Validation and further development of an existing concept tool for the design of large-scale solar thermal systems

Titel in Übersetzung: Validierung und Weiterentwicklung eines bestehenden Concept Tools zur Auslegung von solarthermischen Großanlagen

Nicolas Oliver Marx

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Tool zur Vorhersage des Solarertrags, das sogenannte Concept Tool, validiert und erweitert. Das Tool ist für solarthermische Großanlagen konzipiert. Es wird verwendet, um den Solarertrag von Kollektoren zu berechnen, ein System auf die Anforderungen eines Kunden zuzuschneiden und die Rentabilität eines geplanten Systems abzuschätzen. Um die Rolle des Tools innerhalb des Unternehmens zu verstehen, wurde eine umfangreiche Umfrage mit allen relevanten Anwendern durchgeführt. Ziel war es, Verbesserungsbereiche zu identifizieren und das Tool auf die Erwartungen der Anwender zuzuschneiden. Das Hauptproblem für die Anwender war der Mangel an Struktur und Übersichtlichkeit innerhalb des Tools. Berechnungen lassen sich nicht einfach zurückverfolgen. Außerdem fehlt die Berücksichtigung eines Speichers, von Rohrverlusten und des Incidence Angle Modifiers. Letzterer hat einen erheblichen Einfluss auf die optische Effizienz von Kollektoren und damit auf den Solarertrag. Die allgemeinen Eingabedaten für das Tool, die von der Software Meteonorm zur Verfügung gestellt werden, wurden zunächst durch den Vergleich mit Messdaten vom Kollektortestgelände Puchstraße evaluiert. Es zeigte sich, dass die jährliche Einstrahlung von Meteonorm im Vergleich zu den gemessenen Daten im Durchschnitt 10% höher ist. Die jährliche Durchschnittstemperatur von Meteonorm ist im Vergleich zu gemessenen Daten um ca. 30% niedriger. Der jährliche Solarertrag von vier verschiedenen Kollektorfeldern, gemessen mit Wärmemengenzählern, wurde mit dem vom Concept Tool berechneten Solarertrag verglichen, einmal mit Meteonorm-Daten und einmal mit der gemessenen Umgebungstemperatur und Einstrahlung. Die Ergebnisse zeigten, dass der Ertrag des Concept Tools sowohl für Meteonorm- als auch für gemessene Daten höher ist als der gemessene Solarertrag. Für Meteonorm könnte dies durch die höhere Einstrahlung erklärt werden. Weitere mögliche Erklärungen waren das Fehlen des Incidence Angle Modifiers, fehlerhafte Kollektorparameter und die Eingabewerte der Kollektormitteltemperatur. Für das Jahr 2019 wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um den Einfluss der Kollektormitteltemperatur, der Kollektorparameter und der Grenzwerte der Pumpe auf die Ertragsberechnung zu ermitteln. Als Haupteinflüsse auf die Abweichung vom gemessenen Ertrag wurden der optische Wirkungsgrad und die Kollektormitteltemperatur identifiziert, da die Daten, auf denen die Kollektormitteltemperatur basiert, selten genauer als monatlich vom Kunden zur Verfügung gestellt werden und der optische Wirkungsgrad durch eine verschmutzte Frontglasplatte stark beeinflusst werden kann. Der optische Wirkungsgrad der Kollektoren wurde dann jährlich angepasst, bis der Solarertrag des Concept Tools mit dem gemessenen Solarertrag übereinstimmte. Die Verschlechterung über die Jahre, sowie die Verbesserung durch die Reinigung der Kollektoren wurden in einer grafischen Visualisierung sichtbar. Da die Ursachen für die Abweichungen zwischen dem Tool und der Realität hinreichend identifiziert wurden, wurde anschließend ein neues Concept Tool erstellt, das auf den Ergebnissen dieser Arbeit basiert.
Titel in ÜbersetzungValidierung und Weiterentwicklung eines bestehenden Concept Tools zur Auslegung von solarthermischen Großanlagen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Kienberger, Thomas, Betreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 11-02-2026

Schlagwörter

  • Solar
  • Solarthermie
  • Simulation
  • Systemmodellierung
  • Anlagendesign

Dieses zitieren