EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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Fluid Eintritt |
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Fluid Austritt |
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Grenzwerteingang |
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Logik - Ausgang |
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Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Kennlinien Bauteilform Beispiel
Mit dem Solarfeldmodell kann das Verhalten eines gesamten Solarfelds simuliert werden. Die Größe des Felds wird bestimmt von der Anzahl der Kollektoren NCOLL und den Daten des Kollektormodells. Die Berechnungsmethoden sind nahezu identisch mit denen im Kollektorbauteil 113. Zusätzliche Terme zum Beschreiben der Prozessart im Feld und der Wärmeverluste der Verbindungs- und Header-Rohrleitungen stehen zur Verfügung. Im Gegensatz zum Kollektorbauteil steht hier keine modell-basierte Druckverlustberechnung zur Verfügung, weil der Druckverlust stark vom detaillierten Aufbau des Felds abhängt, was letztlich ein wirtschaftlicher Faktor ist. Der Nutzer kann das Kollektorbauteil 113 zusammen mit den Header-Bauteilen 114 und 115 benutzen, um den Druckverlust für einen spezifischen Feldaufbau zu bestimmen.
Wie bei Bauteil 113 (Linienfokussierender Solarkollektor) ist das Polynom zur Berechnung der Wärmeverluste erweitert worden, und ein Logik-Ausgang für QEFF ist ebenfalls ergänzt worden.
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FPROC |
Prozesstyp Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Sensibel (flüssig oder Gas) |
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FSPEC |
Berechnungsmethode Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Massenstrom festgelegt, Austrittszustand berechnet |
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COLSET |
Geladener Kollektor-Datensatz |
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FTYPE |
Kollektor - Bauart Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Parabolrinne |
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LENGTH |
Bruttolänge einer Kollektoreinheit |
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AWIDTH |
Bruttoaperturweite einer Kollektoreinheit |
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NRATIO |
Verhältnis der aktiven reflektierenden Fläche zur Bruttokollektorfläche gegeben durch LENGTH*AWIDTH |
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LFOCAL |
Brennweite des Kollektors (Parabolrinne), Höhe des Absorberrohrs über Spiegelfläche (Linear-Fresnel) (benutzt zur Berechnung des Endverlusts) |
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ROWDIST |
Achsenabstand von zwei parallelen Kollektorreihen (benutzt für Abschattungsberechnung) |
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CDIST |
Abstand zwischen zwei Kollektoren in Reihe (benutzt für die Berechnung der Endgewinne wenn FELOSS=2..4) |
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CAZIM |
Kollektorazimutwinkel: Richtung der positiven Kollektorachse. Nach Norden=0°, positiv in östliche Richtung (benutzt für die Berechnung von Einfallswinkel und Transversalwinkel wenn FSPHI=2) |
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CSLOP |
Kollektorachsenneigung: Winkel zwischen Kollektorachse und horizontaler Ebene (benutzt für die Berechnung von Einfallswinkel und Transversalwinkel wenn FSPHI=2) |
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NCOLL |
Anzahl der Kollektoreinheiten im Feld |
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FMODE |
Schalter für Berechnungsmodus =1: lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus, auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird) = -1: lokale Auslegung |
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DP12N |
Nominaler Druckverlust |
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FDP12PL |
Berechnungsmethode für Teillast-Druckverlust Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: abhängig vom Massenstrom Indexierung ist so ausgewählt, dass sie Bauteil 113 (Solarkollektor) entspricht |
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DPSHN |
Nominal-Druckverlust des Überhitzers (nur wenn FPROC=2) |
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EDP12PL |
für FDP12PL=4 Anpassungsfunktion für Teillast-Druckverlust im Verhältnis zum Nominal-Druckverlust. function evalexpr:REAL; |
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FOPT0 |
Höchster optischer Wirkungsgrad (bezogen auf die Netto-Öffnungsfläche LENGTH*AWIDTH*NRATIO) |
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CLEANI |
Sauberkeit der Spiegel als Verhältnis des Ist-Reflexionsgrads zum Nominal-Reflexionsgrad, der für FOPT0 angenommen wird (Standardwert, der saubere Spiegel anzeigt, ist 1) |
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AVAIL |
Ist-Feldverfügbarkeit |
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CORSHAD |
Faktor zum Abstimmen des Ergebnisses des Abschattungsmodells |
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FELOSS |
Methode zur Berechnung optischer Endverluste und Endgewinne Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Optische Endverluste nicht berücksichtigt (auch Endgewinne nicht |
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CORELOS |
Faktor zum Abstimmen der aus dem Endverlustmodell berechneten optischen Endverluste (1=keine Korrektur des Modells) |
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COREGAI |
Faktor zum Abstimmen der aus dem Endgewinnmodell berechneten optischen Endgewinne (1=keine Korrektur des Modells) |
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FWIND |
Korrekturfaktor für Windeinfluss (1=keine Korrektur) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck
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CORWIND |
Faktor zum Beschreiben der Windeinwirkung auf die optische Leistung (1=keine Einwirkung oder Einwirkung definiert durch EWIND) |
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EWIND |
für FWIND=1 Anpassungsfunktion Windeinwirkung: Ergebnis: 0..., Standard ist 0. function evalexpr:REAL; end; |
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XEVAP |
Dampfanteil beim Ausgang des Verdampfers (benutzt für Receiver-Wärmeverlustberechnung wenn FPROC=2 ausgewählt ist) |
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FPIPELOSS |
Modell für Wärmeverluste der Verbindungs- und Header-Rohrleitungen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Konstanter Wert festgelegt durch Parameter PIPELOSS |
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PIPELOSS |
Nominal-Wärmeverlust aller Solarfeld-Rohrleitungen außer Receivern (bezieht sich auf Netto-Aperturfläche) |
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EPIPELOSS |
für FPIPELOSS=2 Anpassungsfunktion für Rohrleitungswärmeverluste. Ergebnis: W/m**2 |
Diese Vorgabewerte zur Leistungsbegrenzung werden benutzt, wenn in FLIMITS (=0) Festlegung durch Vorgabewert ausgewählt ist. Andernfalls (FLIMITS=1) werden die entsprechenden Werte von Leitung 3 gelesen.
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FLIMIT |
Methode zur Leistungsbegrenzung Ausdruck =0: Fokuszustand vordefiniert (FOCUS) |
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FLIMITS |
Methode zur Definition des Grenzwertes Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Grenzwert definiert durch Vorgabewert FOCUS, M2MAX, QMAX, T2MAX, H2MAX oder X2MAX entsprechend der Auswahl bei FLIMIT
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FOCUS |
Fokuszustand des Kollektors (0=nicht fokussiert, 1=fokussiert, dazwischen linear, benutzt wenn FLIMIT=0) |
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M2MIN |
Minimum Massenstrom (benutzt wenn FSPEC=1 und FLIMIT=1) |
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M2MAX |
Maximum Massenstrom (benutzt wenn FSPEC=1 und FLIMIT=1) |
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QMAX |
Maximum Wärmeenergie des Felds (benutzt wenn FSPEC=1 und FLIMIT=2) |
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T2MAX |
Maximum Austrittstemperatur (benutzt wenn FSPEC=0 und FLIMIT=3 und FPROC=0/2) |
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H2MAX |
Maximum austrittsspezifische Enthalpie (benutzt wenn FSPEC=0 und FLIMIT=4) |
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X2MAX |
Maximum Austrittsdampfanteil (benutzt wenn FSPEC=0 und FLIMIT=3 und FPROC=1) |
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FSPHI |
Festlegung von Einfallswinkel und Transversalwinkel Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegeben durch Parameter PHIINC und PHITRAN |
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PHIINC |
Einfallswinkelvorgabe (dieser Wert wird benutzt wenn FSPHI=0) |
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PHITRAN |
Transversalwinkelvorgabe (dieser Wert wird benutzt wenn FSPHI=0) |
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FSDNI |
Festlegung der Direkt-Normal-Strahlung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegeben durch Parameter DNI |
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DNI |
Direkt-Normal-Strahlung (dieser Wert wird benutzt wenn FSDNI=0) |
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FSTAMB |
Festlegung der Umgebungstemperatur Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegeben durch Parameter TAMB |
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TAMB |
Umgebungstemperatur (dieser Wert wird benutzt wenn FSTAMB=0) |
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FSWIND |
Festlegung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegeben durch die Parameter VWIND und AWIND |
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VWIND |
Windgeschwindigkeit (>0, dieser Wert wird benutzt wenn FSWIND=0) |
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AWIND |
Windrichtung (von Süden nach Norden=0°, positiv in östliche Richtung, Werte im Bereich von 0..360°, dieser Wert wird benutzt wenn FSWIND=0) |
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ISUN |
Index des Referenz-Solardatenbauteils (Bauteil 117) |
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FIAM |
Methode zur Berechnung der Einfallswinkelkorrektur Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Standardpolynom |
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IAMLA |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAML0 |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAML1 |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAML2 |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAML3 |
Koeffizient für Standard Formulation (longitudinal) |
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IAML4 |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAML5 |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAMLCOS |
Koeffizient für Standardformulierung (longitudinal) |
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IAMT0 |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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IAMT1 |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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IAMT2 |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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IAMT3 |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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IAMT4 |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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IAMT5 |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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IAMTCOS |
Koeffizient für Standardformulierung (transversal) |
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EPHIINC |
für FIAM=1 Anpassungsfunktion für Einfallswinkel. Ergebnis: 0...90° |
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EPHITRAN |
für FIAM=1 Anpassungsfunktion für Transversalwinkel. Ergebnis: 0...90° or 270°...360° |
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FQLOSS |
Methode für Wärmeverlust - Berechnung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Standardpolynom |
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QLOSSA0 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (konstanter Term in dT) |
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QLOSSA1 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (linearer Term in dT) |
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QLOSSA2 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (^2 Term in dT) |
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QLOSSA3 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (^3 Term in dT) |
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QLOSSA4 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (^4 Term in dT) |
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QLOSSB0 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (DNI-Abhängigkeit) (konst. Term in dT) |
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QLOSSB1 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (DNI-Abhängigkeit) (lin. Term in dT) |
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QLOSSB2 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (DNI-Abhängigkeit) (^2 Term in dT) |
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QLOSSC1 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (linearer Term in T) |
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QLOSSC2 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (^2 Term in T) |
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QLOSSC3 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (^3 Term in T) |
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QLOSSC4 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (keine DNI-Abhängigkeit) (^4 Term in T) |
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QLOSSD1 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (DNI-Abhängigkeit) (linearer Term in T) |
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QLOSSD2 |
Koeffizient für Standardformulierung Wärmeverlust (DNI-Abhängigkeit) (^2 Term in T) |
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EQLOSS |
für FQLOSS=1 Anpassungsfunktion für Receiverwärmeverluste. Ergebnis: [W/m] |
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M1N |
Massenstrom (nominal) |
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VREFN |
Spezifisches Volumen am Referenzpunkt (nominal) |
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T1N |
Eintrittstemperatur (nominal) |
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T2N |
Austrittstemperatur (nominal) |
Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
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RDNI |
Für die Berechnung benutzte Direkt-Normal-Strahlung |
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RSHEIGHT |
Für die Berechnung benutzter Sonnenhöhenwinkel |
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RSAZIM |
Für die Berechnung benutzter Sonnenazimutwinkel |
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RPHIINC |
Für die Berechnung benutzter Einfallswinkel |
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RPHITRAN |
Für die Berechnung benutzter Transversalwinkel |
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ETAOPT |
Optischer Wirkungsgrad RFOCUS * QSOLAR / (DNI * ANET) |
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ETATHERM |
Wärmewirkungsgrad QEFF / RFOCUS * QSOLAR |
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ETAFIELD |
Feldwirkungsgrad ETAOPT * ETATHERM |
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QSOLAR |
Solarenergie auf den Absorbern |
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QLOSS |
Wärmeverluste der Absorber |
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QPIPE |
Wärmeverluste der Feld-Rohrleitungen |
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QEFF |
Durch Fluid absorbierte Wärme |
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QAVAIL |
Verfügbare Wärmezufuhr |
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RFOCUS |
Für die Berechnung benutzter Fokuszustand |
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AGROSS |
Gesamt-Brutto-Aperturfläche |
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ANETCOLL |
Netto-Aperturfläche eines Kollektors |
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ANET |
Gesamt-Netto-Aperturfläche |
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QASOLAR |
Flächenspezifische eingestrahlte Leistung QSOLAR / ANET |
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QALOSS |
Flächenspezifische Receiverwärmeverluste QLOSS / ANET |
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QAPIPE |
Flächenspezifische Verrohrungswärmeverluste QPIPE / ANET |
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QAEFF |
Flächenspezifischer Wärmeeintrag QEFF / ANET |
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QLSOLAR |
Längenspezifische eingestrahlte Leistung QSOLAR / (LENGTH*NCOLL) |
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QLLOSS |
Längenspezifische Receiverwärmeverluste QLOSS / (LENGTH*NCOLL) |
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QLPIPE |
Längenspezifische Verrohrungswärmeverluste QPIPE / (LENGTH*NCOLL) |
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QLEFF |
Längenspezifischer Wärmeeintrag QEFF / (LENGTH*NCOLL) |
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KIA |
Einfallswinkel-Korrekturfaktor |
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KIAINC |
Einfallswinkel-Korrekturfaktor (longitudinaler Teil) |
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KIATRAN |
Einfallswinkel-Korrekturfaktor (transversaler Teil) |
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ETASHAD |
Abschattungswirkungsgrad |
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ETAENDL |
Endverlustwirkungsgrad |
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ETASPILL |
Spillage-Wirkungsgrad |
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DP12 |
Druckverlust über Kollektor |
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DPSH |
Überhitzerdruckverlust |
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RVWIND |
In der Berechnung benutzte Windgeschwindigkeit |
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RAWIND |
In der Berechnung benutzte Windrichtung |
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RTAMB |
In der Berechnung benutzte Umgebungstemperatur |
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RPH |
Anteil des Vorheizens |
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REV |
Anteil des Verdampfens |
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RSH |
Anteil des Überhitzens |
Der Nutzer muss zwischen zwei grundlegenden Berechnungsmethoden auswählen (FSPEC)
Die Wärmezufuhr in den Fluidstrom wird gegeben durch
M1*(H2-H1) = QEFF .
Diese Gleichung wird sowohl für Parabolrinnen- als auch für Linear-Fresnel-Kollektorfelder und alle Prozessarten (sensibel oder latent/sensibel) benutzt. Die verfügbare Wärmezufuhr QAVAIL hängt ab von der Sonnenwärmezufuhr QSOLAR und den Wärmeverlusten der Receiver QLOSS und der Feldrohrleitungen QPIPE.
QAVAIL = QSOLAR - QLOSS - QPIPE .
Aufgrund begrenzter Wärmeverbrauchskapazitäten wird das Solarfeld oft nicht die gesamte verfügbare Solarenergie nutzen. Teile des Felds werden dann defokussiert. Die effektive Hitze, die im Solarfeld erzeugt wird, wird daher um den Anteil reduziert, der durch defokussierte Kollektoren verloren geht.
QEFF = QSOLAR * RFOCUS - QLOSS - QPIPE
wobei RFOCUS der Ist-Fokuszustand des Kollektorfelds ist. Dieser Wert wird durch die ausgewählte Leistungsbegrenzungsmethode FLIMIT ermittelt und wird in einem separaten Abschnitt beschrieben. Es wird angenommen, dass die Wärmeverluste vorliegen, obwohl Teile des Felds nicht fokussiert sind.
Die Sonnenzufuhr QSOLAR wird bestimmt durch die Gleichung
QSOLAR = DNI * ANET * FOPT_0 * KIA * ETASHAD * ETAENDL * ETASPILL * ETA_CLEAN * AVAIL
mit den Termen:
DNI Direkt-Normal-Strahlung in W/m**2
ANET Netto-Aperturfläche ANET=NCOLL*LENGTH*AWIDTH*NRATIO
FOPT_0 Optischer Spitzenwirkungsgrad (Parameter FOPT0)
KIA Einfallswinkel-Korrektur (Kosinusverluste bereits eingeschlossen)
ETASHAD Faktor zum Einbeziehen von Abschattungsverlusten
ETAENDL Faktor zur Korrektur durch die Schaltung bestimmter Endverlusteffekte
ETASPILL Faktor zum Einbeziehen von optischen Verlusten aufgrund von Windeinfluss
ETA_CLEAN Faktor zur Korrektur für tatsächliche Spiegelreinheit ETA_CLEAN=CLEANI
AVAIL Feldverfügbarkeit
Verglichen mit Bauteil 113 (Linienfokussierender Solarkollektor) enthält diese Gleichung nicht den FOCUS-Parameter, da die Wirkung des Fokus an anderer Stelle bestimmt wird. Zusätzlich kommt AVAIL vor.
Die Wärmeverluste des Kollektors zur Umgebung werden anhand des längenspezifischen Wärmeverlusts qloss berechnet durch
QLOSS = qloss * LENGTH * NCOLL
Die für die Berechnung der Terme angewendeten Methoden werden im folgenden Abschnitt vorgestellt.
Die Leistung des Kollektors hängt ab von dem Produkt
FOPT0 * LENGTH * AWIDTH * NRATIO .
Da in der Literatur zu findende Leistungsdaten keine eindeutige Struktur haben, stellen Sie bitte sicher, dass FOPT0 immer zusammen mit der entsprechenden Referenzfläche benutzt wird. Das könnte die Bruttofläche sein, wie sie durch LENGTH*AWIDTH gegeben wird, oder die Nettofläche, die um den Faktor NRATIO reduziert wird. Wenn die Bruttofläche als Referenz angegeben wird, sollte NRATIO gleich 1 sein, um zu korrekten Ergebnissen zu kommen.
Für Linear-Fresnel-Systeme wird AWIDTH als die Breite des Kollektorsystems angesehen. Aufgrund der Facettenstruktur wird NRATIO benutzt, um die Netto-Aperturfläche zu bestimmen. Es ist die Entscheidung des Herstellers, ob die Netto-Aperturfläche als die Fläche definiert wird wenn alle Facetten zum Zenit zeigen oder diejenige der beabsichtigten Fläche bei senkrechter Einstrahlung. Für korrekte Ergebnisse sollte die Definition der Aperturfläche konsistent mit dem Wert des optischen Spitzenwirkungsgrads und den Einfallswinkelkorrekturwerten KIA sein.
Bei Linear-Fresnel-Systemen kann es aufgrund der spezifischen Optik dieser Systeme sein, dass der optische Spitzenwirkungsgrad bei senkrechter Einstrahlung nicht erreicht wird. Der Nutzer hat zwei Optionen, um die Parameter festzulegen:
Der optische Spitzenwirkungsgrad FOPT0 beschreibt den optischen Wirkungsgrad des Kollektors unter den Voraussetzungen
Abweichungen von diesem idealen Referenzpunkt werden durch eine Anzahl Faktoren beschrieben, die die verfügbare Hitze reduzieren. Diese werden im folgenden beschrieben.
Einfallswinkelkorrektur: KIA (entspricht Bauteil 113)
Bei nicht-senkrechtem Einfall der Sonne treten zusätzliche Verluste aufgrund von Abschattung der Strukturelemente des Kollektors, einem längeren optischen Pfad der reflektierten Sonnenstrahlen, und winkelabhängigen optischen Eigenschaften von Spiegeln und Absorberrohr auf. Diese optischen Effekte werden in der Einfallswinkelkorrektur KIA zusammengefasst. Beachten Sie, dass dieser Faktor bereits die Kosinusverluste des Parabolrinnenkollektors enthält, um dieselbe Methodologie wie für lineare Fresnel-Systeme zu erlauben.
KIA = KIAINC(RPHIINC) für Parabolrinnensysteme,
KIA = KIAINC(RPHIINC) * KIATRAN(RPHITRAN) für Linear-Fresnel-Systeme,
mit RPHITRAN=abs(PHITRAN)
Der Nutzer hat drei Optionen, um die Verhältnisse zwischen den Winkeln RPHIINC, RPHITRAN und KIAINC und KIATRAN, die durch das Flag FSPHI ausgewählt werden, vorzugeben.
KIAINC = ( 1-IAMLA+IAMLA*cos(RPHIINC) ) * (IAMLCOS*cos(RPHIINC) + IAMLO + IAML1*RPHIINC + IAML2*RPHIINC**2 + IAML3*RPHIINC**3 + IAML4*RPHIINC**4 + IAML5*RPHIINC**5 )
Die Struktur dieser Funktion ist so ausgewählt, dass sie in der Literatur gebräuchliche Formulierungen darstellen kann. Die Terme in der ersten Klammer sind notwendig, wenn eine Polynom-basierte Relation für die Einfallswinkelkorrektur dargestellt werden soll, die nicht bereits den Kosinus des Einfallswinkels beinhaltet.
KIAINC = IAMLO + IAML1*RPHIINC + IAML2*RPHIINC**2 + IAML3*RPHIINC**3 + IAML4*RPHIINC**4 + IAML5*RPHIINC**5
KIATRAN = IAMTO + IAMT1*RPHITRAN + IAMT2*RPHITRAN**2 + IAMT3*RPHITRAN**3 + IAMT4*RPHITRAN**4 + IAMT5*RPHITRAN**5
benutzt. In allen Fällen sind die Ergebnisse der Funktionen auf einen Minimalwert von 0 begrenzt. Wenn Sie die Anpassungsfunktion oder tabellenbasierte Methode benutzen, prüfen Sie immer ob die Einheiten (deg oder rad) von RPHIINC, RPHITRAN zu den Werten passen, die Sie vorgeben.
Wenn die Sonne nahe dem Horizont ist, schatten sich parallele Kollektorreihen gegenseitig ab. Dieser Effekt wird durch den Term ETASHAD berücksichtigt, der auf Grundlage von geometrischer Relation in Abhängigkeit vom Nachführwinkel (=Transversalwinkel) von Parabolrinnensystemen berechnet wird.
ETASHAD=1 - min(1, CORSHAD * max( 0,1- ROWDIST * cos(RPHITRAN) / AWIDTH ) )
Der Term min(...) beschreibt die Reduzierung der verfügbaren Energie als einen Bruchteil der Energie, die zur Verfügung steht, wenn keine Abschattung stattfindet. Wenn die Sonne hoch über dem Horizont steht, ist dieser Term gleich 0 und der ETASHAD ist 1. Der Nutzer hat die Möglichkeit, den modell-basierten Abschattungseffekt durch einen Korrekturfaktor CORSHAD zu korrigieren.
Die obige Berechnung geht davon aus, dass jede Kollektorreihe an beiden Seiten eine Nachbarreihe hat. In einem echten Solarfeld gilt dies an den Rändern nicht. Deshalb können die Abschattungsverluste leicht reduziert werden, indem ein CORSHAD-Wert kleiner als 1 ausgewählt wird.
Bei Einfallswinkeln <>0 treffen einige Anteile der reflektierten Sonnenstrahlen an den Enden des Kollektors das Absorberrohr nicht. Dieser Effekt heißt optischer Endverlust und ist eine Funktion des Einfallswinkels RPHIINC. Wenn der nächste Kollektor in derselben Achse ausgerichtet ist, können die verlorenen Sonnenstrahlen eines Kollektors das Absorberrohr des nächsten Kollektors treffen. Ein Teil der verlorenen Wärme kann daher zurückgewonnen werden. Dieser Effekt heißt optischer Endgewinn. Da ein Kollektor einen entsprechenden Nachbarkollektor an einer Seite oder an beiden Seiten haben kann, hängen die effektiven Endgewinne von der Position des Kollektors im Feld ab. Aus Gründen der Symmetrie wird angenommen, dass die durchschnittlichen Feld-Endgewinne nicht von der Position der Sonne im Verhältnis zur Kollektorachse abhängen. Der Nutzer muss über den Parameter CORELOS vorgeben, zu welchem Grad Endverluste im aktuellen Solarfeld-Aufbau verfügbar sind. Das Flag FELOSS bestimmt, auf welche Weise mit den Endeffekten umgegangen wird:
Die Endverlusteffekte ETA_ELOS werden berechnet auf Grundlage der Gleichung
ETA_ELOS =1
- CORELOS * min(1, kel * LFOCAL/LENGTH * tan(RPHIINC) )
+ COREGAI * max( 0, keg*min(1, kel * LFOCAL/LENGTH * tan(RPHIINC) ) - CDIST/LENGTH )
wobei der Term mit CORELOS die Endverluste darstellt und der Term mit COREGAI die Endgewinne. Die Parameter CORELOS und COREGAI sind Korrekturfaktoren mit einem Standardwert von 1, der die Effekte um einen Faktor korrigiert. Die Werte kel und keg werden benutzt, um die Nutzerauswahl im Flag FELOSS einzubeziehen:
Für die Berechnung auf Grundlage von FELOSS=2, 3 wird der Sonnenstand (Azimutwinkel SAZIM) benötigt um den Sonnenstand im Verhältnis zum Kollektor zu bestimmen. Der Sonnenstand muss vom Sonnenmodell mit dem Index ISUN geliefert werden. Für die anderen Optionen wird der Sonnenstand nicht benötigt, um die Endverluste zu berechnen.
Wenn CORELOS gleich 1 ist, werden Endgewinne bei jedem Kollektor im Feld erzeugt. Dies gilt für eine infinitesimale Anzahl von Kollektoren, und alle Kollektoren werden in Reihe entlang einer einzigen Achse angeordnet. Für ein realistischeres Solarfeld mit z.B. vier Kollektorschleifen in einer Reihe und einer U-Anordnung der vier Kollektoren können Endgewinne nur bei zwei der drei Kollektoren bezogen werden. Daher sollte der Nutzer COREGAI=0.5 vorgeben. Falls eine zusätzliche Korrektur über diesen „Solarfeldanordnungs”-Faktor hinaus benötigt wird, kann der COREGAI weiter reduziert werden.
Unter Windlasten wird die Kollektorstruktur deformiert, was den optischen Wirkungsgrad reduziert. Dieser Effekt wird dargestellt durch den Faktor ETASPILL. Es ist keine Modell- oder Standardformulierung für den Spillage-Effekt enthalten, da Daten über diesen Effekt spärlich sind. Der Nutzer hat zwei Möglichkeiten:
Die tatsächliche Reinheit der Spiegel im Verhältnis zum ideal reinen Zustand kann durch den Parameter CLEANI vorgegeben werden, so dass ETA_CLEAN=CLEANI.
Dieser Faktor dient dazu, eine benutzerdefinierte Verfügbarkeit des Felds einzubeziehen, die durch Revisionsarbeiten oder Verschlechterung über einen langen Zeitraum verursacht werden könnte.
Aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen dem Wärmeübergangsfluid und der Umgebungsluft treten Wärmeverluste in den Kollektoren des Felds auf. Es wird davon ausgegangen, dass Wärmeverluste nur von dem Temperaturunterschied abhängen. Verglichen mit dem Kollektorbauteil 113 kann es einen großen Temperaturunterschied entlang des Felds geben, und das Temperaturprofil könnte nicht linear sein (für einen Prozess mit Verdampfung wie durch FPROC=1 oder 2 gegeben). Daher benutzt das Solarfeldmodell eine Anzahl von Knotenpunkten, um die Receiver-Wärmeverluste auszuwerten. Die Wärmeverluste an den Knotenpunkten werden entsprechend der in Bauteil 113 beschriebenen Methoden berechnet. In den folgenden Abschnitten werden die Berechnungsmethoden für die drei Prozesstypen beschrieben.
Aufgrund der leicht modifizierten (zusätzlicher Term AVAIL, Behandlung von FOCUS) Methode zur Berechnung von QSOLAR wird die Formel r_opt angepasst.
r_opt = KIA * RFOCUS * ETASHAD * ETAENDL * ETASPILL * ETA_CLEAN * AVAIL .
Um alle Defokussierungs-Situationen abzudecken (Flag FLIMIT) wird der Term RFOCUS anstelle von FOCUS benutzt.
Aufgrund des beinahe linearen Temperaturprofils werden die Wärmeverluste an drei Knotenpunkten berechnet:
Bitte beachten Sie, dass P1 und H1 die Leitungswerte beim Einlass sind und T_1 (mit einem Leerzeichen) eine interne Variable der Schaltung ist. Die Wärmeverluste werden dann berechnet als ein gewichteter Durchschnitt
QLOSS = NCOLL * LENGTH * ( 0.25*qloss(T_1)+0.5*qloss(T_2)+0.25*qloss(T_3) )
mit den längenspezifischen Wärmeverlusten qloss, die man durch eine der für Bauteil 113 beschriebenen Methoden erhält.
Das Temperaturprofil setzt sich aus den zwei Abschnitten Vorheizen (PH) und Verdampfen (EV) zusammen. In Abhängigkeit von den Eintrittsbedingungen, den ausgewählten Parametern und den Umgebungsbedingungen können sich die Anteile dieser Abschnitte unterscheiden. Drei Temperaturknotenpunkte werden benutzt, um die Wärmeverluste zu berechnen:
Die Wärmeverluste werden dann berechnet als ein gewichteter Durchschnitt
QLOSS / (NCOLL * LENGTH) = RPH*0.5*( qloss(T_1)+qloss(T_2) ) + REV*0.5*( qloss(T_2)+qloss(T_3) ) .
Die Länge von beiden Abschnitten und somit die Gewichtungsfaktoren werden aus einer Wärmebilanz berechnet, die von konstanten Wärmeverlusten entlang der Reihen ausgeht
RPH=( HS(P1) - H1 ) / ( H2 - H1)
REV=( H2 - HS(P1) ) / ( H2 - H1) .
Das Modell für FPROC=1 geht von einer Durchlauf-Konfiguration aus. Sollte Rückführung in Betracht gezogen werden, muss der Nutzer die entsprechenden Bauteile rund um das Solarfeld hinzufügen.
Verglichen mit FPROC=1 wird ein zusätzliches Segment für das Überhitzen hinzugefügt. Dieses Segment wird modelliert durch zwei zusätzliche Temperaturknotenpunkte; demnach liest sich die Liste der Knotenpunkte:
Im Unterschied zu FPROC=1 enthält dieses Modell bereits eine Rückführung. Daher hängt die effektive Eintrittstemperatur in das Feld nicht nur von der Wasserenthalpie H1 bei Eintritt in das Feld ab, sondern auch von der Rückführungsrate, die als Dampfanteil XEVAP beim Austritt des Felds definiert ist. Mit diesen Temperaturknotenpunkten werden die Wärmeverluste berechnet als ein gewichteter Durchschnitt
QLOSS / (NCOLL * LENGTH) = RPH*0.5*( qloss(T_1)+qloss(T_2) )
+ REV*0.5*( qloss(T_2)+qloss(T_3) )
+ RSH*0.25*(qloss(T_3)+2*qloss(T_4)+qloss(T_5) ) .
Die Länge der drei Abschnitte und somit die Gewichtungsfaktoren werden aus einer Wärmebilanz berechnet, die von konstanten Wärmeverlusten entlang der Reihen ausgeht
RPH=( HS(P1) - H1 ) / ( H2 - H1)
REV=( HSS(P_SEP) - HS(P1) ) / ( H2 - H1)
RSH=( H2 - HSS(P_SEP) ) / ( H2 - H1).
Die Formel benutzt den Druck am Phasentrenner zwischen Verdampfungs- und Überhitzungsabschnitt P_SEP und die spezifischen Enthalpien des Siedewassers HS und des kondensierenden Dampfes HSS. Falls XEVAP vom Nutzer als 0 definiert wird, wird eine Durchlaufkonfiguration ohne Phasentrenner simuliert.
Zusätzlich zu den Wärmeverlusten der Receiverrohre leiden auch die Rohrleitungen zwischen zwei Kollektoren und auch die Header-Rohrleitungen unter Wärmeverlusten. Die genaue Berechnung dieser Wärmeverluste würde eine detaillierte Rohrleitungsauslegung erfordern, als Ergebnis einer techno-ökonomischen Optimierung. In EBSILON®Professional hat der Nutzer drei Optionen, um die Wärmeverluste des Rohrleitungssystems über das Flag FPIPELOSS vorzugeben.
Bitte beachten Sie, dass die Wärmeverluste mit der optischen Netto-Aperturfläche berechnet werden. Da die Header-Rohrleitungen normalerweise die Wärmeverluste beherrschen, werden die Eintritts- und Austrittstemperaturen T1 und T2 für die Teillastberechnung benutzt. Im Fall einer direkten Dampferzeugungsanlage mit Rückführung und zusätzlichen Headern zwischen Verdampfer und Überhitzer kann der Ansatz für das echte Teillastverhalten leicht abweichen.
Aufgrund der starken Schwankungen bei der effektiven Sonneneinstrahlung über den Tag und über das Jahr sind Solarfelder überdimensioniert. Einen Teil des Jahres können sie mehr Wärme produzieren, als vom Speicher oder Kraftwerksblock genutzt werden kann. In diesem Fall wird ein Teil des Kollektorfelds aus dem Fokus gedreht, um die einströmende Energie zu reduzieren. Der Nutzer hat mehrere Möglichkeiten, um diesen Effekt über das Flag FLIMIT abzudecken.
Falls Austrittszustandsberechnung gewählt wird (FSPEC=0), sind die Optionen
Falls Massenstromberechnung gewählt ist (FSPEC=1)
FLIMIT=0: Der Fokuszustand wird vordefiniert über den Parameter FOCUS, daher RFOCUS=FOCUS
FLIMIT=1: RFOCUS wird so festgelegt, dass der Massenstrom den Grenzwert M2MAX nicht überschreitet. Unter dieser Auswahl wird der Massenstrom auch auf M2MIN begrenzt. In diesem Fall wird ein Minimum-Massenstrom vorgeschrieben, obwohl der vordefinierte Austrittszustand möglicherweise nicht erreicht wird.
FLIMIT=2: RFOCUS wird so festgelegt, dass die effektive Wärmeenergie QEFF den Grenzwert QMAX nicht überschreitet.
Die Grenzwerte FOCUS, T2MAX, H2MAX, X2MAX, M2MAX und QMAX können durch die Vorgabewerte (FLIMITS=0) oder über die logische Leitung „3“ geliefert werden.
Eine Anzahl von Wirkungsgradwerten ist nützlich um die Feldleistung zu bewerten. Der optische Wirkungsgrad wird definiert als das Verhältnis zwischen der verfügbaren Sonneneinstrahlung und der Einstrahlung, die nach optischen Verlusten verbleibt
ETAOPT = RFOCUS * QSOLAR / (DNI * ANET) .
Beachten Sie, dass dieser Wirkungsgrad in keinem Zusammenhang steht mit der kosinuskorrigierten Einstrahlung um zu einer vergleichbaren Definition mit anderen Technologiearten wie Sonnenturmsystemen zu kommen. Falls alle Korrekturterme gleich 1 sind, ETAOPT=FOPT0. Der Wärmewirkungsgrad gibt dann eine Information über die Wärmeverluste verglichen mit der verfügbaren Energie
ETATHERM = QEFF / RFOCUS * QSOLAR .
Falls keine Wärmeverluste auftreten, ist der Wärmewirkungsgrad 1. Schließlich wird der Gesamtwirkungsgrad gegeben durch
ETAFIELD = QEFF / (DNI * LENGTH * AWIDTH * NCOLL) = ETAOPT * ETATHERM .
Der Nutzer muss den Nominal-Druckverlust DP12N über das Feld vorgeben. Falls Direktverdampfung mit Überhitzung ausgewählt wird (FPROC=2), muss ein zusätzlicher Druckverlust DPSHN über den Überhitzer festgelegt werden. Dieser Druckverlust wird benutzt, um den Druck zwischen Verdampfungs- und Überhitzungsabschnitt P_SEP=P2-DPSH zu berechnen. Der zusätzliche Druck-Knotenpunkt bei P_SEP wird benutzt, um die Receiver-Wärmeverluste im Verdampfer, die direkt vom Druckniveau dort abhängen, besser zu beschreiben.
Der Nutzer hat die folgenden Optionen zur Berechnung des Teillast-Druckverlusts:
Das ausgewählte Teillastverhalten wird sowohl auf den Gesamtdruckverlust DP12 als auch auf den Überhitzerdruckverlust DPSH angewendet.
CIAMINC: Einfallswinkelkorrektur (longitudinal)
Korrekturfaktor = f(PHIINC)
CIAMTRAN: Einfallswinkelkorrektur (transversal)
Korrekturfaktor = f(PHITRAN)
CQLOSSA: Wärmeverlust (dT)
Wärmeverlust = f(dT)
CQLOSSB: Wärmeverlust (dT) / DNI
Wärmeverlust = f(dT) / DNI
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Form 1 |
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