Forschungsgruppe-NET - Hochschule Offenburg

Solarthermie

Messdatenauswertung

Die im Folgenden beschriebenen Messgrößen werden alle 10 Sekunden vom Datenerfassungsgerät (Fabrikat: Schuehle, MAC 19) erfasst und im Standardfall zu Halbstunden-Mittelwerten gespeichert. Kürzere Speicherintervalle (< 30 min) sind möglich und werden zur Kontrolle des dynamischen Anlagenverhaltens über begrenzte Zeiträume durchgeführt, z. B. im Probebetrieb nach Fertigstellung der Anlage. 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 dann 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 in der Regel alle 30-Minuten abgespeichert.

Zusätzlich zur elektronischen Datenerfassung werden einmal pro Woche die Messgeräte abgelesen, an denen Zählwerke vorhanden sind. Außerdem werden noch die Druckanzeigen im Kollektor- und Pufferspeicherkreis abgelesen.

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 ungefähr 1100 W/m² und wurde im Juni gemessen.

Leistung Kollektorkreis (PKT) in kW 2004

Abgegebene Leistung des Kollektorkreises am Wärmeübertrager 1

Die vom Kollektorkreis an die Pufferspeicher abgegebene Leistung zeigt einen ähnlichen Verlauf dem der solaren Einstrahlung. Auch hier sind deutlich die Schlechtwettertage, an denen die Anlage nicht oder nur mit wenig Leistung in Betrieb ging, zu erkennen. Die maximale Leistung liegt bei in etwa 156 kW und wurde im Juni erreicht.

 

Leistung Trinkwasserkreis (PSV) in kW 2004

Abgegebene Leistung an das Trinkwasser am Wärmeübertrager 2

Die Leistung, die am Entladewärmeübertrager an das Trinkwasser abgegeben wird, zeigt einen ähnlichen Verlauf dem des Zapfvolumenstroms. Durch die Pufferung der Wärme in den Speichern kann auch in Zeiten mit wenig oder keiner Sonneneinstrahlung Wärme ans Trinkwasser abgegeben werden. Die maximale abgegebene Leistung beträgt 109 kW und wurde im Juni gemessen.

Zapfvolumenstrom (VVV) in m³/h 2004

Zapfvolumenstrom

Da am Datenerfassungsrechner die Zeit immer auf Winterzeit eingestellt ist, ergeben sich Ende März und Oktober eine sichtbare Verschiebung der Zeiten um eine Stunde. In der Zeit von 5 bis 20 Uhr wird warmes Wasser gezapft. In diesem Zeitraum nimmt jedoch die Intensität des Volumenstroms ab. An den Wochenenden wird wegen des reduzierten Krankenhausbetriebs deutlich weniger Wasser gezapft. Die maximalen Volumenströme betragen 2,7 m³/h und werden in den morgendlichen Stunden benötigt.

Temperatur Pufferspeicher oben in °C (TPS3) 2004

Obere Pufferspeichertemperatur

Die Temperatur des heißen Pufferspeichers liegt im Sommer oft fast ganztägig auf hohem Niveau mit Temperaturen über 60°C. Die Temperaturen werden auch bis zum Morgen gespeichert. Aufgrund der starken Zapfaktivitäten ab ungefähr sechs Uhr morgens sinkt die Speichertemperatur, bis die Speicher durch Wärme aus dem Kollektorkreis wieder aufgeheizt werden. Im Winter befindet sich die Temperatur erwartungsgemäß auf deutlich niedrigerem Niveau.

Temperatur Pufferspeicher unten in °C (TPS1) 2004

Untere Pufferspeichertemperatur

Die untere Pufferspeichertemperatur zeigt im Vergleich zur oberen, dass sich die gewünschte Temperaturschichtung nicht immer gut ausbildet. Die Steuerung der Speicherbeladung scheint im Jahr 2004 nicht optimal zu funktionieren. Speziell in der Zeit von Mitte Juli bis Mitte September hat der Speicher dauerhaft Temperaturen von über 60°C.

 

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 des HBK Singen. 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 Hegau-Bodensee-Klinikum Singen 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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