DE102008004863A1 - Method for operating a solar thermal system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Solaranlage, bei der die zu erwärmende Flüssigkeit mittels einer Pumpe in einem Kreislauf zwischen einer Speichervorrichtung und mindestens einem Kollektor befördert wird, mit dem über eine Messung der Temperaturdifferenz und eine Anpassung eines vordefinierten anlagenspezifischen Startwertes ein zuverlässiger Pumpenstart und Betrieb der Solaranlage in der Anfangsphase sichergestellt wird.A method for operating a solar system in which the liquid to be heated is conveyed by means of a pump in a circuit between a storage device and at least one collector, with a measurement of the temperature difference and an adjustment of a predefined plant-specific starting value, a reliable pump start and operation of the solar system the initial phase is ensured.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer solarthermischen Anlage, insbesondere in einer Startphase.The The invention relates to a method for operating a solar thermal Plant, especially in a starting phase.
Eine solarthermische Anlage besteht grundsätzlich aus Sonnenkollektoren, welche die Sonnenenergie einfangen und an ein Wärmeträgermedium (Wasser-Glykol, Wasser-Ethanol) abgeben, einem Speicher und einem geschlossenen Kreislauf, der die im Kollektor aufgenommene Wärme zum Speicher transportiert, einer Regelung, die die Umwälzung des Wärmeträgermediums, auch Sole genannt, bei entsprechenden Temperaturdifferenzen von dem Kollektor zum Speicher steuert. Die Sole wird durch die Sonnenstrahlung im Kollektor erwärmt und dann über den Solekreislauf dem Speicher zugeführt. Anschließend kann die Sonnenwärme zum Beispiel zur Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung oder Schwimmbaderwärmung genutzt werden.A Solar thermal plant basically consists of solar panels, which capture the solar energy and to a heat transfer medium (Water-glycol, water-ethanol), a store and a closed circuit, the heat absorbed in the collector transported to the store, a scheme that controls the circulation the heat transfer medium, also called brine, at corresponding temperature differences from the collector to the memory controls. The brine is heated by the solar radiation in the collector and then fed via the brine circuit to the memory. Subsequently, the sun's heat, for example for hot water preparation, heating support or swimming pool heating be used.
Der neben Flachkollektoren relativ weit verbreitete Kollektortyp ist der Vakuum-Röhrenkollektor, bei dem die Absorberflächen statt in einem Gehäuse in evakuierten Glasröhren eingeschlossen sind. Der Vorteil ist hierbei, dass der Anteil des Wärmeverlustes durch Konvektion kleiner ist und die Röhre dem Sonnenstand optimal angepasst werden können. Die Wärmeabgabe an die Kühlflüssigkeit erfolgt u. a. durch die direkte Durchströmung der Flüssigkeit durch den Absorber.Of the In addition to flat plate collectors is relatively widespread collector type the vacuum tube collector, in which the absorber surfaces instead of in a housing in evacuated glass tubes are included. The advantage here is that the share of Heat loss through convection is smaller and the tube can be optimally adapted to the position of the sun. The heat output to the coolant is u. a. through the direct flow of the liquid through the Absorber.
Meistens ist ein einfacher Temperaturdifferenzregler für die Regelung einer kleinen Solaranlage zur Warmwasserbereitung ausreichend. Der Regler stellt über zwei Temperaturfühler fest, wann die Temperatur am Kollektoraustritt höher ist als die auf der Höhe des Solarkreis-Wärmetauschers gemessene Temperatur im Speicher und setzt daraufhin die Solarkreis-Umwälzpumpe in Betrieb. Üblicherweise werden die Solarregler so eingestellt, dass eine Temperaturdifferenz von etwa 5–8 K zwischen dem Kollektor und dem Speicher für den Pumpenstart gewährleistet ist. Sinkt diese auf 2 bis 3 K ab, wird die Umwälzpumpe durch den Solarregler wieder außer Betrieb genommen. Trotz dieser Einstellung des Solarreglers können Probleme beim Start der Anlage auftreten, in dem die Anlage gar nicht startet oder zu früh abschaltet. So gelangt nach dem Pumpenstart kalte Flüssigkeit in den Kollektor, die diesen durchströmt und erhitzt wieder verlässt. Demzufolge fällt die Temperatur wieder rapide ab. Aufgrund der nun vorliegenden Temperaturdifferenz kann es gemäß dem Stand der Technik zum Abschalten der Pumpe kommen. Läuft die Pumpe weiter, so steigt die Temperatur wieder an, da die heiße Flüssigkeit, welche beim Pumpenstart im Kollektor verweilte, nach dem Durchströmen des Speichers wieder in den Kollektor einströmt. Erst nach einigen Umwälzungen stellt sich ein quasi-stationärer Zustand ein.Mostly is a simple temperature difference controller for the control a small solar system for DHW heating sufficient. Of the Regulator detects via two temperature sensors, when the temperature at the collector outlet is higher than at the height of the solar circuit heat exchanger measured temperature in the memory and then sets the solar circuit circulation pump in operation. Usually, the solar controllers are set to that a temperature difference of about 5-8 K between the Collector and the memory for the pump start guaranteed is. If this drops to 2 to 3 K, the circulation pump will be activated shut down by the solar controller again. In spite of This setting of the solar controller can cause problems when Start the system occur in which the system does not start or shuts off too early. How to get to the pump start cold liquid in the collector, which flows through it and heated again leaves. As a result, falls the temperature decreases rapidly again. Due to the present temperature difference it may turn off according to the prior art come to the pump. If the pump continues to run, it will rise Temperature again, because the hot liquid, which stayed at the pump start in the collector, after flowing through of the memory flows back into the collector. Only after some upheavals arise a quasi-stationary Condition.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine solarthermische Anlage zur Verfügung zu stellen, mit dem ein zuverlässiger Pumpenstart und Betrieb der Anlage in der Startphase ermöglicht wird.Of the Invention is based on the object, a method for to provide a solar thermal system, with a reliable pump start and operation of the system is made possible in the starting phase.
Erfindungsgemäß wird
dies gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch
erreicht, dass ein Verfahren zum Betrieb einer Solaranlage, insbesondere
in einer Startphase, bei der das zur erwärmende Wärmeträgermedium
mittels einer Pumpe (
- – die
mittels des Temperatursensors (
4 ) gemessene Temperatur T1 am Kollektor (1 ) und die mittels des Temperatursensors (5 ) gemessene Temperatur T2 im Speicher (2 ) werden erfasst, - – der Temperaturgradient dT1/dt
am Kollektor (
1 ) wird berechnet, - – die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der
gemessenen Temperatur T1 am Kollektor (
1 ) und der gemessenen Temperatur T2 im Speicher (2 ) wird berechnet, - – ein Hilfsgrößenwert dIst für die Pumpe wird in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz ΔT, einer Konstanten und dem Temperaturgradienten dT1/dt berechnet und mit einem vordefinierten Sollwert dSoll verglichen,
- – wenn der berechnete Hilfsgrößenwert dIst größer oder gleich dem vordefinierten Sollwert (dSoll) ist oder die Temperaturdifferenz ΔT einen vorgegebenen Grenzwert ΔTStart überschreitet, wird die Pumpe eingeschaltet und der berechnete Hilfsgrößenwert dIst(t0) zu diesem Zeitpunkt t0 gespeichert,
- – die mittels des Temperatursensors (
4 ) gemessene Temperatur T1 am Kollektor (1 ) wird weiterhin erfasst, wobei durch die Beobachtung des zeitlichen Verlaufs Maxima erkannt werden, - – nach dem Erkennen einer definierten Anzahl von Maxima, deren Anzahl 2 nicht unterschreiten darf, wird die Pumpe abgeschaltet, wenn die Temperaturdifferenz ΔT kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ΔTStop ist.
- - by means of the temperature sensor (
4 ) measured temperature T 1 at the collector (1 ) and by means of the temperature sensor (5 ) measured temperature T 2 in the memory (2 ) are recorded, - The temperature gradient dT 1 / dt at the collector (
1 ) is being computed, - The temperature difference ΔT between the measured temperature T 1 at the collector (
1 ) and the measured temperature T 2 in the memory (2 ) is being computed, - - an auxiliary variable value D for the pump is calculated as a function of the temperature difference .DELTA.T, a constant and the temperature gradient dT 1 / dt, and compared with a predefined setpoint value d Soll,
- If the calculated auxiliary variable value d actual is greater than or equal to the predefined setpoint value (d setpoint ) or the temperature difference ΔT exceeds a predefined limit value ΔT start , the pump is switched on and the calculated auxiliary variable value d actual (t 0 ) is stored at this time t 0 ,
- - by means of the temperature sensor (
4 ) measured temperature T 1 at the collector (1 ) is still detected, whereby by observing the time course maxima are detected, - - After detecting a defined number of maxima whose number may not fall below 2, the pump is turned off when the temperature difference .DELTA.T less than or equal to a predetermined limit value is ΔT stop .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung. Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigenFurther advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Features of the dependent claims and the description. The invention will now be explained in more detail with reference to FIGS. Show here
Bei
der in
In
Ein Hilfsgrößenwert dIst für die Pumpe wird mit folgender Formel, bei der C eine Konstante (z. B. 10 K) ist, definiert: An auxiliary variable value d Actual for the pump is defined with the following formula, where C is a constant (eg 10 K):
Die Addition der frei gewählten Temperaturkonstante C in der Gleichung 1 hat folgende Bedeutung: der Wert dIst soll nur positive Werte annehmen. Damit die Anlage aber auch starten kann, wenn die gemessene Kollektortemperatur (T1) geringer als die Speichertemperatur (T2) ist, muss die Kollektortemperatur (T1) eine Angleichung bekommen. Mit dieser Angleichung wird weiterhin der Temperatur im unteren Temperaturbereich ein höheres Gewicht verliehen.The addition of the freely chosen temperature constant C in equation 1 has the following meaning: the value d actual should only assume positive values. In order for the system to be able to start when the measured collector temperature (T 1 ) is lower than the tank temperature (T 2 ), the collector temperature (T 1 ) must be adjusted. With this approximation, the temperature in the lower temperature range is further given a higher weight.
Der berechnete Hilfsgrößenwert dIst wird mit einem vorher definierten Soll-Wert dSoll verglichen, der bei der Erstinbetriebnahme werkseitig als Startwert dStart vorgegeben wird. Der später ermittelte Soll-Wert dSoll berücksichtigt anlagenspezifische Einstellungen bei der Inbetriebnahme.The calculated auxiliary variable value d actual is compared with a previously defined setpoint value d setpoint , which is preset in the factory during commissioning as start value d start . The later determined target value d set takes into account plant-specific settings during commissioning.
Wenn
dIst ≥ dSoll ist,
wird die Pumpe in Betrieb gesetzt und der berechnete Hilfsgrößenwert
dIst zum Zeitpunkt des Pumpenanlaufs t0 gespeichert. Die Pumpe läuft mindestens
so lange, bis am Kollektorfühler (
Es können auch andere Anpassungsschritte als die in der Tabelle aufgeführten Änderungsschritte Anwendung finden. Eine Änderung des Soll – Wertes findet nicht statt, wenn äußere Einflüsse (z. B. Wasserzapfen oder Strahlungsabfall) auf das System einwirken.You can also use adjustment steps other than the change steps listed in the table. A change in the setpoint value does not take place if external influences (eg water zap fen or radiation waste) on the system.
Anschließend läuft die Pumpe weiter unter der Bedingung, dass die Temperaturdifferenz ΔT größer als einen vorgegebenen Grenzwert ΔTStop , vorzugsweise 3 K, ist.Subsequently, the pump continues to run under the condition that the temperature difference .DELTA.T is greater than a predetermined limit .DELTA.T stop , preferably 3 K.
Sollte der dIst – Wert nicht zu einem Start der Pumpe bzw. der Anlage führen (z. B. wegen Wasserzapfung oder Fehler bei der d-Wert Berechnung) und die Bedingung erfüllt wird, dass ΔT größer als 7 K ist, dann soll die Pumpe auch starten. In diesem Fall findet jedoch keine Adaption des Soll-Wertes dSoll statt.If the d actual value does not lead to a start of the pump or the system (eg due to water tapping or error in the d value calculation) and the condition is met that ΔT is greater than 7 K, then the Start pump as well. In this case, however, there is no adaptation of the setpoint value d setpoint .
Aus
der
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Gegensatz
zur
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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