DE102021105528A1 - Verfahren zum Betrieb einer thermischen Solaranlage - Google Patents

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Steuereinrichtung (4) ein Verfahren bereitzustellen, welches für das in einem solarthermischen Kollektor (3) befindliche Trägermedium eine Wärmebilanz aufstellt und daraus im ruhenden Zustand eine Kollektortemperatur ermittelt bzw. bei Solarbetrieb einen Volumenstrom bestimmt, welcher zu einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen Kollektorvor- und -rücklauf führt. Die Korrektheit der ermittelten Kollektortemperatur des ruhenden Mediums wird dadurch gewährleistet, dass diese bei vorliegender Strömung mit realen Messwerten abgeglichen wird und auftretende Abweichungen in Korrekturparameter umgewandelt und der weiteren Werteermittlung zugeführt werden.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optimalen Betrieb einer thermischen Solaranlage.
• Stand der Technik
• In aktuellen solarthermischen Anlagen wird die Erwärmung des vorrangig in der Nacht abgekühlten Kollektors vernachlässigt. Die Aktivierung der Umwälzpumpe(n) und somit der Beginn der solaren Ernte erfolgt meist über die Auswertung mindestens eines im Kollektor platzierten Temperaturfühlers. Dabei wird der Kollektor derart konstruiert und montiert, dass die solare Strahlung zu einer freien Konvektion des Trägermediums führt, welche erwärmte und somit leichtere Flüssigkeitsanteile primär dort hin steigen lässt, wo der Temperaturfühler platziert ist. Wenn der Sensorwert einen in der Steuerung abgelegten Wert oder einen Vergleichsmesswert - zum Beispiel eine Speichertemperatur - überschreitet, wird der Kollektor als betriebsbereit eingestuft und die Solarpumpe wird aktiviert. Nachteilig ist hierbei, dass es sich bei dem einzelnen Kollektorsensorwert um eine lokale Temperatur handelt und keine Informationen über die Temperaturverteilung innerhalb des gesamten Kollektors vorliegen. Zur Vermeidung von zu frühem bzw. alternierendem Aktivieren der Solarpumpe werden u.a. Schwellwerte mit hohem Sicherheitsabstand zur minimal nutzbaren Temperatur gewählt. Dies ist insofern nachteilig, dass die Anlagen erst bei deutlich überhöhten Temperaturen aktiviert werden und der Temperaturbereich innerhalb des Sicherheitsabstandes ungenutzt bleibt. Dies führt zu einem signifikanten Leistungsverlust der Anlage.
• Es ist weiterhin Stand der Technik, der Steuerung von Solaranlagen Werte von Sensoren für die Solarstrahlung zuzuführen. Dies ist zielführend, da der Kollektor meist gleichmäßig von der Sonne ausgeleuchtet wird und hilft, den oben genannten Sicherheitsabstand zu reduzieren. Der Steuerung liegen damit jedoch lediglich die aktuell wirkende Solarstrahlung jedoch keinerlei Informationen über den resultierenden Wärmeein- und austrag in den jeweiligen Kollektor vor. Daher wird meist bei Erreichen eines bestimmten Strahlungswertes mittels einer oder mehrerer kurzer Pumpenlaufzeiten geprüft, ob die Temperatur des strömenden Mediums durchgängig die Bedingungen für eine Solarernte erfüllt. Nachteilig ist hierbei, dass diese Prüfläufe bis zum Erreichen nutzbarer Temperaturen entgegen der primären Aufgabenstellung für Solarkollektoren Wärme aus dem Heiz- bzw. Speichersystem in den kalten Kollektor bzw. in die Umgebung abtransportieren.
• Mit dem Dokument DE000010341741B4 wird eine Vorrichtung beschrieben, die es auch in Regionen mit Frostgefahr erlaubt, Wasser als Trägermedium zu verwenden und dieses zum Schutz vor Einfrieren im Kollektor zu belassen. Nachteilig an der Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren ist der hohe Energiebedarf, um das Medium im Frostschutzfall permanent umzuwälzen und die Temperatur durch Zugabe mittels Hilfsenergie - beispielsweise aus einem Heizgerät für fossile Brennstoffe - erwärmtem Wasser oberhalb eines Sollwertes zu halten.
• Desweiteren ist es gemäß dem Dokument DE 10 2018 209 855 A1 Stand der Technik, die Temperatur eines Elementes einer technischen Einrichtung dadurch zu bestimmen, dass ausgehend von mindestens einem Messwert eines weiteren, vom ersten Element verschiedenen, Elementes und unter Berücksichtigung wichtiger abgelegter Parameter der Wärmeeintrag und der Wärmeaustrag und somit die Temperatur dieses Elementes modelliert werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass dieses Verfahren nur auf das beschriebene technische System anwendbar ist. Die Vorteile dieser Technik werden in aktuellen solarthermischen Anlagen nicht genutzt.
• Die vom Anmelder eingereichte Erfindung WO002014071900A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Adaption eines nichtlinearen Systems, vorzugsweise für eine optimale Klopfregelung fremdgezündeter Brennkraftmaschinen, wobei der gemessene zeitliche bzw. zyklische Verlauf eines Signales analysiert, Kennwerte gebildet und mit einem abgelegten Schwellwerten verglichen, ein bzw. mehrere Korrekturparameter ermittelt und diese der erfindungsgemäßen Ermittlung einer oder mehrerer Sollwerte zugeführt werden. Auch hier ist es nachteilig, dass dieses Adaptionsverfahren nahezu ausschließlich für das nichtlineare System einer Klopfregelung von fremdgezündeter Brennkraftmaschinen entwickelt wurde und genutzt werden kann.
• Entsprechend der DE102019203421A1 ist es Stand der Technik, ein technisches System stetig sich selbst auf Abweichungen von definierten Parametern überprüfen und diese in einem zur Verfügung stehenden Rahmen selbständig korrigieren - adaptieren - zu lassen. Desweiteren ist es demnach Stand der Technik, dass bei Erreichen der Adaptionsgrenzen sowie signifikanter Funktionseinschränkungen von dem System eine entsprechende Diagnoseinformation erstellt und diese zur externen Fehlerbehebung bereit gestellt werden. Die Nutzung der Vorteile dieser Technik fehlt in aktuellen solarthermischen Anlagen unter anderem zur Überwachung der Solarleistung.
• Die vom Anmelder eingereichte Anmeldung 10 2020 002 788.1 mit Anmeldetag 03.08.2020 beschreibt die Steigerung der auf einen senkrecht installierten Kollektor fallenden Solarstrahlung mithilfe eines unter dem Kollektor platzierten variablen Reflektors. Nachteilig an dieser Erfindung ist, dass der resultierende Lichtkegelstumpf den Kollektor meist nur teilweise überdeckt, wodurch die Information eines oder mehrerer Strahlungssensoren nicht dem korrekten Wärmeeintrag entsprechen.
• Aufgabe der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe es möglich ist, eine repräsentative Temperaturinformation für das ruhende Trägermedium eines solarthermischen Kollektors zu bestimmen und diese nachfolgenden Einrichtungen - wie beispielsweise der Pumpen- und Ventilsteuerung für den Solarbetrieb oder den Frostschutz - zur Verfügung zu stellen. Für das strömende Medium soll ein Äquivalent für die solare Leistung bereit gestellt werden, welches direkt für die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums genutzt werden kann.
• Eine weitere Aufgabe besteht in der Gewährleistung der Aktualität und Korrektheit dieser ermittelten Temperatur- bzw. Leistungsinformationen.
• Für weiterführende Diagnosen sind Informationen bereitzustellen, welche das Erkennen systemuntypischen Temperaturverhaltens und somit das Ergreifen geeigneter Gegenmaßnahmen ermöglicht.
• Lösung der Aufgabe
• Die Aufgabe wird zum einen durch ein Rechenmodell gelöst, welches entsprechend der Ansprüche 1 und 2 die Wärmebilanz für den Kollektor aufstellt und daraus eine Kollektortemperatur ermittelt. Im Falle des ruhenden Mediums wird der Modellwert systematisch mit realen Messwerten abgeglichen. Dabei wird entsprechend der Ansprüche 4, 5 und 6 kurzzeitig eine Vorrichtung zur exklusiven Umwälzung des Kollektorinhaltes aktiviert. Die resultierende Strömung des Trägermediums gewährleistet, dass der Messwert repräsentativ ist und für den in Anspruch 7 und 8 genannten Modellabgleich verwendet werden kann. Die dabei ermittelten Parameter gewährleisten, unabhängig von Alter, Wartungszustand oder Installationseigenschaften der Solaranlage, eine gleichbleibend hohe Modellgenauigkeit.
• Entsprechend den Ansprüchen 9 und 10 wird das Leistungsäquivalent basierend auf dem Rechenmodell nach den Ansprüchen 1 bis 3 ermittelt und in einen Steuerbefehl für den Volumenstrom umgewandelt. Ein Solarregler prüft die Korrektheit des ausgegebenen Steuerbefehls und nimmt bedarfsgerecht Korrekturen vor.
• Die vom Solarregler und vom Modellabgleich ermittelten Korrekturbedarfe können nachgeschalteten Auswerteeinheiten zugeführt und dort mit systemtypischen Parametern verglichen werden. Dadurch wird eine deutlich erhöhte Diagnosefähigkeit des Gesamtsystems erreicht.
• Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung basiert auf einem Kollektorkreis (A), wobei dieser unabhängig vom Solarspeicher (1) sowie der primären Solarpumpe (2), wobei die Trennung entweder durch eine Sperrvorrichtung (6) oder einen Wärmetauscher (11) gewährleistet werden kann, betrieben werden kann, wobei der Betrieb durch Ansteuerung einer sekundären Solarpumpe (5) erfolgt.
• Es wird abhängig von dem Betrieb der primären und sekundären Solarpumpen (2 und 5) in zwei Betriebsarten unterschieden, wobei die Betriebsart I als „Solarbetrieb“ und Betriebsart II als „Ruhendes Medium“ bezeichnet werden.
• Die Betriebsart I umfasst den Betrieb der Solaranlage im originären Sinne, wobei Solarstrahlung das Trägermedium innerhalb des Kollektors (3) erwärmt, eine Solarpumpe (2) dieses warme Trägermedium aus dem Kollektor (3) hinaus sowie kühleres Trägermedium in den Kollektor hinein befördert. Die resultierende Temperaturdifferenz, der herrschende Volumenstrom sowie die Wärmekapazität des Trägermediums beschreiben den jeweils aktuell nutzbaren Wärmestrom aus der Solaranlage. Hierbei wird erfindungsgemäß durch eine Steuereinheit (4) ein Steuersignal an die primärer Solarpumpe (2) übergeben, der zur Erreichung einer abgelegten Solldifferenz zwischen den Temperaturwerten von Kollektorvor- und -rücklauf (7 und 10) notwendigen Volumenstrom bestimmt wird, wobei dieser aus der Wärmekapazität des Trägermediums sowie des nutzbaren Wärmeeintrages, wobei dieser als Differenz aus solarem Strahlungseintrag und thermischen Verlusten ermittelt wird, bestimmt wird.
• Der solare Strahlungseintrag wird erfindungsgemäß anhand des Signales eines Strahlungssensors (9) sowie abgelegter Parameter gebildet, wobei es sich um feste und variable Parameter handelt, wobei die Festparameter unveränderliche Eigenschaften des Trägermediums, wie zum Beispiel die Wärmekapazität in kJ/kg, und des Kollektors, wie zum Beispiel die Wärmeleistung bei Referenzbedingungen in W/m², und die variablen Parameter zeit- und installationsabhängige Informationen wie beispielsweise den aktuellen Sonnenstand, durch die Anlage selbsttätig ermittelte Korrekturwerte oder Korrekturen aufgrund der Aktivierung oder Veränderung externer, die auf den Kollektor (3) auftreffende Solarstrahlung verändernde Geräte, wie beispielsweise einen variablen Reflektor, umfassen.
• Die thermischen Verluste werden erfindungsgemäß anhand des Temperaturunterschiedes zwischen dem Trägermedium und der Umgebungsluft, wobei die Temperatur des Trägermediums aus den Werten der Sensoren für die Vor- und Rücklauftemperatur (7 und 10) und die Umgebungstemperatur anhand eines entsprechend platzierten Sensors (8) gebildet werden, sowie abgelegten Parametern ermittelt.
• Der derart ermittelte Soll- Volumenstrom wird erfindungsgemäß in einen Steuerbefehl für die primäre Solarpumpe (2) umgewandelt, wobei sich nach einer der Trägheit der Solaranlage entsprechenden Verzugsdauer eine Differenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur an den Sensoren 7 und 10 bildet, wobei ein Regler diese Differenz mit dem definierten Sollwert vergleicht und Abweichungen mittels Korrektur des Steuerbefehls für die primäre Solarpumpe (2) minimiert, wobei eine zu große Differenz zu einer Anhebung des Volumenstromes führt. Die erfindungsgemäß optimierte Ermittlung des nutzbaren Wärmestroms führt zu einem optimalen Steuerbefehl für die Solarpumpe, wodurch auftretender Korrekturbedarf durch den Regler einer nachgelagerten Diagnoseeinrichtung zugeführt, dort ab einem definierbaren Betrag als systemuntypisch eingestuft und zum Auslösen von Fehlermeldungen bzw. Ersatzreaktionen weiterverarbeitet werden kann.
• Die Betriebsart II wird aktiviert, sobald die primäre und die sekundäre Solarpumpen (2 und 5) inaktiv sind und der Kollektorkreis (A) sicher durch einen Wärmetauscher (11) oder ein Sperrventil (6) vom restlichen Solarkreis getrennt ist, wobei der Wert des Sensors für die Rücklauftemperatur (7) des nun im Kollektorkreis (A) ruhenden Trägermediums zum einen als Starttemperatur abgelegt sowie entsprechend eines definierten Rechenrasters nachfolgend bestimmt bzw. aktualisiert wird, wobei die Wärmebilanz analog zur Betriebsart I aus Wärmeaustrag aufgrund thermischer Verluste, wobei anstatt der gemessenen nun die ermittelte Kollektortemperatur verwendet wird, und Wärmeeintrag aufgrund solarer Strahlung aufgestellt wird.
• Die ermittelte Kollektortemperatur wird erfindungsgemäß entsprechend abgelegter Kriterien, wobei diese zyklisch, wie zum Beispiel bei einer abgelegten Tageszeit, oder ereignisbasiert, wie beispielsweise das Unterschreiten einer abgelegten Temperaturschwelle, erfüllt sein können, mit der real gemessenen Kollektortemperatur verglichen, wobei die Verlässlichkeit des Messwertes durch Umwälzen des Inhaltes des Kollektorkreises (A) erreicht wird, wobei die sekundäre Solarpumpe (5) von der Steuereinrichtung (4) so lange angesteuert wird, bis mindestens ein Kriterium für das korrekte Umwälzen des Inhaltes des Kollektorkreises (A), zum Beispiel der Ablauf einer abgelegten Zeitdauer, erfüllt ist.
• Ist für die gesamte Dauer der aktiven Betriebsart II eine solare Strahlung ausgeschlossen, wobei dieses Kriterium beispielsweise durch Vergleich der aktuellen Ortszeit mit abgelegten Zeiten für den örtlichen Sonnenunter- und -aufgang ermittelt wird, so wird eine auftretende Abweichung zwischen ermittelter und gemessener Temperatur allein für die Korrektur des Wärmeaustrages bzw. der thermischen Verluste ermittelt. Dazu wird die während des Umwälzens gemessene Temperatur zu dem Zeitpunkt für den Abgleich mit der ermittelten Kollektortemperatur herangezogen, an dem sie am geringsten ist. Die so ermittelte Abweichung zwischen ermittelter und gemessener Temperatur wird nachfolgend mittels Division durch die Temperaturspreizung während er Abkühlung, wobei diese als Differenz zwischen der Temperatur des Kollektorkreises (A) beim Start der Betriebsart II und der minimalen gemessenen Temperatur beim Umwälzen des Kollektorkreises (A) ermittelt wird, in eine relative Abweichung umgewandelt und diese als Korrekturwert der Berechnung der thermischen Verluste in beiden Betriebsarten zugeführt. Eine positive Abweichung führt somit zu einer Erhöhung bei der Ermittlung der thermischen Verluste, wobei der Korrekturwert größer als Eins ist.
• Liegt der Korrekturbedarf für den ermittelten Wärmeaustrag unterhalb eines abgelegten Schwellwertes, so gilt die Bestimmung des Wärmeaustrages als korrekt und es erfolgt die Ermittlung der Abweichung des Wärmeeintrages, wobei für die gesamte Dauer der aktiven Betriebsart II das Vorhandensein von Solarstrahlung, wobei dieses Kriterium beispielsweise durch Vergleich der aktuellen Ortszeit mit abgelegten Zeiten für den örtlichen Sonnenauf- und -untergang ermittelt wird, Voraussetzung ist. Wird der Inhalt des Kollektorkreises (A) nach hinreichend hohem solarem Strahlungseintrag, wobei dieser beispielsweise durch Integration des Wertes des Strahlungssensors (9) über eine abgelegte Zeitdauer bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen werden kann, umgewälzt, so weist der Verlauf der gemessenen Kollektortemperatur erfahrungsgemäß zwei lokale Minima auf, wobei der Betrag des zweiten Minimums höher ist als das des erste, wobei das zweite lokale Minimum erfindungsgemäß als korrekte Mischtemperatur des Kollektors interpretiert und mit dem ermittelten Temperaturwert verglichen wird.
• Die ermittelte Abweichung zwischen ermittelter und gemessener Temperatur wird nachfolgend mittels Division durch die Temperaturspreizung während der Erwärmung, wobei diese als Differenz zwischen der Temperatur des Kollektorkreises (A) beim Start der Betriebsart II und dem Temperaturwert des zweiten lokalen Minimums beim Umwälzen des Kollektorkreises (A) ermittelt wird, in eine relative Abweichung umgewandelt und diese als Korrekturwert der Berechnung des Wärmeeintrages in beiden Betriebsarten zugeführt. Eine positive Abweichung führt somit zu einer Erhöhung bei der Ermittlung des solaren Wärmeeintrages, wobei der Korrekturwert größer als Eins ist.
• Liegt der relative Korrekturbetrag für den ermittelten Wärmeeintrag unterhalb eines abgelegten Schwellwertes, so gilt die Wärmebilanz des Gesamtsystems als korrekt, wobei nun auch die Bestimmung des Wärmeaustrages als korrekt eingestuft wird.
• Die Korrekturwerte für die Ermittlung des Wärmeaus- und des Wärmeeintrags können einer nachgelagerten Diagnoseeinrichtung zugeführt, dort ab einem definierbaren Betrag als systemuntypisch eingestuft und zum Auslösen von Fehlermeldungen bzw. Ersatzreaktionen weiterverarbeitet werden.
• Ausführungsbeispiel
• An den Rahmen eines Kollektors (3), wird ein Sensor zur Erfassung von Solarstrahlung (9), wobei dessen Sensitivität vorteilhafter Weise ähnlich richtungsgebunden ist, wie die des Kollektors, wobei diese Eigenschaft am besten durch einen Sensor auf Basis der Photovoltaik und ohne optische Vorsätze erreicht wird, derart platziert, dass er in die gleiche Himmelsrichtung orientiert ist, wie der Kollektor (3). Diese Richtungsgebundenheit der Sensorsensitivität reduziert den Verarbeitungsaufwand des Sensorsignals bei der Ermittlung des realen Wärmeeintrages in den Kollektor (3) im Weiteren. Das Signal des Sensors (9) wird der Auswerte- und Steuereinheit (4) zur Verfügung gestellt.
• Der Kollektor (3) wird mittels geeigneter Rohrleitungen mit dem Solarspeicher (1) verbunden, wobei ein Leitungsstrang mit einer primären Solarpumpe (2), wobei die Drehzahl der Pumpe variabel ist und mittels Steuerinformationen verändert werden kann, und der anderer Leitungsstrang mit einer Sperrvorrichtung (6), wobei diese durch Steuerimpulse aktiviert bzw. deaktiviert werden kann, ausgestattet ist. Parallel zu Kollektor (3) und Solarspeicher (1) wird nahe des Kollektors (3) jedoch innerhalb des Gebäudes, in welchem der Solarspeicher (1) steht, eine sekundäre Solarpumpe (5) installiert, wobei dessen Strömungsrichtung der der primären Solarpumpe (2) entgegengesetzt ist, wodurch der Kollektorkreis (A) bildet wird.
• Das gesamte System wird mit Wasser gefüllt.
• Der Steuereinheit (4) werden die Signale für die Temperatur der Außenluft (8) sowie des Kollektors (7 und 10), wobei der Sensor für die Vorlauftemperatur (7) möglichst nahe an dem unteren Leitungsanschluss und er Sensor für die Rücklauftemperatur (8) möglichst nahe an den oberen Leitungsanschluss platziert werden, zugeführt.
• Die Ansteuerung der sekundären Solarpumpe (5) und der Sperrvorrichtung (6) werden derart mit der Steuereinrichtung (4) verbunden, dass der Betriebszustand der Sperrvorrichtung (6) automatisch dem der sekundären Solarpumpe (4) entspricht.
• Bei der Aktivierung der Steuereinheit (4) wird von der Steuereinheit (4) der aktuelle Minimalwert der angeschlossenen Sensoren für die Kollektortemperatur (7 und 10) T_Koll_min ermittelt und als Initialisierung der Ermittlung der Kollektortemperatur zugeführt. Gleichzeitig wird die Aktualisierung der ermittelten Kollektortemperatur angefordert B_Akt_T_Koll (IV), wobei die sekundäre Solarpumpe (5) und somit auch die Absperreinrichtung (6) angesteuert werden, wodurch das Wasser im Kollektorkreis (A) umgewälzt und an den Temperatursensoren des Kollektors vorbeigeführt wird, wobei die Aktualität der Messwerte der Sensoren mit der Zeit zunimmt, wobei das Maß der Repräsentativität der Messwerte von der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers abhängt. Nach dem Ablauf einer abgelegten Zeitdauer wird das Umwälzen des Kollektorkreises (A) deaktiviert, wobei der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Minimalwert T_Koll_min von der Steuereinheit (4) als Startwert für die Ermittlung der Temperatur T_Modell_Start (VIII) des nun ruhenden Mediums sowie die gemessene Umgebungstemperatur T_Umgebung_Start abgelegt werden. Nach einem definierten Zeitabstand, vorzugsweise einer Minute, wird ein neuer Wert T_Modell_neu ermittelt, wobei von der Starttemperatur T_Start ein Änderungstemperaturwert für den Wärmeaustrag dT_AUS abgezogen sowie ein Änderungstemperaturwert für den Wärmeeintrag dT_EIN dazu addiert wird. $$T\_Model{l}_{neu}=T\_Model{l}_{Start}-dT\_AUS+dT\_EIN$$

  
• Nach erneutem Ablauf der abgelegten Zeitdauer, vorzugsweise einer Minute, wird der Vorgang wiederholt, wobei die Änderungswerte nun auf den aktuellen Temperaturwert T_Modell_akt angewendet werden, wobei dieser dem zuletzt ermittelten Temperaturwert T_Modell_neu entspricht. $$T\_Model{l}_{akt}=T\_Model{l}_{neu}$$

  

  $$T\_Model{l}_{neu}=T\_Model{l}_{akt}-dT\_AU{S}_{akt}+dT\_EI{N}_{akt}$$

  
• Auf diese Weise wird entsprechend 4 kontinuierlich entsprechend dem abgelegten Rechenraster, wobei dies der abgelegten Zeitdauer bis zu einer neuen Durchführung der Berechnung entspricht, ein aktueller Temperaturwert V für das ruhende Trägermedium, wobei es sich bei diesem Beispiel um Wasser handelt, bereitgestellt. Sobald das Trägermedium außerhalb einer erfindungsgemäßen Aktualisierung strömt, wobei die Strömung durch die Aktivierung der primären oder sekundären Solarpumpen (2 oder 5) erfolgt, wird die Ermittlung des Temperaturwertes nach diesem Verfahren beendet und durch die Übernahme des aktuellen Messwertes ersetzt.
• Die ermittelte Kollektortemperatur wird nachfolgenden Einrichtungen bereitgestellt, welche beispielsweise bei Überschreitung eines abgelegten Schwellwertes den Kollektor als ausreichend warm einstufen, eine solare Ernte als möglich bewerten und den Start der Solaranlage in Form der Aktivierung der primären Solarpumpe (2), wobei die sekundäre Solarpumpe (5) sowie die Sperrvorrichtung deaktiviert werden, auslöst.
• Bei Unterschreiten einer abgelegten Schwelle werden geeignete Frostschutzmaßnahmen ergriffen.
• Wärmeaustrag des ruhenden Mediums
• Der aktuelle Änderungstemperaturwert für den Wärmeaustrag dT_AUS_akt wird in einer quadratischen Gleichung, wobei der lineare und der quadratische Anteil durch Multiplikation jeweils eines abgelegten festen Faktors K_{dt_Aus} bzw. K_{dt_AUS2} wobei diese sämtliche kalorischen Parameter des Kollektorkreises (A) im Referenzzustand sowie die der Umgebung des Kollektorkreises (A) subsumieren, wobei das Rechenraster aufgrund seiner integrierenden Wirkung ebenfalls einfließt, und jeweils eines abgelegten variablen Faktors Fak_AD_{dT_AUS} bzw. Fak_AD_{dT_AUS2} wobei diese sämtliche individuellen Abweichungen der zu betreibenden Anlage von der Referenzanlage subsumieren, gebildet werden, abhängig von der aktuell ermittelten Differenztemperatur T_Diff_akt bestimmt, wobei diese mittels Subtraktion der Außentemperatur T_außen (VI), wobei diese für den gesamten Kollektor als konstant angenommen wird, wobei Effekte der Luftbewegung, wie sie beispielsweise durch Wind auftreten können, im ausführbaren Beispiel vernachlässigt werden, von der aktuell ermittelten Kollektortemperatur T_Modell_akt gebildet. wird, . $$T\_Dif{f}_{akt}=T\_Model{l}_{akt}-T_{außen}$$

  

  $$dT\_AU{S}_{akt}=K_{dT\_AUS}\ast Fak\_A{D}_{dT\_AUS}\ast T\_Dif{f}_{akt}+K_{dT\_AU{S}^2}\ast Fak\_A{D}_{dT\_AU{S}^2}\ast T\_Dif{f}_{akt}{}^2$$

  
• Bei jeder Aktivierung der sekundären Solarpumpe (5) werden entsprechend der 5 sowohl die aktuell gemessene Kollektortemperatur als Soll- Temperatur T_Modell_{T_SOLL}, wobei das erste lokale Minimum des Temperaturverlaufs der gemessenen Temperatur T_Koll_min (VII) ermittelt wird, wobei die Bedingung des korrekten Anstiegs des Temperaturverlaufs der gemessenen Temperatur T_Koll_min (B_Anstieg_OK), wobei die zeitliche Änderung der gemessenen Temperatur T_Koll_min bestimmt und mit einem abgelegten Schwellwert verglichen wird und bei Gleichheit die Bedingung B_Anstieg_OK erfüllt ist, erkannt und der Temperaturwert am Fuß- bzw. Startpunkt des korrekten Anstiegs abgelegt wird, als auch die aktuell ermittelte Kollektortemperatur als T_Modell_IST abgelegt.
• Zur Analyse und Korrektur der Güte der ermittelten Kollektortemperatur T_Modell_IST werden Bewertungskriterien gebildet, wobei eines der überstrichene Temperaturbereich T_Modell_Spreizung, wobei dieser aus der Differenz der Starttemperatur T_Modell_Start, wobei die gemessenen Kollektortemperaturen zum Zeitpunkt der Deaktivierung der sekundären Solarpumpe (5) abgelegt wird (VIII), sowie der Soll- Temperatur bei Reaktivierung der sekundären Solarpumpe (5) T_Modell_{T_SOLL} gebildet wird, und ein weiteres die ermittelte Abweichung T_Modell_Fehler, wobei sich dieser aus der Differenz aus aktuell ermittelter Kollektortemperatur T_Modell_IST und aktuell gemessener Kollektortemperatur T_Modell_{T_SOLL} ergibt, darstellen. $$T\_Model{l}_{Spreizung}=T\_Model{l}_{Start}-T\_Model{l}_{T\_SOLL}$$

  

  $$T\_Model{l}_{Fehler}=T\_Model{l}_{IST}-T\_Model{l}_{T\_SOLL}$$

  
• Ein weiteres Bewertungskriterium ist der relative Fehler T_Modell_{Fehler_rel}, wobei das Verhältnis aus dem aktuellen Modellfehler T_Modell_Fehler und der aktuellen Modellspreizung T_Modell_Spreizung gebildet wird. $$T\_Model{l}_{Fehler\_rel}=T\_Model{l}_{Fehler}/T\_Model{l}_{Spreizung}$$

  
• Aus dem überstrichenen Temperaturbereich T_Modell_Spreizung und dem relativen Fehler T_Modell_{Fehler_rel} werden Freigabebedingungen, wobei die Beträge der beiden Kriterien auf das jeweilige Überschreiten eines jeweils abgelegten Schwellwerts geprüft und die beiden Bedingungen B_Spreizung_T_AD_OK und B_Fehler_AD_OK gebildet werden, wobei der Schwellwert für die korrekte Spreizung bei reinem Wärmeaustrag K_Spreizung_T_AD_min allein zur Ermittlung der Bedingung B_Spreizung_T_AD_OK verwendet wird, ermittelt. Wenn beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, wird der Korrekturbedarf als signifikant und verhältnismäßig eingestuft. Ist sichergestellt, dass keine Solareinstrahlung einwirkte, wobei die Sonnenhöhe immer unter einem abgelegten Schwellwert lag, wird die Adaption freigegeben, wobei der relative Fehler T_Modell_{Fehler_rel} auf die beiden variablen Faktoren Fak_AD_{dT_AUS} und Fak_AD_{dT_AUS2} , wobei der Anteil des Faktors für die lineare Teilgleichung Fak_AD_{dT_AUS} (Anteit_lin) aus dem Verhältnis der beim Deaktivieren der sekundären Solarpumpe (5) auf den Kollektor wirkenden Temperaturspreizung T_Spreizung_Start, wobei diese als Differenz der zum Modellstart abgelegten Temperaturen der Umgebungsluft T_Umgebung_Start und der gemessenen Kollektortemperatur T_Modell_Start ermittelt wird, und einem abgelegten Referenzwert K_Spreizung_lin_REF gebildet wird, aufgeteilt wird. $$T\_Spreizun{g}_{Start}=T\_Model{l}_{Start}-T\_Umgebun{g}_{Start}$$

  

  $$Anteil\_lin=K\_Spreizung\_lin\_REF\text{/}T\_Spreizun{g}_{Start}$$

  

  $$Fak\_A{D}_{dT\_AUSneu}=Fak\_A{D}_{dT\_AUSakt}\ast \left(T\_Model{l}_{Fehler\_rel}\ast Anteil\_lin+1\right)$$

  
• Bei entsprechend niedrigem Referenzwert K_Spreizung_lin_REF wird erreicht, dass die Abweichung T_Modell_{Fehler_rel} bei einem geringen während der Stillstandphase überstrichenen Temperaturbereich T_Modell_Spreizung allein in den Faktor für die lineare Teilgleichung Fak AD_{dT_AUS} eingerechnet wird.
• Der Anteil zur Ermittlung des Faktors für die quadratische Teilgleichung FakAD_dTAUS2 (Anteil_q) entspricht dem nach Abzug des Anteils des Faktors für die lineare Teilgleichung Fak_AD_{dT_AUS} (Anteil_lin) verbleibenden Restanteil am relativen Fehler T_Modell_{Fehler_rel}. $$Anteil\_q=1-Anteil\_lin$$

  
• Der korrigierte Wert Fak_AD_{dT_AUS2neu}wird ermittelt, indem der aktuell gespeicherte Wert Fak_AD_dT__Aus2akt mit einem Korrekturwert entsprechend der neuen anteiligen Abweichung, wobei die vorzeichenkorrigierte Quadratwurzel des ermittelten anteiligen Fehlers, wobei der Anteil des Faktors für die quadratische Teilgleichung FakAD_dTAUS2 (Anteil_q) mit dem relativen Fehler T_Modell_{Fehler_rel} multipliziert wird, gebildet und das Vorzeichen des relativen Fehlers T_Modell_{Fehler_rel} bestimmt wird, die Wurzelberechnung mit dem Absolutwert des relativen Fehlers T_Modell_{Fehler_rel} erfolgt und das Rechenergebnis das Vorzeichen des relativen Fehlers T_Modell_{Fehler_rel} erhält, multipliziert wird. $$Fak\_A{D}_{dT\_AU{S}^{2}neu}=Fak\_A{D}_{dT\_AU{S}^{2}akt}\ast \left(\left[Vorz\right]\sqrt{abs\left(T\_Model{l}_{Fehler\_rel}\right)\ast Anteil\_q}+1\right)$$

  
• Liegt der Anteil zur Ermittlung des Faktors für die quadratische Teilgleichung FakAD_dTAUS2 (Anteil_q) unterhalb eines abgelegten Schwellwertes (K_Anteil_Korr_q_min), so wird der Korrekturanteil als vernachlässigbar definiert und verworfen. Der aktuell herrschende Faktor Fak_AD_{dT_Aus2akt} bleibt unverändert. $$Fak\_A{D}_{dT\_AU{S}^{2}neu}=Fak\_A{D}_{dT\_AU{S}^{2}akt}$$

  
• Aus den für K_Anteil_Korr_q_min und K_Spreizung_lin_REF abgelegten Werten ergibt sich eine Grenztemperatur für die Korrektur des für die quadratische Teilgleichung Fak_AD_{dT_AUS2} ., wodurch die Obergrenze des Bereiches C definiert ist.
• Die Güte des Wärmeaustrages wird als verlässlich bewertet und als Freigabebedingung für die Ermittlung der beiden variablen Faktoren Fak_AD_{dT_EIN} und Fak_AD_{dT_EIN2} (B_T_Modell_OK) abgelegt, wenn die Modellabweichung bei reinem Wärmeaustrag klein genug ist, wobei der absolute relative Fehler T_Modell_{Fehler_rel} immer unter einem abgelegten Schwellwert liegt, und dies für einen ausreichend weiten Temperaturbereich, wobei der Anteil zur Ermittlung des Faktors für die quadratische Teilgleichung FakAD_dTAUS2 (Anteil_q) mindestens ein Mal über einem abgelegten Schwellwert gelegen hat, gilt.
• Wärmeeintrag des ruhenden Mediums
• Der aktuelle Änderungstemperaturwert für den Wärmeeintrag dT_EIN_akt wird analog dem Änderungstemperaturwert für den Wärmeeintrag dT_AUS_akt, wobei die quadratische Gleichung in Abhängigkeit von dem aktuell ermittelten Spannungswert des Strahlungssensors U_PV_akt, wobei dieser auf Basis der Photovoltaik ermittelt wird, gelöst wird, gebildet. $$dT\_EI{N}_{akt}=K_{PV\_EIN}\ast Fak\_A{D}_{PV\_EIN}\ast U\_P{V}_{akt}+K_{PV\_EI{N}^2}\ast Fak\_A{D}_{PV\_EI{N}^2}\ast U\_P{V}_{akt}{}^2$$

  
• Ist der unterhalb des Kollektors befindliche Reflektor ausgefahren und korrekt platziert, wobei diese Informationen von der Reflektorsteuerung übernommen werden, wird Solarstrahlung auf den Kollektor reflektiert, deren Wärmeeintrag nicht im vollen Umfang durch den Strahlungssensor repräsentativ für die gesamte Anlage erfasst wird. Daher wird der aktuelle Änderungstemperaturwert für den Wärmeeintrag dT_EIN_akt mit einem festen Korrekturwert Fak_PV_Booster, wobei der Korrekturwert einem über Richtung und Azimut der Sonne aufgespannten Kennfeld, wobei darin ermittelte Korrekturwerte für den jeweiligen Sonnenstand und für den ausgefahrenen und korrekt positionierten Reflektor abgelegt sind, entnommen wird, multipliziert. $$dT\_EI{N}_{akt\_Booster}=dT\_EI{N}_{akt}\ast Fak\_PV\_Booster$$

  
• Die beiden variablen Faktoren Fak_AD_{PV_EIN} und Fak_AD_{PV_EIN2} werden bei Erfüllung der Freigabebedingungen, wobei diese analog zum Wärmeaustrag aus dem überstrichenen Temperaturbereich T_Modell_Spreizung, wobei die Bedingung B_Spreizung_PV_AD_OK durch Vergleich des Schwellwertes für die korrekte Spreizung bei reinem Wärmeeintrag K_Spreizung_PV_AD_min mit der ermittelten Spreizung T_Modell_Spreizung gebildet wird, und dem relativen Fehler T_Modell_{Fehler_rel} sowie aus dem Sonnenstand, wobei die aktuelle Sonnenhöhe über einem abgelegten Wert liegen muss, und der Güte des ermittelten Wärmeaustrages, wobei die Freigabebedingung B_T_Modell_OK erfüllt ist, gebildet werden, analog den variablen Faktoren Fak_AD_{dT_AUS} und FakAD_dTAUS2 ermittelt, wobei die entsprechende Bedingung B_PV_Flanke aus dem zweiten lokalen Minimum des Temperaturverlaufs der gemessenen Temperatur T_Koll_min, wobei nach Erkennung eines steigenden Temperaturverlaufs der gemessenen Temperatur T_Koll_min (B_Anstieg_OK) nachfolgend auf einen sinkenden Temperaturverlauf geprüft, wobei die zeitliche Änderung der gemessenen Temperatur T_Koll_min bestimmt und mit einem abgelegten Schwellwert verglichen und bei dessen Unterschreitung die Bedingung B_PV_Flanke gebildet wird, und bei erfüllter Bedingung B_PV_Flanke fortlaufend das Minimum des gemessenen Temperatursignals T_Koll_min ermittelt wird, und mit nachfolgender Deaktivierung der Bedingung B_PV_Flanke, wobei nun auf steigende Temperatur erkannt wird, die aktuell gemessene Kollektortemperatur T_Koll_MW(III), wobei die beiden Sensorsignale (7 und 10) gemittelt werden, ermittelt und als PV_Modell_{T_SOLL} abgelegt wird. $$T\_KOLL\_MW=\left(T\_Sensor\_7+T\_Sensor\_10\right)/2$$

  

  $$T\_Model{l}_{Spreizung}=T\_Model{l}_{Start}-PV\_Model{l}_{T\_SOLL}$$

  

  $$T\_Model{l}_{Fehler}=T\_Model{l}_{IST}-PV\_Model{l}_{T\_SOLL}$$

  
• Die Güte des Wärmeeintrages wird als verlässlich bewertet und als inverse Freigabebedingung für die Aktualisierung bzw. den Abgleich der ermittelten Kollektortemperatur B_FG_Akt_PV_Modell abgelegt, wenn die Modellabweichung bei reinem Wärmeeintrag klein genug ist, wobei der absolute relative Fehler T_Modell_{Fehler_rel} immer unter einem abgelegten Schwellwert liegt, und dies für einen ausreichend weiten Temperaturbereich, wobei der Anteil zur Ermittlung des Faktors für die quadratische Teilgleichung Fak_AD_{dT_EiN2} (Anteil_q) mindestens ein Mal über einem abgelegten Schwellwert gelegen hat, gilt.
• Aktualisierung der ermittelten Kollektortemperatur des ruhenden Mediums
• Eine Anforderung zur Aktualisierung der ermittelten Kollektortemperatur (IV), wobei entsprechend 4 der Inhalt des Kollektorfeldes (A) mittels der sekundären Solarpumpe (5) für eine abgelegte Zeitdauer umgewälzt und dadurch an den Temperatursensoren (7 und 10) vorbeigeführt, wobei der Vergleich der gemessenen mit der ermittelten Temperatur eine Abweichung ergibt und diese gegebenenfalls zu weiteren Maßnahmen führt, und ein zum Zeitpunkt der Deaktivierung gemessener Kollektorwert (VIII) als Startwert T_Modell_Start der Ermittlung zur Verfügung gestellt wird, erfolgt zur Initialisierung der ermittelten Kollektortemperatur, wobei zum Zeitpunkt der Aktivierung der Steuereinheit (4) das Trägermedium steht, wobei diese Information aus der Ansteuerinformation der primären Solarpumpe (2) gebildet wird.
• Weiterhin wird die Aktualisierung zur Ermittlung der variablen Faktoren Fak_AD_{dT_AUS} und Fak_AD_{dT_Aus2} bzw. Fak_AD_{PV_EIN} und Fak_AD_{PV_EIN2} angefordert, wobei das Umwälzen zu Beginn der nachfolgenden Temperaturermittlung, wobei entsprechend der abgelegten Freigabebedingungen jeweils nur die variablen Faktoren entweder des Wärmeaus- oder -eintrag bestimmt wird, definierte Startbedingungen schafft sowie die nötigen Startwerte liefert und bei der Beendigung derTemperaturermittlung, wobei diese durch das Erreichen festgelegter Bedingungen, wobei dies fest vorgegebene Zeitpunkte oder das Erreichen bzw. Überschreiten abgelegter Schwellen, wobei diese Temperaturwerte oder -verläufe umfassen, sein können, definiert wird, die Randbedingungen zur Bildung der jeweiligen Kennwerte liefert, solange die Güte des Wärmeaus- bzw. eintrages als unzureichend bewertet wird.
• Eine Anforderung wird zur exklusiven Anpassung des variablen Faktors Fak_AD_{dT_AUS2} ausgelöst, wobei die ermittelte Temperatur T_Modell_akt des abkühlenden Kollektors innerhalb des Temperaturbereiches (B), wobei die beim Deaktivieren der sekundären Solarpumpe (5) auf den Kollektor wirkende Temperaturspreizung T_Spreizung_Start, oberhalb eines abgelegten Schwellwertes und der durch das nachfolgende Absinken der ermittelten Temperatur überstrichende Temperaturbereich, wobei dieser als Differenz der Starttemperatur T_Modell_Start und der aktuell ermittelten Temperatur T_Modell_akt gebildet wird, größer als ein weiterer abgelegter Schwellwertes ist, liegt.
• Je weiter sich die Temperatur des Trägermediums Wasser dessen Gefrierpunkt nähert, desto wichtiger ist eine exakt ermittelte Kollektortemperatur, um vorteilhaft geeignete Frostschutzmaßnahmen zu ergreifen. Darum wird eine Aktualisierung angefordert, sobald die ermittelte Kollektortemperatur kleiner als ein abgelegter Schwellwert, wobei dieser vorzugsweise dicht oberhalb der Schmelztemperatur liegt, ist. Dies hat erfahrungsgemäß den weiteren Vorteil, dass bei dem Umwälzen wärmeres Wasser aus dem im Gebäude liegenden Teil des Kollektorkreises (A) in den außerhalb liegenden Teil gelangt, wobei die Kollektortemperatur angehoben wird, und somit an sich bereits eine Frostschutzfunktion darstellt.
• Strömendes Medium
• Der Wärmeeintrag in das strömende Medium wird anhand des aktuellen Spannungswertes des Strahlungssensors U_PV_akt, wobei dieser auf Basis der Photovoltaik gebildet wird, sowie dem variablen linearen Faktor für den Wärmeintrag Fak_AD_{PV_EIN}, wobei dieser aufgrund der primär herrschenden diffusen Strahlung während dessen Ermittlung repräsentativ und die Korrektur der quadratischen Teilgleichung vernachlässigbar sind, ermittelt und mittels einer linearen Gleichung in ein Basis-Steuersignal für die primäre Solarpumpe (2) PWM_je_UPV umgewandelt, wobei der Offset Off_UPV_PWM und der Faktor F_UPV_2_PWM sämtliche kalorische und hydraulische Parameter der gesamten Anlage subsumieren, die zu einem Volumenstrom führen, aus dem die abgelegte Soll- Differenz zwischen den Temperaturen von Kollektorvor- und -rücklauf resultiert. $$PWM\_je\_UPV=\left(Off\_UPV\_PWM+F\_UPV\_2\_PWM\ast U\_P{V}_{akt}\right)\ast Fak\_A{D}_{PV\_EIN}$$

  
• Da der Wirkungsgrad des Kollektors von dem Winkel der einfallenden Solarstrahlung abhängt, wird der aus dem Strahlungssensor gewonnene Steuerbefehl PWM_je_UPV abhängig vom einfallenden Strahlungswinkel, wobei dieser durch die Sonnenrichtung und den Sonnenazimut beschrieben wird, mittels eines Faktors Fak_Korr_Sonne korrigiert, wobei der Korrekturwert einem über Richtung und Azimut der Sonne aufgespannten Kennfeld KF_Korr_Sonne, wobei ermittelte Korrekturwerte für den jeweiligen Sonnenstand abgelegt sind, entnommen wird.
• Ist der unterhalb des Kollektors befindliche Reflektor ausgefahren und korrekt platziert, wobei diese Informationen von der Reflektorsteuerung übernommen werden, wird Solarstrahlung auf den Kollektor reflektiert, deren Wärmeeintrag nicht im vollen Umfang durch den Strahlungssensor repräsentativ für die gesamte Anlage erfasst wird. Daher wird der aus dem Strahlungssensor gewonnene Steuerbefehl PWM_je_UPV mit einem festen Korrekturwert Fak_Korr_Booster, wobei der Korrekturwert einem über Richtung und Azimut der Sonne aufgespannten Kennfeld KF_Korr_Booster, wobei darin ermittelte Korrekturwerte für den jeweiligen Sonnenstand und für den ausgefahrenen und korrekt positionierten Reflektor abgelegt sind, entnommen wird, multipliziert.
• Die Änderung des Wärmeeintrages bei hoher Dynamik der Solarstrahlung, wobei diese beispielsweise durch wechselnde Verschattung der Anlage durch Wolken erzeugt werden können, hat eine signifikant verzögerte Wirkung auf die Austritts- bzw. Rücklauftemperatur des Kollektors. Erfahrungsgemäß ist es vorteilhaft, die Förderleistung der primären Solarpumpe (2) sowohl entsprechend eines starken Anstiegs als auch entsprechend eines starken Abfalls der Solarstrahlung kurzzeitig zu senken. Die entsprechende Korrektur des Steuerbefehls für die primäre Solarpumpe (2) PWM_dUPV/dt wird aus dem Gradient des Spannungswertes des Strahlungssensors U_PV_akt (dUPV/dt), wobei die Änderung des Wertes pro Zeiteinheit bestimmt wird, sowie einem Wichtungsfaktor K_Fak_Wicht_dUPV/dt, wobei dieser die thermische und hydraulische Trägheit der Wassersäule subsumiert, gebildet. $$PWM\_dUPV/dt=dUPV/dt\ast K\_Fak\_Wicht\_dUPV/dt$$

  
• Der Wärmeaustrag aufgrund von thermischen Verlusten wird aus dem Verhältnis zwischen der absoluten Kollektortemperatur, wobei der Mittelwert aus der Vor- und der Rücklauftemperatur (7 und 10) gebildet wird, und der absoluten Umgebungstemperatur (8) gebildet und mittels eines Faktors K_Fak_PWM_dT_Koll, wobei dieser sämtliche hydraulische und kalorische Parameter des Kollektorkreises sowie sämtliche kalorische Parameter der Umgebung des Kollektorkreises subsummiert, in eine Korrektur des Steuersignals für die primäre Solarpumpe (2) Fak_dT_Koll_rel umwandelt. $$Fak\_dT\_Koll\_rel=\frac{\left(T_{Vorl}+T_{Rückl}\right)/2+273}{T_{Umg}+273}\ast K\_Fak\_PWM\_dT\_Koll$$

  
• Abschließend wird das ermittelte Steuersignal für den korrekten Volumenstrom PWM_vorgest aus den oben genannten Parametern gebildet, wobei die Differenz aus dem Basissignal PWM_je_UPV und der Korrektur hoher Strahlungsdynamik dynamischen PWM_dUPV/dt gebildet und anschließend mit den Korrekturfaktoren für den Winkel der Solarstrahlung Fak_Korr_Sonne, den ausgefahrenen und korrekt positionierten Reflektor Fak_Korr_Booster sowie den Faktor für den Wärmeverlust Fak_dT_Koll_rel multipliziert. $$PWM\_vorgest=\left(PWM\_je\_UPV-PWM\_dUPV/dt\right)\ast Fak\_Korr\_Sonne\ast Fak\_Korr\_Booster\ast Fak\_dT\_Koll\_rel$$

  
• Eine nachgeschaltete Regeleinrichtung stellt sicher, dass die gewünschte Temperaturdifferenz eingestellt wird, wobei sie die Differenz zwischen der abgelegten und der gemessenen Temperaturdifferenz bestimmt und daraus Änderungen für das Steuersignal der primären Solarpumpe (2) PWM_PID ermittelt. Die Summe aus dem ermittelten Signal PWM_voigest und dem Regelanteil PWM_PID ergibt das finale an die primäre Solarpumpe ausgegebene Steuersignal PWM_SOLL. $$PWM\_SOLL=PWM\_vorgest+PWM\_PID$$

  
• Diagnosen
• Erfahrungsgemäß liegt der Korrekturbedarf durch den Regler PWM_PID im gesamten Betriebsbereich des installierten Ausführungsbeispiels bei ca. ±5%.
• Auch die variablen linearen Faktoren Fak_AD_{dT_AUS} und Fak_AD_{PV_EIN}, wobei diese die Güte der ermittelten Kollektortemperatur hinreichend genau beschreiben, liegen erfahrungsgemäß in diesem Bereich.
• Werte, die deutlich außerhalb dieses Bereiches, beispielsweise bei ±15% liegen, werden als systemuntypisch angesehen und würden bei deren wiederholten Auftreten zu einer intensiven Prüfung des installierten Ausführungsbeispiels führen. Diese Erkennung systemuntypischen Verhaltens sowie weitere Aufgaben wird eine noch zu beschreibende nachgelagerte Einrichtung erfüllen können.
• Bezugszeichenliste

1

Solarspeicher - ggf. mit Wärmetauscher

2

Primäre Solarpumpe

3

Solarkollektor

4

Steuereinrichtung

5

Sekundäre Solarpumpe

6

Sperrvorrichtung

7

Temperaturfühler Kollektor Vorlauf

8

Temperaturfühler Umgebung

9

Solarstrahlungssensor

10

Temperaturfühler Kollektor Rücklauf

11

Wärmetauscher

12

Weitere Steuereinrichtung

A

Kollektorkreis

B

Bereich zur exklusiven Adaption des variablen quadratischen Anteils FakAD_dTAUS2

C

Bereich zur exklusiven Adaption des variablen linearen Anteils Fak_AD_{dT_AUS}

I

Signal Strahlungssensor U_PV_akt

II

Ermittelte Kollektortemperatur T_Modell_akt

III

Gemessene Kollektortemperatur T_Koll_MW

IVi

i Anforderungen der Aktualisierung der ermittelten Kollektortemperatur B_Akt_T_Koll

V

Gemessene minimale Kollektortemperatur T_Koll_min

VI

Außentemperatur T_außen

VII

Erstes lokales Minimum der gemessenen Temperatur T_Modell_{T_SOLL}

VIII

Initialisierungs- bzw. Starttemperatur T_Modell_Start

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 000010341741 B4 [0004]
• DE 102018209855 A1 [0005]
• WO 002014071900 A1 [0006]
• DE 102019203421 A1 [0007]

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer thermischen Solaranlage, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (4) mindestens eine der für die Steuerung der Solaranlagen notwendigen Kollektortemperaturen rechnerisch ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Steuereinheit (4) die Wärmeströme in den Kollektor hinein und aus dem Kollektor hinaus ermittelt, in Temperaturänderungen umwandelt und diese einer Korrektur des aktuell ermittelten Temperaturwerts zuführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei an die Steuereinheit mindestens ein Strahlungssensor (9), mindestens ein Umgebungstemperaturfühler (8) und mindestens ein Sensor für die Temperatur des Trägermediums (7) angeschlossen sind und die Steuereinheit (4) die entsprechenden Signale auswertet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, wobei der Wärmeaustrag aus der Differenz zwischen der Außentemperatur (8) und dem für den Kollektor ermittelten Temperaturwert und der Wärmeeintrag aus dem Signal des Solarstrahlungssensors (9) sowie unter Verwendung fester und variabler Parameter gebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei bei strömendem Trägermedium der ermittelte Temperaturwert dem Wert eines Sensors für die Temperatur des Trägermediums (7) gleichgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4 und 5, wobei die Strömung des Mediums auf einen kleinen Solarkreis, wobei eine direkte Verbindung des Kollektors (3) mit dem Solarspeicher (1) durch mindestens ein Ventil (6) oder mindestens einen Wärmetauscher (11) unterbrochen wird, beschränkt bleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4 und 5, wobei der Unterschied zwischen dem ermittelten und dem gemessenen Temperaturwert anhand von abgelegten Parametern in mindestens einen Korrekturwert je Wärmestrom umgewandelt und dieser zusätzlich der Ermittlung des jeweiligen Wärmestromes zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 und 4, wobei im Solarbetrieb, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine primäre Solarpumpe (2) aktiv ist, der Wärmeeintrag in einen Steuerbefehl umgewandelt wird, sodass der resultierende Volumenstrom zu einer gleichbleibenden Kollektorerwärmung, gekennzeichnet durch die Bildung der Differenz aus den Temperaturen von Kollektorlauf (7) und Rücklauf (10), führt, und dieser der Ansteuerung mindestens einer primären Solarpumpe (2) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 8, wobei der Steuerbefehl einer Steuereinrichtung (4) einer nachgeschalteten Regeleinrichtung zugeführt, dort die Differenz zwischen den Temperaturen von Kollektorlauf (7) und Rücklauf (10) ermittelt, diese mit einem abgelegten Temperaturwert verglichen und die resultierende Abweichung in korrigierende Steuerbefehle für die Solarpumpe (2) zur Reduzierung der Abweichung umgewandelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Steuerbefehl der nachgeschalteten Regeleinrichtung gemittelt, in mindestens einen Korrekturwert umgewandelt und dieser zusätzlich der Ermittlung des Wärmeeintrags zugeführt wird.

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