DE3835012A1 - Method for controlling a solar installation, and control system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Solaranla ge, bei der die zu erwärmende Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe von einem Tank, einem Wärmetauscher oder dergleichen über eine Vorlaufleitung zu den Kollektoren gepumpt wird und von dort durch eine Rücklaufleitung zu dem Tank, dem Wärmetauscher oder derglei chen zurückströmt.The invention relates to a method for controlling a solar system ge, in which the liquid to be heated with the help of a pump from a tank, a heat exchanger or the like via a Flow line is pumped to the collectors and from there through a return line to the tank, the heat exchanger or the like Chen flows back.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Solaranlage zu schaffen, bei dem die Solaranlage möglichst gut ausgenutzt wird und nicht unnötig betrieben wird.The invention has for its object a method for Controlling a solar system to create the solar system is used as well as possible and is not operated unnecessarily.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Pumpe nur dann eingeschaltet wird, wenn die Wärmeeinstrahlung auf die Kollektoren ausreichend ist, damit die Solaranlage Wärme abgeben kann. Dies bedeutet, daß bei Dunkelheit, entsprechenden Wetterbedingungen, bedecktem Himmel oder dergleichen, die Pumpe nicht betrieben wird, so daß die Solaranlage nicht von Wasser durchströmt wird. To solve this problem, the invention provides that Pump is only switched on when the heat radiation is on the collectors is sufficient to allow the solar system to heat can give up. This means that in the dark, corresponding Weather conditions, overcast or the like, the pump is not operated, so the solar system is not made of water is flowed through.
Um festzustellen, ob die auf die Kollektoren einwirkende Wärme einstrahlung ausreichend ist, schlägt die Erfindung nun mehrere Möglichkeiten vor. Die eine Möglichkeit besteht darin, die Pumpe über eine Schaltuhr einzuschalten, deren Ein- und Ausschalten von einem Rechner so gewählt werden, daß sie in Abhängigkeit von den Sonnenaufgangs- und Untergangszeiten verändert werden. Hierzu kann man einen elektronischen Kalender verwenden, in dem die Sonnenaufgangs- und Untergangszeiten gespeichert sind oder errechnet werden. Bei einer derartigen Berücksichtigung von Kalenderdaten ist es insbesondere möglich, beispielsweise im Sommer die Pumpe schon weit vor dem Sonnenuntergang wieder auszuschalten, im Herbst oder Frühling aber die gesamte Sonnen scheindauer auszunutzen. Im Sommer ist nämlich der Wärmebedarf eines von der Solaranlage zu heizenden Hauses besonders niedrig.To determine whether the heat acting on the collectors irradiation is sufficient, the invention now proposes several Possibilities. One way is the pump to switch on via a timer, its switching on and off by a computer can be chosen so that it depends on the Sunrise and sunset times can be changed. For this you can use an electronic calendar in which the Sunrise and sunset times are saved or can be calculated. With such consideration of Calendar data is particularly possible, for example in Summer the pump again long before sunset turn off in autumn or spring but the entire sun to take advantage of the fake duration. In summer there is a need for heat of a house to be heated by the solar system is particularly low.
Eine zweite Möglichkeit, die Pumpe der Solaranlage einzuschalten, besteht darin, daß die Pumpe in Abhängigkeit von den Meßergebnis sen eines Strahlungsmessers, eines sogenannten Solarimeters, eingeschaltet wird. Hier wird ein Wert vorbestimmt, bei dessen Überschreitung die Pumpe eingeschaltet wird.A second possibility to switch on the pump of the solar system, is that the pump depends on the measurement result a radiation meter, a so-called solarimeter, is switched on. Here a value is predetermined, at which If the pump is switched on.
Eine nochmals weitere Möglichkeit, die Pumpe richtig einzuschal ten, besteht darin, die Temperatur an den Sonnenkollektoren und an einer Stelle im Tank oder im Vorlauf zwischen dem Tank und der Pumpe zu messen, die Temperaturdifferenz zu berechnen und die Pumpe dann einzuschalten, wenn die Temperaturdifferenz einen bestimmten Wert überschreitet. Bei dieser Art der Einschaltsteue rung wird kein zusätzlicher Aufwand erforderlich, da der Tempera turfühler im Vorlauf sowieso vorhanden ist.Another way to properly switch on the pump is the temperature at the solar panels and at a point in the tank or in the lead between the tank and the Measure the pump, calculate the temperature difference and the Then switch on the pump when the temperature difference exceeds a certain value. With this type of switch-on control No additional effort is required because of the tempera door sensor is present in the lead anyway.
In Weiterbildung schlägt die Erfindung vor, daß nach dem Ein schalten der Pumpe eine bestimmte Zeit gewartet und anschließend die Temperaturdifferenz zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf bestimmt wird. Wenn diese Temperaturdifferenz einen bestimmten Wert unterschreitet, wird die Pumpe anschließend wieder ausge schaltet. Dann hat man nämlich festgestellt, daß die durch die Solaranlage abzunehmende Wärme zu gering ist. Die Temperaturdif ferenz muß je nach Größe und Art der Anlage eingestellt werden.In development, the invention proposes that after the one switch the pump waited a certain time and then the temperature difference between the flow and the return is determined. If this temperature difference a certain Value is below, the pump is then switched off again switches. Then it was found that the Solar system heat is too low. The temperature diff The reference must be set depending on the size and type of the system.
Stattdessen ist es mit Vorteil möglich, aus der Temperaturdiffe renz und der Förderleistung der Pumpe einen Leistungswert zu bestimmen und die Pumpe dann wieder auszuschalten, wenn dieser Leistungswert einen bestimmten Wert unterschreitet. Hierzu ist es möglich, beispielsweise die Förderleistung der Pumpe als konstanten Wert einzugeben. Ebenfalls möglich ist es, die Förder leistung der Pumpe zu messen, wobei die Messung in regelmäßigen Abständen wiederholt werden kann.Instead, it is advantageously possible from the temperature differences limit and the delivery rate of the pump to a performance value determine and then switch off the pump when this Performance value falls below a certain value. This is it is possible, for example, as the delivery rate of the pump enter a constant value. Funding is also possible performance of the pump to be measured, taking the measurement in regular Intervals can be repeated.
Ist auf diese Weise die Pumpe abgeschaltet worden, schlägt die Erfindung weiterhin vor, die Außentemperatur zu messen und bei Frostgefahr die Vorlaufleitung zwischen Pumpe und Kollektor zu entleeren. Hierzu kann ein Außentemperaturfühler verwendet werden, wobei die Frostgefahr dann angenommen wird, wenn bei spielsweise ein Temperaturwert von 3-5°C gemessen wird. Die Rücklaufleitung zwischen den Kollektoren und dem Wärmetauscher ist in der Regel so ausgebildet, daß sie sich bei Abschalten der Pumpe selbsttätig entleert. Sollte dies nicht der Fall sein, kann in dem genannten Fall der Frostgefahr auch die Rücklaufleitung entleert werden.If the pump has been switched off in this way, the Invention continues to measure the outside temperature and at The supply line between the pump and collector is at risk of frost empty. An outside temperature sensor can be used for this the risk of frost is assumed if at for example, a temperature value of 3-5 ° C is measured. The Return line between the collectors and the heat exchanger is usually designed so that when the Pump drained automatically. If this is not the case, you can in the above-mentioned case, the risk of frost also the return line be emptied.
Die Erfindung schlägt vor, daß die Berechnungen in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, die so ausgewählt werden, daß kein unnötiges ständiges Hin- und Herschalten erfolgt.The invention proposes that the calculations take place on a regular basis Repeat intervals that are selected so that no unnecessary constant switching back and forth takes place.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Temperaturfühler in Vorlauf und Rücklauf automatisch abgeglichen werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Anschlüsse der beiden Temperaturfühler vertauscht werden und festgestellt wird, ob die Temperaturdifferenz gleich bleibt. Falls sie nicht gleich bleibt, muß einer der beiden Temperaturfühlerwerte so korrigiert werden, daß bei einem nochmaligen Vertauschen die Temperaturdifferenz dann gleich bleibt. Es kommt hier also nicht auf die absoluten Temperaturwerte an, da für die Steuerung der Anlage nur Tempera turdifferenzen verwendet werden.According to the invention it can be provided that the temperature sensor in Forward and reverse are automatically adjusted. This can for example, that the connections of the two Temperature sensors are exchanged and it is determined whether the Temperature difference remains the same. If it doesn't stay the same, one of the two temperature sensor values must be corrected that if you swap again, the temperature difference then stays the same. So it doesn't come down to the absolute Temperature values, since only tempera is used to control the system door differences are used.
Die Erfindung schlägt ebenfalls eine Steuerungsanlage für eine derartige Solaranlage vor. Diese Steuerungsanlage enthält insbe sondere eine Steuereinrichtung zum Einschalten der Pumpe, wobei die Steuereinrichtung von verschiedenen Meßwertaufnehmern, nämlich Temperaturfühlern, ansteuerbar ist. Insbesondere kann die Steuerungsanlage einen elektronischen Kalender mit gespeicherten oder berechenbaren Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeiten aufweisen.The invention also proposes a control system for a such solar system before. This control system contains in particular special a control device for switching on the pump, wherein the control device of various transducers, namely temperature sensors, can be controlled. In particular, the Control system an electronic calendar with saved or predictable sunrise and sunset times exhibit.
Die Erfindung kann ebenfalls Eingabeeinrichtungen aufweisen, mit denen die verschiedenen konstanten Werte bei der Installation der Anlage in Speicher eingegeben werden können, von wo aus sie von der Steuereinrichtung mit den tatsächlichen Werten verglichen werden können. Die Steuerungsanlage enthält erfindungsgemäß einen von der Steuereinrichtung ansteuerbaren Ausgang zum Schalten eines Magnetventils, das zum Entleeren des Vorlaufs bestimmt ist.The invention can also have input devices with which the different constant values when installing the Plant can be entered into memory from where it from the control device compared with the actual values can be. According to the invention, the control system contains one output controllable by the control device for switching a solenoid valve designed to drain the flow.
Insbesondere kann die Steuerungsanlage einen Strömungsmesser aufweisen, mit dessen Hilfe die Förderleistung der Pumpe gemessen wird, wobei die Förderleistung dann von der Steuereinrichtung verarbeitet wird.In particular, the control system can have a flow meter have, with the help of the delivery rate of the pump measured the delivery rate is then from the control device is processed.
Erfindungsgemäß enthält die Steuerungsanlage einen Anzeigeein richtung für die augenblicklichen Temperaturen aller Temperatur fühler sowie in Weiterbildung für die augenblickliche Leistung, die seit Tagesbeginn gelieferte Energie und die Gesamtenergie. According to the invention, the control system contains a display Direction for the current temperatures of all temperatures sensors as well as further training for the current performance, the energy delivered since the beginning of the day and the total energy.
Diese Werte sind zwar für den Benutzer einer Solaranlage nicht wichtig, da die Steuerungsanlage ja automatisch arbeitet. Sie sind jedoch für den Anlagenersteller von Interesse, da er an ihnen das korrekte Arbeiten der Anlage überprüfen kann und, falls erforderlich, die vorgegebenen Werte ändern kann.These values are not for the user of a solar system important because the control system works automatically. they are of interest to the system manufacturer, however, because can check the correct functioning of the system and, if required, the specified values can change.
Es kann vorgesehen sein, daß die Steuerungsanlage einen Speicher für die jeweils am Vortag gelieferte Energie aufweist, wobei der Speicher durchaus auch für mehrere zurückliegende Tage gelten kann. Es werden jeweils bei Tagesbeginn die Energiewerte insge samt um einen Speicherplatz verschoben. Der Benutzer kann dann durch Betätigen einer Taste den Energiewert des vorigen und ggf. weiter zurückliegender Tage abrufen.It can be provided that the control system has a memory for the energy delivered on the previous day, the Storage can also be used for several days in the past can. The energy values are totaled at the beginning of each day all moved by one space. The user can then by pressing a button the energy value of the previous one and, if applicable call back more recent days.
Alle angezeigten und gespeicherten Werte können ggf. über einen vorzugsweise seriellen Ausgang abgefragt werden.All displayed and saved values can be changed using a preferably serial output can be queried.
Die Steuerungsanlage enthält mit Vorteil eine Einrichtung zum automatischen Abgleich der Temperaturfühler in Vorlauf und Rücklauf.The control system advantageously contains a device for automatic adjustment of the temperature sensors in the flow and Rewind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:Further features, details and advantages of the invention result from the following description of a preferred embodiment tion form of the invention and with reference to the drawing. Here demonstrate:
Fig. 1 stark vereinfacht eine Solaranlage; Fig. 1 greatly simplified a solar system;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines möglichen Steuerungsvorgangs. Fig. 2 is a flowchart of a possible control process.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Solaranlage dient zum Erwärmen des Wassers in einem Tank 11. Aus dem Tank 11 kann dann warmes Wasser direkt oder über einen Wärmetauscher für eine Heizungsanlage, eine Brauchwasseranlage oder dergleichen entnom men werden. Die Abgabe der Wärme von der Solaranlage an den Tank 11 kann entweder direkt geschehen, wie im dargestellten Beispiel, oder über einen kleineren kurzschließbaren Behälter.The solar system shown schematically in FIG. 1 serves to heat the water in a tank 11 . Warm water can then be taken from the tank 11 directly or via a heat exchanger for a heating system, a domestic water system or the like. The heat can be released from the solar system to the tank 11 either directly, as in the example shown, or via a smaller, short-circuitable container.
Die Solaranlage enthält eine Reihe von Solarkollektoren 12, beispielsweise Vakuumkollektoren. Von dem Tank 11 führt ein Vorlauf 13 über eine Pumpe 14 zu den Kollektoren 12. Die Pumpe 14 pumpt das Wasser in Richtung des Pfeiles 15. Der Leitungsab schnitt 16 im Bereich der Kollektoren 12 verläuft leicht anstei gend. In Strömungsrichtung gesehen hinter den Kollektoren 12 ist eine nach oben offene Abzweigung 17, von wo aus ein Rücklauf 18 zu dem Tank 11 zurückführt.The solar system contains a number of solar collectors 12 , for example vacuum collectors. A feed line 13 leads from the tank 11 to the collectors 12 via a pump 14 . The pump 14 pumps the water in the direction of arrow 15 . The cable section 16 runs in the area of the collectors 12 slightly rising. Seen in the direction of flow behind the collectors 12 is an upwardly open branch 17 , from where a return 18 leads back to the tank 11 .
Die Anlage enthält mehrere Temperaturfühler, nämlich einen Temperaturfühler 19 für die Vorlauftemperatur, einen Temperatur fühler 20 für die Rücklauftemperatur, einen Temperaturfühler 21 für die Temperatur der Kollektoren 12 und einen Temperaturfühler 22 für die Außentemperatur. Alle Temperaturfühler 19-22 sind über Leitungen mit einer nicht dargestellten Steuerungsanlage verbunden.The system contains several temperature sensors, namely a temperature sensor 19 for the flow temperature, a temperature sensor 20 for the return temperature, a temperature sensor 21 for the temperature of the collectors 12 and a temperature sensor 22 for the outside temperature. All temperature sensors 19-22 are connected via lines to a control system, not shown.
Der Vorlauf 13 enthält in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter der Pumpe 14 eine Meßeinrichtung 23 zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und Ermittlung der Förderleistung der Pumpe 14. Die Ergebnisse der Meßeinrichtung können über eine Leitung abgefragt werden. Unmittelbar hinter der Meßeinrichtung enthält der Vorlauf 13 eine Abzweigung mit einem Magnetventil 24, das normalerweise geschlossen ist, aber von der Steuerungsanlage geöffnet werden kann. Die Abzweigung 25 führt weiter in den Tank 11. Durch Öffnen des Magnetventils 24 kann die Vorlaufleitung zwischen der Pumpe 14 und der Abzweigung 17 des Rücklaufs 18 entleert werden. Die Solaranlage arbeitet so, daß sie das in der Vorlauf- und Rücklaufleitung zirkulierende Wasser kontinuierlich erwärmt. The flow 13 contains, seen in the flow direction, directly behind the pump 14, a measuring device 23 for determining the flow rate and determining the delivery rate of the pump 14 . The results of the measuring device can be queried via a line. Immediately behind the measuring device, the flow 13 contains a branch with a solenoid valve 24 , which is normally closed, but can be opened by the control system. The branch 25 leads further into the tank 11 . By opening the solenoid valve 24 , the flow line between the pump 14 and the branch 17 of the return 18 can be emptied. The solar system works so that it continuously heats the water circulating in the supply and return lines.
Eine der Möglichkeiten, wie die Solaranlage der Fig. 1 gesteuert werden kann, wird im folgenden anhand des Diagramms der Fig. 2 erläutert.One of the ways in which the solar system of FIG. 1 can be controlled is explained below using the diagram of FIG. 2.
Die Anlage wird zunächst eingeschaltet, so daß sie betriebsbereit ist.The system is first switched on so that it is ready for operation is.
Um nun entscheiden zu können, ob es sich lohnt, die Pumpe 14 in Betrieb zu setzen, wird ein Temperaturvergleich durchgeführt. Es wird nämlich die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturfüh ler 21 an den Solarkollektoren 12 und dem Temperaturfühler 19 für die Vorlauftemperatur bestimmt. Ist diese Temperaturdifferenz größer als ein vorher eingegebener anlagenabhängiger Wert a, so wird die Pumpe 14 eingeschaltet, im anderen Fall wird der Tempe raturvergleich wiederholt. Dies kann entweder sofort oder nach einer gewissen Wartezeit erfolgen.In order to be able to decide whether it is worth starting the pump 14 , a temperature comparison is carried out. Namely, the temperature difference between the temperature sensor 21 on the solar collectors 12 and the temperature sensor 19 for the flow temperature is determined. If this temperature difference is greater than a previously entered system-dependent value a , the pump 14 is switched on, otherwise the temperature comparison is repeated. This can either be done immediately or after a certain waiting time.
Ist der Temperaturvergleich positiv ausgefallen, wird die Pumpe 14 eingeschaltet. Anschließend wird eine gewisse Zeit gewartet, die so ausgewählt ist, daß mindestens das gesamte System voller Wasser ist und sich eine gleichmäßige Strömung eingestellt hat. Anschließend erfolgt nochmals ein Vergleich, und zwar zunächst ein Temperaturvergleich zwischen den Temperaturfühlern 19 und 20. Es wird hier die Temperaturdifferenz zwischen dem von den Kollek toren zurückströmenden Wasser und dem zu den Kollektoren führen den Wasser im Vorlauf 13 durchgeführt. Dann kann diese Tempera turdifferenz entweder mit einem fest eingestellten Temperaturwert oder nach Multiplikation mit der Förderleistung der Pumpe 14 mit einem vorher eingestellten Leistungswert verglichen werden. Fällt dieser Vergleich negativ aus, so ist dies ein Zeichen, daß die Anlage nicht ausreichend Leistung an den Tank 11 abzugeben vermag. In diesem Fall wird die Pumpe wieder ausgeschaltet. Aufgrund der offenen Abzweigung 17 im Rücklauf entleert sich der Rücklauf automatisch. Es wird nun nach Ausschalten der Pumpe überprüft, ob Frostgefahr besteht, was durch den Temperaturfühler 21 festgestellt werden kann. Wenn Frostgefahr besteht, wird das Magnetventil 24 geöffnet und die Vorlaufleitung entleert. Wenn dagegen keine Frostgefahr besteht, bleibt das Ventil 24 geschlos sen. Anschließend wird wieder eine bestimmte Zeit lang gewartet und der Steuerungsvorgang von Anfang an wiederholt.If the temperature comparison is positive, the pump 14 is switched on. Then a certain amount of time is waited, which is selected so that at least the entire system is full of water and an even flow has set in. A comparison is then carried out again, first of all a temperature comparison between the temperature sensors 19 and 20 . The temperature difference between the water flowing back from the collectors and the water leading to the collectors is carried out here in the flow 13 . Then this temperature difference can be compared either with a fixed temperature value or after multiplication with the delivery rate of the pump 14 with a previously set power value. If this comparison is negative, this is a sign that the system is unable to deliver sufficient power to the tank 11 . In this case the pump is switched off again. Due to the open branch 17 in the return, the return is emptied automatically. After the pump has been switched off, it is checked whether there is a risk of frost, which can be determined by the temperature sensor 21 . If there is a risk of frost, the solenoid valve 24 is opened and the flow line is emptied. If, on the other hand, there is no risk of frost, the valve 24 remains closed. The system then waits for a certain time again and the control process is repeated from the beginning.
Ergab der Temperatur- bzw. Leistungvergleich jedoch, daß eine bestimmte voreingestellte Leistung überschritten wird, so bleibt die Pumpe eingeschaltet und es erfolgt ein weiterer Vergleich, nämlich ob die abgegebene Leistung größer als ein zweiter Wert c ist. Ist die Leistung kleiner als dieser Wert c, so erfolgt eine Drosselung des Vorlaufs, beispielsweise durch Verringerung der Förderleistung der Pumpe 14 oder durch Verringern des Querschnitts. Auf diese Weise soll die Zirkulationsgeschwindig keit des Wassers in dem System verringert werden. Anschließend erfolgt eine Zurückverzweigung zu dem Verfahrensschritt des Wartens nach dem Einschalten der Pumpe. Selbstverständlich erfolgt bei mehrfachem Durchlauf der Schleife nicht ständig eine Drosselung des Vorlaufs, sondern diese Drosselung wird nur einmal vorgenommen und bei Durchlaufen der Schleife über den anderen Zweig wird die Drosselung aufgehoben.However, if the temperature or power comparison showed that a certain preset power is exceeded, the pump remains switched on and a further comparison is carried out, namely whether the power output is greater than a second value c . If the output is less than this value c , the flow is throttled, for example by reducing the delivery capacity of the pump 14 or by reducing the cross section. In this way, the circulation speed of the water in the system is to be reduced. The system then branches back to the process step of waiting after the pump has been switched on. Of course, if the loop is run several times, the forward flow is not continuously throttled, but this throttling is carried out only once and the throttling is canceled when the loop is passed through the other branch.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verfahrensablauf erfolgt zur Bestimmung, ob die Pumpe eingeschaltet werden soll, ein Tempera turvergleich. Hier sind selbstverständlich auch andere Möglich keiten gegeben, beispielsweise die Abfrage eines Strahlungsinten sitätsmessers.In the example shown in Fig. 2 Procedure for determining a temperature is made whether the pump is to be switched, turvergleich. Of course, there are also other possibilities here, for example querying a radiation intensity meter.
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