Prof. Dr. Volker Quaschning Regenerative Energiesysteme DESIRE Dynamisch erweiterbare Simulationsumgebung für regenerative Energiesysteme Dynamic Expandable Simulation Environment for Renewable Energy Systems Anwenderhandbuch Stand 03.06.2008 DESIRE 2006-2008 by FHTW Berlin University of Applied Sciences
2 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG... 3 2 BAUSTEINE DER DESIRE-ENTWICKLUNGSUMGEBUNG... 4 2.1 MS-EXCEL ALS SIMULATIONSUMGEBUNG... 5 2.2 DESIRE - FUNKTIONSBIBLIOTHEKEN (LIBRARIES)... 6 2.3 DESIRE - KOMPONENTENDATENBANKEN (DATABASES)... 7 2.4 DESIRE ANALYSE- UND SIMULATIONSTOOLS (TOOLS)... 7 2.4.1 DESIRE-Tools im Bereich Solar... 7
3 1 EINLEITUNG Bei DESIRE handelt es sich um eine dynamisch erweiterbare Simulationsumgebung mit umfangreichen gut dokumentierten Funktionsbibliotheken. DESIRE lässt sich um selbst erstellte Bibliotheken erweitern (s. hierzu DESIRE-Entwicklerhandbuch). Obwohl diese Simulationsumgebung alle Freiheitsgrade offen lässt, ist ein Erlernen auch für Personen mit geringeren Computerkenntnissen in kürzester Zeit möglich. Hierzu kann auf bereits vorhandene DESIRE-Bausteine zurückgegriffen werden. Diese Anwendung von DESIRE wird in diesem Handbuch näher erläutert. DESIRE baut auf MS-EXCEL als Entwicklungsumgebung auf. Das System ist in drei Stufen erweiterbar. Die Funktionsbibliotheken werden in einer höheren Programmiersprache in Form von Dynamic Link Libraries (DLL) entwickelt. Diese Entwicklung erfolgt durch einen Personenkreis mit guten Programmier- und Modellierungskenntnissen. Die Einbindung der DLLs über Visual Basic in MS-EXCEL ermöglicht das Implementieren komplexerer Berechnungen über Visual Basic Makros durch einen Personenkreis mit mäßigen Programmierkenntnissen. Für einen in Programmierung ungeübten Personenkreis lassen sich die Funktionsbibliotheken direkt aus MS- EXCEL aufrufen. Umfangreiche Tools, Datenbanken und Simulationswerkzeuge bieten auch dem Laien die Möglichkeiten der Simulation von regenerativen Energiesystemen mit DESIRE.
4 2 BAUSTEINE DER DESIRE-ENTWICKLUNGSUMGEBUNG Die Simulationsumgebung DESIRE besteht im Wesentlichen aus vier verschiedenen Programmelementen: Funktionsbibliotheken (Libraries) Komponentendatenbanken (Databases) Analyse- und Simulationstools (Tools) Simulationswerkzeugen (Programs) Analyse und Simulationswerkzeuge Simulationsprogramme Funktions- Schnittstelle Datenbank- Schnittstelle MS-EXCEL Funktions- Schnittstelle Funktionsbibliotheken Library 3 Library 2 Library 1 Funktion 1 z.b. Berechnung der Sonnenhöhe Funktion 2 z.b. Berechnung des Sonneneinfallswinkels Komponentendatenbanken Database 3 Database 2 Database 1 DLL Datenbank- Schnittstelle z.b. Solarstrahlungsdaten oder Photovoltaikmodule CSV SQL DESIRE-Programmelemente
5 2.1 MS-EXCEL ALS SIMULATIONSUMGEBUNG DESIRE basiert auf MS-EXCEL als Simulationsumgebung. Um DESIRE korrekt verwenden zu können, müssen Makros korrekt aktiviert sein. Ändern Sie hierzu die Makro-Sicherheitseinstellungen auf Mittel (s. nachfolgende Screenshots).
6 2.2 DESIRE - FUNKTIONSBIBLIOTHEKEN (LIBRARIES) Die Funktionsbibliotheken werden in einer höheren Programmiersprache wie beispielsweise Delphi, Visual Basic oder C++ entwickelt. Diese werden so kompiliert, dass die enthaltenen Funktionen als Dynamic Link Libraries (DLL) zur Verfügung stehen. Insgesamt enthält eine DESIRE-Funktionsbibliothek folgende Komponenten Dynamic Link Library (DLL) Visual Basic Datei (BAS) MS-EXCEL-Funktionstesttool (XLS) Funktionsdokumentation (DOC oder PDF) Für die Dateinamen entsprechen folgender Konvention: DesireLIB_Name.dll DesireLIB_Name.bas DesireLIB_Name.xls DesireLIB_Name.doc oder.pdf Folgende Funktionsbibliotheken wurden für DESIRE entwickelt: DesireLIB_Solarfunctions Ermöglicht die Berechnung des Sonnenstandes, Sonnenauf- und Untergangszeiten sowie die Umrechnung verschiedener Komponenten der Bestrahlungsstärke sowie die Umrechnung auf die geneigte Ebene DesireLIB_Photovoltaic Ermöglicht die Berechnung wichtiger Parameter von PV-Modulen, Zellen und Wechselrichtern DesireLIB_Shading Ermöglicht die Berechnung zweidimensionaler Verschattungsverlusten Das Einbinden von Funktionsbibliotheken in eigene MS-EXCEL-Dateien wird in Kapitel Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. ausführlich beschrieben.
7 2.3 DESIRE - KOMPONENTENDATENBANKEN (DATABASES) Ausführliche Informationen zur Erstellung und zum Einbinden von Datenbanken erhalten Sie im Dokument DesireDB_Database-D.pdf 2.4 DESIRE ANALYSE- UND SIMULATIONSTOOLS (TOOLS) Bei DESIRE-Tools handelt es sich um kleine Werkzeuge, die einfache Berechnungen oder eine anschauliche Darstellung von komplexeren Zusammenhängen ermöglichen. Die Dateinamen von Tools entsprechen der folgenden Namenskonvention: DesireTOOL_Name.xls Folgende Tools wurden für DESIRE entwickelt: 2.4.1 DESIRE-Tools im Bereich Solar DesireTOOL_SolarPositionDiagram Erstellt ein Sonnenbahndiagramm. Uhrzeit, Datum und Ort lassen sich über Schieberegler verstellen. DesireTOOL_PV-Modules Berechnet die I-U-Kennlinie eines PV- Moduls. Bestrahlungsstärke und Temperatur lassen sich über Schieberegler verstellen. DesireTOOL_PV-TwoDiodesModel Berechnet die I-U-Kennlinie eines PV- Moduls. Verschiedene Parameter des 2-Dioden-Modells lassen sich über Schieberegler verstellen. DesireTOOL_Iteration- TwoDiodeModel Berechnet die I-U-Kennlinie eines PV- Moduls über das Newton sche Iterationsverfahren und ermöglicht den Startwert zu variieren.
8 DesireTOOL_Row-To-Row- Shading Berechnet die Verschattungsverluste zwischen Modulreihen. Einzelne Screenshots zeigen eine Auswahl an DESIRE-Tools: Screenshot: DesireTOOL_SolarPositionDiagram
9 Screenshot: DesireTOOL_PV-Moduls Screenshot: DesireTOOL_Row-To-Row-Shading