Bachelorarbeit Sidney Schamel

 

Entwicklung und Konstruktion eines Solarthermieprüfstandes

Prinzipskizze des Prüfstandes Urheberrecht: EBC Prinzipskizze des Prüfstandes

Solarthermische Kollektoren leisten einen wichtigen Beitrag zur Wärmebereitstellung in Gebäuden und erhöhen damit den regenerativen Anteil bei der Energieversorgung von Gebäuden. Dabei wird die Solarstrahlung in Wärme gewandelt und für Anwendungen wie Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung bereitgestellt. Bei der Entwicklung und Bewertung solcher Gebäudeenergiesysteme ist eine genaue Kenntnis der zu erwartenden solaren Erträge und Leistungen von zentraler Bedeutung.

Im Rahmen der Arbeit ist ein bestehender Solarthermieprüfstand weiterentwickelt worden, um die Erfassung der aufgenommenen thermischen Leistung verschiedener Kollektoren zu ermöglichen. Reproduzierbare Temperaturverhältnisse wurden mittels einer Bypass Regelung implementiert, welche die Rückkühlleistung des Prüfstandes über ein 3-Wege-Ventil steuert. Anhand experimenteller Daten kann festgestellt werden, dass der Wirkungsgrad des betrachteten Flachkollektors nicht hinreichend genau durch die vom Hersteller gegebenen Kennzahlen repräsentiert wird. Während leicht bedecktes Wetter lediglich eine Abweichung von bis zu 6,28 % liefert, so steigt diese bei bedecktem Wetter auf bis zu 35,26 % an.

  Graphischer Vergleich experimentell ermittelter und anhand von Kennzahlen bestimmter Wirkungsgrade Urheberrecht: EBC Graphischer Vergleich experimentell ermittelter und anhand von Kennzahlen bestimmter Wirkungsgrade

Eine Bewertung des Modelica Flachkollektormodells der HVAC Bibliothek anhand von experimentellen Daten führt zu vergleichbaren Ergebnissen. Die Betrachtung von stationärem verhalten führt bei leicht bedecktem Himmel zu einer Abweichung der experimentell und simulativ ermittelten Austrittstemperaturen von unter 5 %. Bei zunehmender Bedeckung des Himmels steigt diese auf bis zu 104 % an. Ein betrachten von instationären Experimenten zeigt außerdem, dass die kollektoreigene Masse nicht hinreichend berücksichtigt wird im Modell. Abweichungen liegen hier zwischen 75 % bei leicht bedecktem Wetter bis 195 % bei Bedecktem. Aufgrund dessen ist eine vollständige Validierung und Verifizierung des Systemmodells im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich.