ColSim - Simulation von Regelungssystemen in ... - OptiControl

5.3. SOLARKREISREGELUNGEN 83
spez. Massenstrom [kg/hm²]
50
40
30
20
10
0
Näherung der numerischen Lösung für den opt. Massenstrom
14.9+0.0325*E-0.188*T_Koll_In
200
400
600
800
1000 15
Globalstrahlung [W]
55
50
45
40
35
30
25
20 Eintrittstemperatur [°C]
Abbildung 5.13: Näherung
für den optimalen Massenstrom
bei Berücksichtigung
der Pumpenenergie
Dieser Effekt ist aus der 2-dimensionalen Darstellung der Differenzleistung in Abbildung 5.11
ersichtlich, wo sich beispielsweise das Maximum für eine Einstrahlung von 400 W/m 2 bei der
Erhöhung der Eintrittstemperatur von 10 C auf 45 C deutlich nach links verlagert. Der Kollektor
erwirtschaftet in diesem Betriebspunkt nur noch die Hälfte der thermischen Leistung, dem
muß durch die anteilige Reduktion der elektrischen Leistung Rechnung getragen werden.
5.3.2 2-Punkt-Regelung beim Low-Flow System
Das Low-Flow System arbeitet typischerweise bei einem spezifischen Massenstrom von 8 bis
12 kg/hm 2 , bezogen auf die Aperturfläche. Dabei kommt es zu einer hohen Temperaturspreizung
über dem Kollektor, so daß das Fluid schnell Nutztemperaturniveau erreicht. Da es bei bereits
vorgewärmtem Speicher durch die hohe Spreizung zu Temperaturen oberhalb des Siedepunktes
(bei Normaldruck) kommen kann, sollte ein effizientes Low-Flow System bei einem hohen Betriebsdruck
von 4 bis 6 bar betrieben werden, andernfalls kann es frühzeitig zur Verdampfung
des Wärmeträgers im Primärkreis kommen.
Die Solarkreisregelung unterbricht aus Sicherheitsgründen 18 gewöhnlich die Spannungsversorgung
der Pumpe bei einer oberen Speichertemperatur von 90 C , um eine Speicherüberhitzung
zu verhindern. Selbst dieser Betriebsbereich stellt für die heute verwendeten Anlagenkomponenten
(Pumpe, Wärmedämmung) schon den Grenzbereich dar. Wichtig ist gerade beim
Low-Flow System die Verwendung des zusätzlichen Temperatursensors im oberen Bereich des
Speichers, der die maximale Speichertemperatur erfaßt: Wird dieser Sensor eingespart, so muß
die Sicherheitsbegrenzung anhand des Kollektorfühlers erfolgen. Hierdurch kann es zur frühzeitigen
Abschaltung der Solarkreispumpe kommen, bevor der Speicher vollständig geladen ist.
Würde man den unteren Speichersensor heranziehen, so wäre die Einhaltung der maximalen
Speichertemperatur nicht gewährleistet und es könnte zur Speicherüberhitzung kommen. Auch
bei Verwendung des oberen Temperaturfühlers bleibt die vollständige Beladung des Speichers
beim Low-Flow System ein Problem, da unter Umständen der Temperaturhub durch die geringe
Durchflußmenge so groß wird, daß der obere Speicherbereich schon die Maximaltemperatur
erreicht, obwohl der untere Bereich noch deutlich kälter ist [Witt93].
Um die komplexe Dynamik des Solarsystems zu analysieren, wurden die Zeitreihen des si-
18 Diese Sicherheitsabschaltung fand bei der Systemsimulation Berücksichtigung.