DE9207743U1 - Control device with power adjustment for solar thermal systems - Google Patents

Control device with power adjustment for solar thermal systems

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Description

- 1 -Bezeichnung der Erfindung - 1 - Description of the invention

Regelungseinrichtung mit Leistungsanpassung für sol &agr;rtermisehe AnlogenControl system with power adjustment for solar thermal Analogs

AnmelderApplicant

Ditmor Schreiber Ralf ReutterDitmor Schreiber Ralf Reutter

Kaiser-Karl-Str. 19 Freiligrathstr. 24Kaiser-Karl-Str. 19 Freiligrathstr. 24

6535 Gau-Algesheim 6090 Rüsselsheim6535 Gau-Algesheim 6090 Rüsselsheim

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für solartermische Anlagen zur Warmwassererzeugung mit Sonnenkollektoren und einem Warmwasserspeicher.The invention relates to a control device for solar thermal systems for generating hot water with solar collectors and a hot water storage tank.

Es ist Stand der Technik, an so lartermise hen Anlagen eine Temperaturmessung vorzugenehmen und einen Regler einzusetzen .It is state of the art to measure the temperature of such thermal systems and to use a controller.

In der Regel werden die Temperaturen am Sonnenkollektor und im Warmwasserspeicher aufgenommen. In Abhängigkeit von der Differenz dieser Temperaturen wird eine Umwälzpumpe ein- bzw. ausgeschaltet.As a rule, the temperatures are recorded at the solar collector and in the hot water tank. Depending on the difference between these temperatures, a circulation pump is switched on or off.

Für diese zwar einfache, aber energetisch nicht optimale Regelung genügt im allgemeinen ein Zwei-Punkt-Reg1er mit fest einstellbaren Temperaturdiffenz- und Hysteresewe r ten .For this simple but not energetically optimal control, a two-point controller with fixed temperature difference and hysteresis values is generally sufficient.

Solche, bisherige Regelungseinrichtungen berücksichtigen nicht die Abhängikeit des Kollektrowirkungsgrades von KoI1ekt&ogr;rtemperat&ugr;r und Pumpedurchfluß.Such existing control systems do not take into account the dependence of the collector efficiency on the collector temperature and pump flow.

Das Strah1 &ugr; ngsangeot der Sonne ist bekanntlich starken Schwankungen unterworfen, die nur gemittelt tageszeit1ich oder jahreszeitlich bestimmbar sind. Die Entnahmeleistung ist jedochn nicht beeinflußbar, da an der Umwälzpumpe eine feste Durchflußmenge eingestellt ist (ausgelegt üblicherweise auf einen mittleren Einstrah1 wert).The sun's radiation is known to be subject to strong fluctuations, which can only be determined on average over the course of the day or year. However, the extraction rate cannot be influenced, as the circulation pump is set to a fixed flow rate (usually designed for an average radiation value).

Daher kommt es bei hoher Sonneneinstrahlung zu einer erhöhten Kollektortemperatur und somit zu einem geringen Ko 1 1 e k t &ogr; r w i r k &ugr; &eegr; g s g r ad (aufgrund des hohem Wärmeverlustes) .Therefore, when there is high solar radiation, the collector temperature increases and thus the coefficient of efficiency decreases (due to the high heat loss).

Bei geringer Einstrahlung kühlt bei gleichem Pumpendurchfluß der Kollektor soweit ab, daß nur ein sehr geringer oder sogar kein Energieeintrag in den Warmwasserspeicher möglich ist.When the radiation is low and the pump flow remains the same, the collector cools down to such an extent that only very little or even no energy can be transferred to the hot water tank.

Bei einem angepassten Betrieb zwischen Sonnenkollektor und Speicher erzielt mam im Jahresmittel einen bis zu 20% höheren Wirkungsgrad.With an adapted operation between solar collector and storage, an annual average efficiency of up to 20% higher can be achieved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelungseinrichtung mit einer Leistungsanpassung auszustatten. Ziel ist es, den maximalen Energiefluß vonThe present invention is based on the task of equipping the control device with a power adjustment. The aim is to achieve the maximum energy flow from

der "Energiequelle" Sonnenkollektor zur "Energiesenke" Warmwasserspeicher zu erreichen. Der maximale Energiefluß ist abhängig von der momentanen Einstrahlung und der Speicherladung.from the "energy source" solar collector to the "energy sink" hot water storage tank. The maximum energy flow depends on the current radiation and the storage tank charge.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Regelungseinrichtung für s&ogr; 1 &agr;rtermisehe Anlagen zur Warmwassererzeugung mit einer Leistungsanpassung ausgestattet wird. Die Regelungseinrichtung besteht aus aus Temperaturfühlern, einer Regelung und einer Umwälzpumpe.The object is achieved according to the invention in that the control device for s&ogr; 1 αrthermic systems for hot water production is equipped with a power adjustment. The control device consists of temperature sensors, a control and a circulation pump.

In vorteilhafter Weise wird durch Temperaturmessung der dynamische Zustand der zu regelnden Anlage erfasst. Die Regelungseinrichtung ermöglicht die Anpassung der Kollektorentanhmeleistung. The dynamic state of the system to be controlled is advantageously recorded by temperature measurement. The control device enables the collector power to be adjusted.

Vorgesehen sind Temperaturfühler zur Erfassung von Kollektortemperatur (TK), Warmwasserspeichertemperatur (TSU), Wärmetauschervorlauf- (TV) und - rück 1 auftemperatur (TR).Temperature sensors are provided for recording the collector temperature (TK), hot water storage tank temperature (TSU), heat exchanger flow temperature (TV) and return temperature (TR).

Erfindungsgemäß wird der dynamische Zustand erfasst, indem der Gradient von der Temperaturdifferenz der beiden Wärmtauschertemperaturen (TV und TR) im Verhältnis zum Gradienten der Ko11ekt&ogr;rtem&rgr;er&agr;t&ugr;r (TK) gesetzt wird, sodaß damit eine Größe für die zeitliche Veränderung des Leistungsangebotes vorliegt.According to the invention, the dynamic state is recorded by setting the gradient of the temperature difference between the two heat exchanger temperatures (TV and TR) in relation to the gradient of the collector temperature (TK), so that a value for the temporal change in the power supply is available.

Die optimale Ko11ektorentnameleistung wird durch Vorgabe eines Durchflußsollwertes an die Umwäzpumpe mit Drehzahlregelung eingestellt. Die Drehzahlregelung der Umwälzpumpe erfolgt bevorzugt durch Pulsbreitenmodulation.The optimum collector extraction performance is set by specifying a flow target value for the circulation pump with speed control. The speed control of the circulation pump is preferably carried out by pulse width modulation.

Es wird ein eigens für diese Erfindung entwickelter, m i c roprozessorgeste&ugr;erter Regler eingesetzt, der außer den genannten Reglerfunktionen auch den Ein- und Ausschaltvorgang der Anlage übernimmt. Weiterhin ist eine Anzeige des Betriebszustandes vorgesehen.A microprocessor-controlled controller specially developed for this invention is used, which, in addition to the controller functions mentioned, also takes over the switching on and off process of the system. A display of the operating status is also provided.

Eine erweiterte Ausführung des Reglers stellt zusätzlich ein Vorgabesignal für eine Kesse 1nachheizung bereit. Zu diesem Zweck ist ein weiterer Temperatursensor zur Messung der Warmwasserspeichertemperatur vorgesehen.An extended version of the controller also provides a setting signal for boiler 1 reheating. For this purpose, an additional temperature sensor is provided to measure the hot water tank temperature.

Abb: Regelungseinrichtung mit Leistungsanpassung für s&ogr; 1 &agr;rtermische AnlagenFig: Control device with power adjustment for s&ogr; 1 &agr;rthermal systems

PS : drehzah1 ge rege 11e Umwälzpumpe (z.B. pulsbreitenmoduliert) PS: speed-controlled circulation pump (e.g. pulse width modulated)

KW : Ka11wasser&zgr; &ugr; 1 &agr; &ugr;fKW : Ka11wasserζ &ugr; 1 α &ugr;f

WW : WarmwasserentnahmeWW : Hot water extraction

TK : Temperaturfühler Ko11ektor tempera türTK : Temperature sensor Co11ector tempera door

TSU: Temperat&ugr;rfüh 1 er W &agr; r m w&agr;sserspeichertemperat&ugr;r (unten!TSU: Temperature sensor for water storage tank temperature (below!

TV : Temperaturfühler Wärmetauscher vor 1 aufTV : Temperature sensor heat exchanger 1 on

TR : Temperaturfühler Wärmetauscherrück laufTR : Heat exchanger return temperature sensor

Claims (9)

- 3 -Ansprüche- 3 -Claims 1. Rege1 &ugr; &eegr;gsei&eegr;richt&ugr; ng für s&ogr; 1 &agr;rtermische Anlagen zur Wa rm wassererzeugung mit Sonnenkollektoren und einem Warmwasserspeicher, 1. Control system for thermal systems for hot water production with solar collectors and a hot water tank, bestehend aus Temperaturfühlern, Regelung und Umwälzpumpe ,consisting of temperature sensors, control and circulation pump , dadurch gekennzeichnet,characterized, daß die Regelungseinrichtung mit einer Leistungsanpassung ausgestattet ist.that the control device is equipped with a power adjustment. 2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,2. Control device according to claim 1,
characterized, daß durch Temperaturmessung der dynamische Zustand der zu regelnden Anlage erfasst wird und eine angepasste Kollektoren t nähme 1 e i s t ung eingestellt wird.that the dynamic state of the system to be controlled is recorded by temperature measurement and an adapted collector consumption is set. 3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,3. Control device according to claim 2,
characterized, daß Temperaturfühler zur Erfassung von Ko11ekt&ogr;rtempera tür (TK), der Warmwasserspeichertemperatur (TSU), der W ä r m e t &agr; u s c h e r &ngr; &ogr; r 1 &agr; u f t e m &rgr; e r &agr; t u r (TV) und der -rücklauftemperatur (TR) vorgesehen sind.that temperature sensors are provided to measure the collector temperature (TK), the hot water tank temperature (TSU), the heat exchanger temperature (TV) and the return temperature (TR). 4. Regelungseinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,4. Control device according to claim 3,
characterized, daß als Temperaturfühler bevorzugt Präzesionswidestandsfühler eingesetzt werden (z.B. aus Molybdän).that precision resistance sensors are preferably used as temperature sensors (e.g. made of molybdenum). 5. Regelungseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,5. Control device according to claim 2,
characterized, daß der dynamische Zustand erfasst wird, indem der Gradient von der Temperaturdifferenz der beiden Wärmtauschertemperaturcn (TV und TR) im Verhältnis zum Gradienten der Ko11ekt&ogr;rtemper&agr;tur (TK) gesetzt wird, sodaß damit eine Größe für die zeitliche Änderung des Leistungsangebotes vorliegt.that the dynamic state is recorded by setting the gradient of the temperature difference between the two heat exchanger temperatures (TV and TR) in relation to the gradient of the collector temperature (TK), so that a value for the temporal change in the power supply is available. 6. Regelungseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,6. Control device according to claim 2,
characterized, daß die Ko11ekt&ogr;re&eegr;tname1eistung durch Vorgabe eines Durchflußsollwertes an die Umwäzpumpe mit Drehzahlregelung eingestellt wird. that the collector power is set by specifying a flow setpoint to the circulation pump with speed control. 7. Regelungseinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,7. Control device according to claim 6,
characterized, daß die Drehzahlregelung der Umwälzpumpe bevorzugt durch Pulsbreitenmodulation durchgeführt wird.that the speed control of the circulation pump is preferably carried out by pulse width modulation. 8. Regelungseinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,8. Control device according to claim 5,
characterized, daß ein microprozessorgesteuer ter Regler eingesetzt wird, der außer den genannten Reglerfunktionen auch den Ein- und Ausscha 1t&ngr; &ogr;rg&agr; &eegr;g der Anlage übernimmt und den Betriebszustand anzeigt.that a microprocessor-controlled controller is used, which, in addition to the controller functions mentioned, also switches the system on and off and displays the operating status. 9. Regelungseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,9. Control device according to claim 2,
characterized, daß eine erweiterte Ausführung des Reglers auch zusatz-that an extended version of the controller also has additional lieh ein V &ogr;rgobesigna 1 für eine Kesse 1nachhei&zgr; &ugr; ng bereitstellt und zu diesem Zweck ein weiterer Temperatursensor zur Messung der Warmwasserspeichertemperat &ugr;r vorgesehen ist.lent a pre-heating signal 1 for a boiler 1afterheating and for this purpose a further temperature sensor is provided to measure the hot water tank temperature .
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