Bachelorarbeit Claudius Bons

 

Entwicklung und exergetische Bewertung von Regelungsstrategien für solarthermische Anlagen im Software-in-the-Loop-Verfahren

Bachelorarbeit Bons Urheberrecht: EBC Solarthermische Anlage mit Absorptionskältemaschine

Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt die Erstellung eines virtuellen Prüfstandes zur Bewertung von Regelungsstrategien des Solarreglers ITE 5020 der Firma Schüco International KG im Software-in-the-Loop-Verfahren. Die unternehmensinterne Feldtestanlage zur solaren Kühlung (Absorptionskälteanlage) von Schulungsräumen bildet die Basis des im virtuellen Prüfstand nachgebildeten Hydrauliksystems und wird für Reglertests und Simulationsvalidierungen verwendet. Im Rahmen der Analyse zur Nutzung von zwei Solarkollektorfeldern zur gemeinsamen, solarthermischen Versorgung von Mehrspeichersystemen werden die Grundlagen der Solarkreisregelung und der zu untersuchenden Regelungsstrategien, der maximalen Ertrags- und Hochtemperaturregelung, erläutert. Des Weiteren umfasst das Regelungskonzept eine interne Bewertungsfunktion, die den laufenden Solarbetrieb unterbricht, um die Leistungsfähigkeit der Kollektorfelder für eine etwaige effizientere Nutzung zu bewerten.

Es werden die Simulationsmodelle der solarthermischen Komponenten und des Wettermodells des virtuellen Prüfstands physikalisch und methodisch erörtert. Zusätzlich wird die Schnittstelle zwischen dem Simulationscomputer und dem Solarregler zur Umsetzung der Software-in-the-Loop-Implementierung beschrieben. Unter Verwendung von Herstellertestdaten und den Aufzeichnungen der Feldtestanlagen werden die einzelnen Simulationskomponenten zunächst separat und anschließend in der Nachbildung der vollständigen Feldtestanlage qualitativ validiert.

Zur Beschreibung des Versuchsaufbaus und der -durchführung werden die Randbedingungen der vier simulierten Tage gegenübergestellt und die Versuchsvorbereitung des Solarreglers sowie der Simulationsumgebung Dymola insbesondere im Hinblick auf die Echtzeit-Synchronität erläutert.

Der Unterschied zwischen Quantität und Qualität des Solarertrags und dessen Bedeutung für die solarthermische Regelung wird zur Auswertung der acht Tagessimulationsergebnisse herangezogen. Die generierte Kälte eines Simulationstages und die elektrischen Aufwendungen für den Betrieb der Gesamtanlage (Pumpen und Absorptionskälteanlage) werden zur Berechnung der Leistungskennzahl verwendet. Unter gleichen Randbedingungen weist die Hochtemperaturregelung an allen Simulationstagen größere Leistungszahlen auf als die maximale Ertragsregelung. Bei zusätzlicher Betrachtung des Restexergiegehalts des Speichers für die Nutzung am Folgetag wird unter der Annahme eines hypothetischen Fallbeispiels zu Gunsten der Hochtemperaturregelung entschieden.