nach (DIN EN ISO 9806, 2014) mit Kennwerten aus (Duffie & Beckman, 2006), (Schreier et al., 2002a) Bauteil Wichtungs spez. Wärmekapazität Masse in kg -faktor p i in kj/(kgk) Absorber 1,0 7,8 0,39 Wärmedämmung 0,5 4,5 0,84 Wärmeträger 1,0 1,5 4,18 Abdeckung 0,01 24,9 0,82 Experimentelle Bestimmung der effektiven Wärmekapazität Es ist aber auch möglich die effektive Wärmekapazität über Sprungantworten experimentell zu ermitteln. Dazu wird die effektive, dem Kollektor entzogene Wärme Q coll,eff bestimmt und durch die mittlere Temperaturdifferenz T m des Fluids zwischen zwei stationären Zuständen dividiert, womit man die effektive Wärmekapazität C eff erhält. Hier 9
muss man zusätzlich die spezifische Wärmekapazität des Wärmeträgers (C wg ) addieren, da die entzogene Wärme aus dem Kollektor ohne Berücksichtigung der im Fluid gespeicherten Wärme ermittelt wurde. wobei C eff,mess = Q coll,eff T m + C wg = Q coll,eff T m,2 T m,1 + C wg (1.10) C eff,mess in kj/k - experimentell bestimmte effektive Wärmekapazität des Kollektors C wg in kj/k - spezifische Wärmekapazität des Wärmeträgers (aus Tabelle 1.1) Q coll,eff in kj - dem Kollektor entzogene Wärme T m,1 in K - mittlere Fluidtemperatur im ersten stationären Zustand T m,2 in K - mittlere Fluidtemperatur im zweiten stationären Zustand Um die effektive dem Kollektor entzogene Wärme Q coll,eff zu bestimmen, misst man zuerst die gesamte dem System entzogene Wärme Q mess, und zieht von dieser die Wärme ab, welche im Fluid selbst gespeichert war Q fluid. Q coll,eff = Q mess Q fluid (1.11) Um Q mess zu bestimmen, wird eine konstante Strahlungsstärke des Sonnensimulators bis zum Erreichen eines stationären Zustandes mit einer konstanten Austrittstemperatur T out1 eingestellt. Wird der Sonnensimulator abgeschaltet, wird keine Strahlung mehr in Wärme umgewandelt und es findet ein Wärmefluss von den Komponenten des Kollektors zum Fluid statt (instationärer Zustand), bis sich ein neuer stationärer Zustand mit dem Temperaturniveau T out2 eingestellt hat. In Abbildung 1.3 ist der Temperaturverlauf der Ausgangstemperatur des Kollektors (Messpunkte) dargestellt. Über folgende Gleichung kann Q mess bestimmt werden: Q mess = t2 t 1 (T out T in ) dt = ṁ c p A mess (1.12) Das Integral in dieser Funktion beschreibt die Fläche A mess (in Ks) unter dem gemessenen Temperaturverlauf ab dem Zeitpunkt t 1 des Abschaltens der Strahlung bis zum Erreichen t 2 des neuen stationären Zustands. Das Integral kann anhand der Messwerte graphisch 10
ausgewertet werden. Die Wärme, welche zum Zeitpunkt des Abschaltens der Strahlungsquelle im Fluid gespeichert ist, wird anhand der mittleren Kollektortemperatur im Vergleich zur Eintrittstemperatur bestimmt. Darin ist t fluid die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t 1 (Abschalten der Strahlungsquelle) und dem Zeitpunkt t k, in dem der Kollektor einmal mit dem Wärmeträgermedium durchflossen wurde. Abbildung 1.3: Experimenteller Temperaturverlauf der Austrittstemperatur des Kollektors, Quelle: SAT Q fluid = ṁ c p (T out T in ) t fluid 2 (1.13) = ṁ c p A fluid Hierbei ist t fluid in s die Zeit, die das Fluid benötigt, um einmal durch den Kollektor zu strömen. Die Fläche A fluid ist das Produkt aus der halben Temperaturdifferenz zwischen der Ein- und Austrittstemperatur des Kollektors zum Ausschaltzeitpunkt und der Zeitdifferenz t fluid. 11
Aus den Gleichungen 1.11, 1.12 und 1.13 folgt: Q coll,eff = ṁ c p (A mess A fluid ) (1.14) In Gleichung 1.15 können die mittleren Fluidtemperaturen der Zeitpunkte t 1 und t 2 auf die Ein- und Austrittstemperatur des Kollektors zum Zeitpunkt t 1 zurückgeführt werden. Die mittlere Temperatur Fluids, welches den Kollektor durchströmt, kann bei hinreichend hohem Massenstrom (> 10 kg/m 2 h) folgendermaßen beschrieben werden: T m = T in + T out T in 2 (1.15) Für den Zeitpunkt t 1 (entspricht dem ersten stationären Zustand mit Einstrahlung) und der Zeitpunkt t 2 (zweiter stationärer Zustand; keine Einstrahlung) gilt: T m,1 = T in,1 + T out,1 T in,1 (1.16) 2 T m,2 = T in,2 = T in,1 = T in (1.17) Da die Kollektoreintrittstemperatur T in konstant ist, kann hier auf Indizes verzichtet werden. Nach obigen Gleichungen ist die mittlere Temperaturdifferenz der beiden stationären Zustände wie folgt zu berechnen: T m = T m,1 T m,2 = (T out T in ) 2 (1.18) Mit Hilfe der Gleichungen 1.10, 1.14 und 1.18 kann die effektive Wärmekapazität des Kollektors wie folgt berechnet werden: 1.3 Prüfstand C eff,mess = Q coll,eff + C wg = ṁ c p (A mess A fluid ) T (T out T in + C ) wg (1.19) m 2 Der Prüfstand besteht aus einem Sonnensimulator, welcher mit seinen Komponenten in Abb. 1.3 dargestellt sind. Die wesentlichen Komponenten sind: Halogenlampen, Infrarotplatten, Lüftungssystem, Fahrgestell mit Flachkollektor und Messdaten-Erfassungssystem. 12
Abbildung 1.4: Der Aufbau des Sonnensimulators, Quelle: SAT 1.4 Aufgabenstellung Das System wird vom zuständigen Laboringenieur eingeschaltet und in einen stationären Zustand gebracht, d.h. die Kollektoreintritts- und Kollektoraustrittstemperatur sollten nur noch unwesentlich schwanken. Bei einer vorgewählten Eintrittstemperatur von 25 C und einem Gesamtvolumenstrom von 100 l/h wird das System in ca. einer Stunde sich stationär verhalten. Versuch 1: Die Werte für den Volumenstrom V, die Fluidtemperatur direkt neben dem MID-Durchflussmesser, die Umgebungstemperaturen T a,links und T a,rechts, die Kollektoreintrittstemperatur T in und die Kollektoraustrittstemperatur T out werden in einen Datensatz übernommen. Die Messdatenerfassung wird am Rechner gestartet. Nach 2 bis 3 Minuten schalten Sie oder die Betreuungsperson die drei Lampenschalter aus. Versuch 2: Durch das Abschalten ändern Sie sprunghaft die Einstrahlung auf den Kollektor. Warten 13
Sie bis das System wieder in einem stationären Zustand ist. Die Kollektoraustrittstemperatur wird sich der geregelten Kollektoreintrittstemperatur sehr stark annähern. Die Messwerte werden dabei gleichzeitig weiterhin in den Datensatz fortgeschrieben. Den Beginn von Versuch 3 erkennen Sie später im Datensatz an den Werten des Pyranometers Typ CM11, unten am Kollektor links montiert (Sichtweise auf den Kollektor). Unmittelbar nach dem Ausschalten der Lampen wird der Einstrahlungswert sehr schnell zu einem Minimum werden (Zeitkonstante und Abtastfrequenz des Messgerätes, hier 10 s, beachten). Der Startwert von Versuch 3 ist auch gleichzeitig der letzte zugehörige Wert zu Versuch 2. Versuch 3: Bestimmen Sie mit Hilfe des Betreuungspersonals die Einstrahlung auf den zu untersuchenden Kollektor (Rastermessung). Benötigte Zeitdauer ca. 30 Minuten. Danach wird der auf einem fahrbaren Untergestell montierte Kollektor in seine Bestrahlungsposition gebracht (Betreuungspersonal hilft). 1.5 Auswertung zu Versuch 1: Bestimmen Sie aus der dritten Spalte des Datensatzes RASTERMESSUNG die mittlere Einstrahlung auf den Kollektor. Erstellen Sie bitte ein dreidimensionales Diagramm in der Sie die einzelnen Einstrahlungswerte über den Koordinaten-Messpunkten darstellen. zu Versuch 2: Erstellen Sie ein Kollektorwirkungsgrad-Diagramm mit den Daten des untersuchten Kollektors aus dem Anhang (Typ Solardiamant SKS 2.1 s; eine Kennlinie mit Wind und falls vorhanden auch eine ohne Wind) Berechnen Sie mit den Daten aus Versuch 1 (mittlere Einstrahlung) und den Daten aus Versuch 2 (2..3 Minuten Werte aufgenommen) den Kollektorwirkungsgrad. Die Aperturfläche des Kollektors beträgt A ap = 2, 2 m 2. Das Datenblatt des Kollektors ist im Anhang dieses Skriptes enthalten. Zeichnen Sie bitte ihren berechneten Kollektorwirkungsgrad in das von Ihnen erstellte Kollektorwirkungsgrad-Diagramm ein. Liegt Ihr berechneter Messpunkt in- 14
Literaturverzeichnis nerhalb oder außerhalb der Kennlinie des Kollektors? Wie interpretieren Sie Ihr Ergebnis? zu Versuch 3: Bestimmen Sie die Wärmekapazität des Kollektors aus den in Versuch 3 ermittelten Werten. Berechnen Sie die Wärmekapazität des Kollektors auch nach EN12975-2. Vergleichen Sie die theoretisch und experimentell ermittelten Werte. 1.6 Keywords Keywords: Kollektorwirkungsgrad (effektive) Wärmekapazität Literaturverzeichnis DIN 4754. 2015 (März). Wärmeübertragungsanlagen mit organischen Wärmeträgern. DIN Deutsches Institut für Normung e. V. DIN EN 12975-2. 2006 (April). Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile-Kollektoren, Teil 2: Prüfverfahren. DIN Deutsches Institut für Normung e.v. DIN EN ISO 9806. 2014 (März). Solarenergie - Thermische Sonnenkollektoren - Prüfverfahren. DIN Deutsches Institut für Normung e.v. Duffie, J.A., & Beckman, W.A. 2006. Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley & Sons, Inc. 3rd Edition. Schreier, Wagner, Orths, & Rotarius. 2002a. Solarwärme optimal nutzen. Wagner & Co Verlag. Schreier, N., Wagner, A., Orths, R., & Rotarius, T. 2002b. So baue ich eine Solaranlage. Handbuch für Technik, Planung und Montage. Wagner & Co Verlag. 15
Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis 1.1 Prinzipskizze der Energietransportmechanismen in einem Flachkollektor.. 4 1.2 Wirkungsgradkennlinie Flachkollektor..................... 7 1.3 Exp. Temp.verlauf der Austrittstemp. des Kollektors............ 11 1.4 Aufbau des Sonnensimulators......................... 13 Tabellenverzeichnis 1.1 Wichtungsfaktoren und Kennwerte: Bestimmung der Wärmekapazität des Kollektors.................................... 9 1.2 Wirkungsgradpunkte des im Praktikum verwendeten Kollektors...... 16 Anhang Der Kollektor (Diamant SKS 2.1 s von der Firma Solar Diamant System GmbH) hat die folgenden Wirkungsgradpunkte: Tabelle 1.2: Wirkungsgradpunkte des im Praktikum verwendeten Kollektors Ohne Wind Mit Wind η 0 [(T f T a ) /G t = 0] 0,83 0,83 η 0,05 [(T f T a ) /G t = 0, 05] 0,62 0,59 η 0,1 [(T f T a ) /G t = 0, 1] 0,38 0,31 16