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Solarthermie

Messdatenauswertung

Die im Folgenden beschriebenen Messgrößen werden alle 10 Sekunden vom Datenerfassungsgerät (Fabrikat: Schuehle, MAC 19) erfasst und im Normalfall als 5-Minuten-Mittelwerte gespeichert. Andere Speicherintervalle können jederzeit eingestellt werden. Bei den meisten Messwerten werden zusätzlich die Maximum- und/oder Minimumwerte innerhalb des Halbstunden-Speicherintervalls abgespeichert. Diese geben zusätzliche Informationen zum Anlagenverhalten. Durch Kontrolle der Maximal- und/oder Minimalwerte lassen sich Messfehler durch z. B. fehlerhafte Messsensoren feststellen, wodurch letztendlich fehlerhafte Mittelwerte erkannt werden können.

Im Datenlogger werden Leistungen in kW, Volumenströme in m³/h und Temperaturen in °C alle 10 Sek., die Betriebsstunden alle 2 Sek. erfasst und diese Werte alle 5 Minuten abgespeichert.

Zusätzlich zur Erfassung der Messgrößen über einen Datenlogger ist auf der Trinkwasserseite des Entladewärmetauschers (WT2) ein Wärmemengenzähler mit zwei eigenen Temperaturmessstellen (TRW1, TRW2) angeschlossen. Das Impulssignal für die Volumenstrommessung wird vom Volumenzähler VSV über ein Trennschaltgerät zur Impulsverdoppelung abgegriffen. Dieser Wärmemengenzähler zeigt unabhängig von der Datenerfassung über den Logger den Ertrag der Solaranlage an und dient zur Absicherung und Kontrolle des vom Datenlogger ermittelten Solarertrages.

Durch die Analyse von Messdaten mit hoher zeitlicher Auflösung (Mittelwerte aus 5 bzw. 30-min-Intervallen) ist es möglich, das Betriebsverhalten der Solaranlage zu untersuchen und Störungen aufzuzeigen. Aufgrund der bei dieser Analyse festgestellten Fehlfunktionen wurden nach der Inbetriebnahme mehrere grundlegende Änderungen an der Solaranlage vorgenommen.

Carpet-Plots zur Visualisierung großer Datenmengen

Zur grafischen Darstellung längerer Zeitabschnitte werden die Daten in Carpet-Plots dargestellt. Hierbei werden die einzelnen Tage nebeneinander entlang der X-Achse in einem Diagramm dargestellt. Die Messpunkte eines Tages werden übereinander entlang der Y-Achse dargestellt. Die Messwerthöhe wird über eine Farbkodierung angezeigt. Im Folgenden werden Messwerte einiger wichtiger Messpunkte als Carpet-Plots dargestellt und damit veranschaulicht, wie diese bei der Auswertung der Daten und der Fehlersuche genutzt werden können. Die hier abgebildeten Diagramme stellen Messwerte des Jahres 2004 dar.

Solare Strahlungsleistung (EI1) in W/m² 2004

Solare Strahlungsleistung

In diesem Bild ist der Jahresverlauf der solaren Strahlungsleistung in Kollektorebene (EI1) zu sehen. Gut zu erkennen sind Zeiten ohne solare Einstrahlung sowie Schlechtwettertage, an denen die Strahlung im blauen Bereich bleibt. Des Weiteren ist die Veränderung der Strahlungsleistung durch den Wechsel der Jahreszeiten erkennbar sowie die Einstrahlungsdauer. Das Maximum der Einstrahlung liegt bei 1250 W/m² und wurde im Juni gemessen. 

Leistung Trinkwasserkreis (PSV) in kW 2004

Abgegebene Leistung an das Trinkwasser am Wärmeübertrager 2

Durch die Pufferung der Wärme in den Speichern kann auch in Zeiten mit wenig oder keiner Sonneneinstrahlung Wärme an das Trinkwasser abgegeben werden. Gut zu erkennen ist, dass ab ca. 8:00 - 9:00 h warmes Wasser verbraucht wird und nach diesem Zeitpunkt wieder Wärme von der Solaranlage ans Trinkwasser abgegeben werden kann. Spätabends bis nachts wird kaum mehr Wärme übertragen. Das maximal abgegebene Leistung liegt bei 118 kW und wurde im Mai gemessen.

Zapfvolumenstrom (VSV) in m³/h 2004

Zapfvolumenstrom

Gut zu erkennen sind die Sommer-Semesterferien, die von Ende Juli bis Anfang Oktober dauern, sowie die Weihnachtszeit und die Wochenenden. In diesen Zeiträumen wird deutlich weniger gezapft als an anderen Tagen, was auf die Abwesenheit eines Großteils der Studenten zurückgeführt werden kann. Der Tagesverlauf des Zapfvolumenstroms zeigt eine deutliche Morgenspitze, beginnend um ca. 7 h bis 12 h. Die Abendspitze ist weniger deutlich ausgeprägt und beginnt ab ca. 18 h und geht teilweise bis in die Nacht hinein. In den Nachmittagstunden nimmt der Verbrauch allerdings sichtbar ab. Die Sommer-/Winterzeitumstellung ist anhand der um eine Stunde nach vorne versetzten Zapfzeiten zu erkennen.

Temperatur Pufferspeicher 3 oben (TPS3) in °C 2004

Obere Pufferspeichertemperatur

An der oberen Pufferspeichertemperatur ist zu erkennen, wann der Beladevorgang des Pufferspeichers beginnt. Im Sommer ist dies frühestens um 8:15 h. In den späten Abendstunden ist der Speicher meist so weit entladen, dass keine weitere Entladung mehr stattfindet und die Temperatur bis zum Start der Beladung gehalten wird. Auch hier sind die Sommer-Semesterferien zu erkennen. Da in diesem Zeitraum kaum Wärme abgenommen wird, ist der Puffer im oberen Bereich fast ganztägig auf einem hohen Temperaturniveau. Gegen Ende des Jahres ist die Speichertemperatur deutlich niedriger als zu Jahresbeginn. Die Ursache hierfür ist der Wegfall der Abgas-Wärmerückgewinnung des Heizkessels, wodurch das Wasser nun kälter in den Entlade-Wärmetauscher fließt .

Temperatur Pufferspeicher 1 unten (TPS2) in °C 2004

Untere Pufferspeichertemperatur

Auch bei der unteren Pufferspeichertemperatur sind die Semesterferien deutlich zu erkennen, bei denen die Temperaturen nicht unter 17°C abfallen. Außerhalb der Ferien werden die Pufferspeicher nur selten vollständig beladen, so dass die Temperaturen über 30 °C ansteigen. Daran ist deutlich zu erkennen, dass die Anlage auf den Verbrauch der Semesterferien ausgelegt wurde und für die restliche Zeit im Jahr unterdimensioniert ist. Daraus resultiert eine deutlich höhere Auslastung sowie ein höherer Nutzungsgrad im Vergleich zu anderen Anlagen.

Intensivmessbetrieb

Im Zuge des Solarthermie-Programms ist eine Intensivmessphase von zwei Jahren vorgesehen. Dabei werden Systemwerte intensiv überwacht und ausgewertet. Das Ziel dieses Detailmonitorings ist es, zum einen, den Anlagenbetrieb zu optimieren und die Systemeffizienz zu steigern, zum anderen, die Herstellervorgaben in Bezug auf den Energieertrag zu überprüfen.

Die folgenden Pdf-Dokumente zeigen die wichtigsten Messergebnisse der ersten drei Messjahre der Solaranlage Freiburg Vauban. Dazu zählen unter anderem die Nutzenergie, der solare Deckungsanteil, der Systemnutzungsgrad und der Kollektornutzungsgrad.

DATAPOOL bietet Zugriff auf unsere Messdaten-Server

Über unsere Seite DATAPOOL haben Sie Zugriff auf ausgewählte Daten der Solaranlage. Nutzen Sie verschieden Darstellungen wie Liniengraphiken, Carpetplots oder Scatterplots. 

Das Studentendorf Vauban finden Sie auf der Seite Datapool im Bereich Solarthermie. 

Im Schema rechts bzw. hier sind die einzelnen Messpunkte des Datapools verzeichnet. 

Außerdem finden Sie hier die Messstellenliste.

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