DE102011014907B4 - Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs (1) mit einem Solarkollektor (16) und einem Solarfluid (20), mittels dem ein flüssiges Medium (11) in einem Speicher (12) erwärmt wird, umfassend die folgenden Schritte: A) Bestimmen einer Speichertemperatur (TSp) des flüssigen Mediums (11) im Speicher (12) mittels eines ersten Temperatursensors (18); B) Bestimmen einer Vorlauftemperatur (TV) des Solarfluids (20) am Solarkollektor (16) mittels eines zweiten Temperatursensors (19); C) Vergleichen der Speichertemperatur (TSp) mit einer ersten Grenztemperatur (TG1) und einer zweiten Grenztemperatur (TG2) mittels einer Regeleinheit (17), wobei – ein Regelprogramm R1 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur (TSp) größer oder gleich der ersten Grenztemperatur (TG1) ist, – wobei Regelprogramm R1 einem Regeln der Vorlauftemperatur (TV) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine erste Vorlaufsolltemperatur (TV,soll 1 ) entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur (TSp) und einem ersten Spreizwert (ΔT1) ist, – ein Regelprogramm R2 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur (TSp) kleiner als die erste Grenztemperatur (TG1) und größer oder gleich der zweiten Grenztemperatur (TG2) ist, – wobei Regelprogramm R2 einem Regeln der Vorlauftemperatur (TV) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur (TV,soll 2) entspricht, und – ein Regelprogramm R3 gewählt wird, wenn die Speichertemperatur (TSp) kleiner als die zweite Grenztemperatur (TG2) ist, – wobei Regelprogramm R3 einem Regeln der Vorlauftemperatur (TV) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine dritte Vorlaufsolltemperatur (TV,soll3) entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur (TSp) und einem zweiten Spreizwert (ΔT2) ist, wobei eine Speichersolltemperatur (TSp,soll) vorgebbar ist, die erste Grenztemperatur (TG1) größer oder gleich der Speichersolltemperatur (TSp,soll) ist und die zweite Grenztemperatur (TG2) kleiner ist als die Speichersolltemperatur (TSp,soll).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs mit einem Solarkollektor und einem Solarfluid, mittels dem ein flüssiges Medium in einem Speicher erwärmt wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Der Solarkollektor kann über einen Vorlauf und einen Rücklauf unmittelbar mit dem Speicher verbunden sein, sodass das Solarfluid dem flüssigen Medium im Speicher entspricht, bzw. das Solarfluid aus dem flüssigen Medium entnommen und diesem wieder zugeführt wird. Häufiger ist jedoch vorgesehen, dass der Solarkollektor über den Vor- und Rücklauf mit einem Wärmetauscher verbunden ist, über den das flüssige Medium erwärmt wird.
• Derartige Solarkreisläufe werden meist dazu eingesetzt, Wasser in einem häuslichen Warmwasserspeicher ergänzend zu einer konstant verfügbaren Wärmequelle zu erwärmen. Immer wenn keine ausreichende Erwärmung mittels des Solarkreislaufs erreichbar ist, übernimmt die konstant verfügbare Wärmequelle die Erwärmung des Wassers. Letzteres ist aufgrund der Energiequelle, die zum Beispiel Gas, Öl oder Strom ist, sowohl kostenintensiver als auch weniger ökologisch. Deshalb sollte der Solarkreislauf so gut wie möglich genutzt werden.
• Hierfür sind im Stand der Technik unterschiedliche Regelverfahren bekannt. Durch Aktivierung und Deaktivierung der Pumpe im Solarkreislauf kann im einfachsten Regelfall die Pumpe ausgeschaltet werden, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher eine bestimmte konstante Temperaturdifferenz unterschreitet und angeschaltet werden, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher diesen überschreitet. Zum Anschalten kann hierbei auch eine etwas höhere zweite Temperaturdifferenz festgelegt werden, damit die Pumpe nicht zu häufig deaktiviert wird. Bei solch einer Regelung entstehen jedoch große Verluste bei den häufigen Anfahrvorgängen und die verfügbare Solarenergie wird in unzureichendem Maße genutzt. Dementsprechend schaltet sich die konstant verfügbare Wärmequelle häufig zu.
• Neuere Verfahren setzen deshalb regelbare Pumpen ein, mithilfe derer der Massenstrom durch den solarthermischen Kreislauf regelbar ist. Um eine solche Regelung durchführen zu können, sind Regelgrößen einzuführen, anhand derer die Pumpendrehzahl oder der Massenstrom oder der Volumenstrom eingestellt wird. Ist die Temperaturdifferenz selbst bei niedriger Pumpendrehzahl oder geringem Massenstrom oder Volumenstrom zu niedrig, wird die Pumpe auch bei diesem Verfahren deaktiviert.
• Für den Regelbereich bei einer ausreichenden Vorlauftemperatur, sieht zum Beispiel eine im Folgenden Match Flow genannte Regelfunktion vor, dass die Vorlauftemperatur um eine konstante Temperaturdifferenz höher ist als die Speichertemperatur. Sofern die Vorlauftemperatur die Speichertemperatur um mehr als die Temperaturdifferenz übersteigt, wird die Pumpendrehzahl erhöht. Unterschreitet die Vorlauftemperatur hingegen die Summe aus Speichertemperatur und Temperaturdifferenz, wird die Pumpendrehzahl verringert.
• Nachteilig ist an der Match Flow Regelung, dass die Temperaturdifferenz ein Kompromiss über die gesamte Spanne der Speichertemperatur ist. Unabhängig von der Höhe der Speichertemperatur hat die Überhöhung der Vorlauftemperatur gegenüber der Speichertemperatur denselben Betrag. Hierdurch wird die Solarenergie uneffizient genutzt und der Stromverbrauch der Pumpe ist erhöht. Zudem berücksichtigt diese Regelung Wasserentnahmen aus dem Speicher unzureichend, wodurch die konstant verfügbare Wärmequelle häufig zuheizen muss.
• Eine andere Regelfunktion, die im Folgenden als Double Match Flow Regelfunktion bezeichnet wird, sieht bei ausreichender Vorlauftemperatur vor, dass bei einer Unterschreitung einer definierten oberen Speichertemperatur von einer ersten konstanten Temperaturdifferenz zu einer zweiten konstanten Temperaturdifferenz gewechselt wird. Somit wird bei einer Unterschreitung der oberen Speichertemperatur die Vorlauftemperatur auf eine obere Speichertemperatur zuzüglich einer Temperaturdifferenz geregelt. Sofern die obere Speichertemperatur die obere Speichersolltemperatur überschreitet, wird die Vorlauftemperatur auf eine untere Speichertemperatur zuzüglich einer zweiten Temperaturdifferenz geregelt.
• Nachteilig ist der Double Match Flow Regelung, dass ein zweiter Temperatursensor erforderlich ist. Dieser muss in der oberen Hälfte im Speicher angeordnet sein. Dies erhöht die Kosten, Fehleranfälligkeit und den Rechenaufwand. Trotzdem wird die verfügbare Heizleistung des Solarkreislaufs nicht optimal genutzt. Vor allem schaltet sich die konstant verfügbare Wärmequelle immer noch häufig zu, da die obere Speichersolltemperatur zu langsam erreicht wird.
• Zudem ist im Stand der Technik ein Verfahren bekannt, bei dem zur Regelung eines Solarkreislaufs, mit einem Solarkollektor und einem Solarfluid, mittels dem ein flüssiges Medium in einem Speicher erwärmt wird, zunächst eine Speichertemperatur des flüssigen Mediums im Speicher mittels eines ersten Temperatursensors bestimmt wird. Weiterhin wird eine Vorlauftemperatur des Solarfluids am Solarkollektor mittels eines zweiten Temperatursensors ermittelt. Anschließend vergleicht eine Regeleinheit die Speichertemperatur mit einer ersten Grenztemperatur. Wenn die Speichertemperatur größer oder gleich der ersten Grenztemperatur ist, wird ein erstes Regelprogramm ausgewählt. Das erste Regelprogramm entspricht dabei einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine erste Vorlaufsolltemperatur, welche die Summe der Speichertemperatur und einem ersten Spreizwert ist. Sofern die Speichertemperatur jedoch kleiner als die erste Grenztemperatur ist, wird ein zweites Regelprogramm ausgewählt. Dieses entspricht einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur.
• Diese Art der Regelung sorgt zwar dafür, dass die konstant verfügbare Wärmequelle nicht unnötig oft eingeschaltet werden muss, nachteilig ist hierbei aber, dass die Solaranlage bei tiefen Speichertemperaturen ineffizient betrieben wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz des Solarkreislaufs in Verbindung mit der konstant verfügbaren Wärmequelle weiter zu steigern. Insbesondere soll ein Zuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle, z. B. eine Gas- oder Ölheizung, auf ein Minimum reduziert werden und möglichst viel Wärme vom Solarkreislauf in den Speicher geladen werden. Die Lösung soll dabei einfach umsetzbar sein, d. h. vor allem auch geringen Installationsaufwand erfordern, in verschiedensten Einbausituationen sicher funktionieren und geringe Kosten verursachen.
• Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs mit einem Solarkollektor und einem Solarfluid, mittels dem ein flüssiges Medium in einem Speicher erwärmt wird, umfassend die folgenden Schritte:
• A) Bestimmen einer Speichertemperatur des flüssigen Mediums im Speicher mittels eines ersten Temperatursensors;
• B) Bestimmen einer Vorlauftemperatur des Solarfluids am Solarkollektor mittels eines zweiten Temperatursensors;
• C) Vergleichen der Speichertemperatur mit einer ersten Grenztemperatur und einer zweiten Grenztemperatur mittels einer Regeleinheit, wobei
• – ein Regelprogramm R1 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur größer oder gleich der ersten Grenztemperatur ist,
• – wobei Regelprogramm R1 einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine erste Vorlaufsolltemperatur entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur und einem ersten Spreizwert ist,
• – ein Regelprogramm R2 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur kleiner als die erste Grenztemperatur und größer oder gleich der zweiten Grenztemperatur ist,
• – wobei Regelprogramm R2 einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur entspricht, und
• – ein Regelprogramm R3 gewählt wird, wenn die Speichertemperatur kleiner als die zweite Grenztemperatur ist,
• – wobei Regelprogramm R3 einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine dritte Vorlaufsolltemperatur entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur und einem zweiten Spreizwert ist.
• Dabei ist die erste Grenztemperatur größer oder gleich einer vorgebbaren Speichersolltemperatur, die zweite Grenztemperatur ist kleiner als die Speichersolltemperatur.
• Da sich ein flüssiges Medium mit unterschiedlicher Temperatur in einem Speicher einschichtet, wobei kaltes flüssiges Medium unten und warmes flüssiges Medium oben angeordnet ist, sollte wenigstens der Rücklauf vom Speicher zum Solarkollektor in Bodennähe des Speichers angeordnet sein. Das gleiche gilt für die Messposition des ersten Temperatursensors.
• Eine best mögliche Bestimmung der Vorlauftemperatur erfolgt am Ausgang des Solarkollektors, jedoch noch im Einstrahlungsbereich der Sonne. So kann auch bei deaktiviertem Solarfluidstrom eine Vorlauftemperatur bestimmt werden.
• Je nach Temperatur des flüssigen Mediums im Speicher wird entsprechend des Verfahrens eines der drei Regelprogramme aktiviert. Dabei wird bei niedriger Temperatur, d. h. bei einer Speichertemperatur, die kleiner als die zweite Grenztemperatur ist, auf eine definierte, vorzugsweise minimale, besonders bevorzugt zwischen 7 Kelvin bis 11 Kelvin liegende Temperaturspreizung zwischen Vorlauftemperatur und Speichertemperatur geregelt (Regelprogramm R3). Hierbei ist zum Beispiel nicht zu erwarten, dass die Speichertemperatur bis auf eine Brauchwassertemperatur erwärmt werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nur eine geringe Sonnenstrahlung auf den Solarkollektor trifft oder sehr niedrige Außentemperaturen vorliegen. Vorteilhaft hierbei ist, dass trotz der geringen Sonnenstrahlung möglichst viel Wärme in den Speicher geladen wird, bzw. das flüssige Medium möglichst stark erwärmt wird. Bei einer solchen definierten Temperaturspreizung sind die Verluste des Solarkreislaufs sehr gering und die Effizienz dementsprechend hoch.
• Die Regelung auf eine Vorlaufsolltemperatur erfolgt jeweils durch Anpassung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids. Insbesondere kann dies über eine Drehzahl einer Pumpe umgesetzt werden. Sofern die Vorlauftemperatur höher ist als die Vorlaufsolltemperatur, würde die Drehzahl erhöht, und bei einem Unterschreiten der Vorlaufsolltemperatur durch die Vorlauftemperatur, würde die Drehzahl verringert. Erreicht die Vorlauftemperatur selbst bei immer weiter verringerter Drehzahl nicht die Vorlaufsolltemperatur, beträgt die Drehzahl schließlich null Umdrehungen pro Minute. Bei einem Unterschreiten einer bestimmten Pumpendrehzahl wird der Solarkreislauf allerdings ineffizient. Hier sollte die Pumpe deshalb bereits vorher deaktiviert werden, bis die Vorlauftemperatur wieder ausreichend ist, um die Pumpe erneut mit einer oberhalb dieser Pumpendrehzahl liegenden Drehzahl aktivieren zu können.
• Regelprogramm R2 hat maßgeblich zum Ziel, bei ausreichender Sonnenstrahlung dafür zu sorgen, dass die konstant verfügbare Wärmequelle möglichst selten zugeschaltet wird. Es wird dann aktiviert, wenn die Temperatur des flüssigen Mediums im Speicher nahe einer Zieltemperatur ist und erwartet werden kann, dass diese Zieltemperatur mittels des Solarkreislaufs erreicht werden kann. In diesem Temperaturbereich werden kurzzeitige Effizienzverluste des Solarkreislaufs in Kauf genommen, die jedoch deutlich geringer sind als mögliche Verluste durch ein Hinzuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle.
• Mittels Regelprogramm R1 wird bei bereits erhöhter Temperatur des flüssigen Mediums im Speicher wiederum möglichst viel Wärme in den Speicher geladen, indem auf eine definierte, vorzugsweise minimale, besonders bevorzugt zwischen 7 Kelvin und 11 Kelvin liegende Temperaturspreizung zwischen Vorlauftemperatur und Speichertemperatur geregelt wird. Ein Hinzuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle ist in diesem Temperaturbereich des flüssigen Mediums nicht zu erwarten. Deshalb wählt das Verfahren in diesem Temperaturbereich Regelprogramm R1 mit einer möglichst hohen Effizienz für den Solarkreislauf.
• Das Verfahren sieht vor, dass eine Speichersolltemperatur vorgebbar ist. Diese gilt insbesondere für die Höhe des Speichers, in der auch der erste Temperatursensor angeordnet ist. Durch diese Anpassung können zum Beispiel Hausbesitzer die Speichersolltemperatur an ihre Bedürfnisse anpassen. Die Speichersolltemperatur sollte dabei leicht über einer gewünschten Brauchwassertemperatur liegen. Eine solche vorgebbare Speichersolltemperatur kann eine wichtige Information für die Regeleinheit des Solarkreises darstellen. Das Verfahren ist nämlich idealer Weise auch auf diese Speichersolltemperatur auszulegen, um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, indem ein häufiges Zuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle verhindert wird. Insbesondere sind die Grenztemperaturen auf die Speichersolltemperatur hin ausgelegt.
• So sieht das Verfahren vor, dass die erste Grenztemperatur größer oder gleich der Speichersolltemperatur ist. Besonders bevorzugt entspricht die erste Grenztemperatur der Speichersolltemperatur. Diese könnte beispielsweise 50°C betragen. Oberhalb dieser ersten Grenztemperatur ist Regelprogramm R1 aktiviert und die konstant verfügbare Wärmequelle deaktiviert. Der Solarkreislauf lädt nun möglichst viel Wärme in den Speicher, bei gleichzeitig vorliegender hoher Effizienz für den Solarkreislauf.
• Weiterhin ist vorgesehen, dass die zweite Grenztemperatur kleiner ist als die Speichersolltemperatur. Zu bevorzugen ist eine zweite Grenztemperatur, die halb so groß ist wie die erste Grenztemperatur plus/minus 5 Kelvin. Dies könnte beispielsweise 25 ± 5°C sein wenn die erste Grenztemperatur 50°C beträgt. Oberhalb einer solchen zweiten Grenztemperatur ist davon auszugehen, dass die zuzuführende Wärme zum Erreichen der Speichersolltemperatur mittels des Solarkreislaufs erreicht werden kann. Mittels des Regelprogramms R2 wird dann ein Zuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle verhindert.
• Zwischen den beiden Grenztemperaturen regelt Regelprogramm R2 gemäß der Erfindung auf eine konstante zweite Vorlauftemperatur. Diese ist vorzugsweise größer als die Speichersolltemperatur. Somit wird die Speichertemperatur schnellst möglich über die Speichersolltemperatur geladen und die konstant verfügbare Wärmequelle wird nicht aktiviert.
• Eine Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass der erste Spreizwert konstant ist. Bevorzugt beträgt er zwischen 7 Kelvin und 11 Kelvin. Der ideale erste Spreizwert kann in Abhängigkeit des Solarkreislaufs leicht variieren und könnte ermittelt werden. Insbesondere kann dieser durch Wärmeverluste im Vor- und Rücklauf beeinflusst sein. Die Ermittlung könnte individuell an jedem Solarkreislauf erfolgen oder aber es könnte mittels vorangehender Versuche ein standardisierter erster Spreizwert bestimmt werden. Ein standardisierter erster Spreizwert kann dann als eine Voreinstellung dienen, die einen Betrieb des Solarkreislaufs ermöglicht und nicht zwingend eine indiviuelle Einstellung durch einen Monteur erfordert.
• Abweichend von einem konstanten ersten Spreizwert, könnte der ideale erste Spreizwert eine Abhängigkeit von der Speichertemperatur haben. Dementsprechend könnte der erste Spreizwert dann eine von der Speichertemperatur abhängige Funktion sein. Bevorzugt bewegt sich eine solche erste Spreizwertfunktion in einer Temperaturspanne von 7 Kelvin bis 11 Kelvin. Insbesondere könnte mit steigender Speichertemperatur der erste Spreizwert steigen, um eine Stagnation der Speichertemperatur hinauszuzögern, wofür der Solarkreislauf gezielt mit einer etwas geringeren Effizienz betrieben wird.
• Auch der zweite Spreizwert könnte konstant sein und bevorzugt zwischen 7 Kelvin und 11 Kelvin betragen. Dieser wäre ebenso zu ermitteln. Dies könnte individuell an jedem Solarkreislauf erfolgen oder aber es könnte mittels vorangehender Versuche ein standardisierter zweiter Spreizwert bestimmt werden.
• Abweichend von einem konstanten zweiten Spreizwert, könnte der ideale zweite Spreizwert eine Abhängigkeit von der Speichertemperatur haben. Dementsprechend könnte der zweite Spreizwert dann eine von der Speichertemperatur abhängige Funktion sein, die bevorzugt in einer Temperaturspanne von 7 Kelvin bis 11 Kelvin liegt.
• Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass der zweite Spreizwert dem ersten Spreizwert entspricht. Hierdurch ist der Ermittlungsaufwand sehr gering und nur ein Spreizwert vorzugeben.
• Ferner sieht eine Variante vor, dass der erste Spreizwert vorgegeben wird. Hierdurch ist es möglich, dass ein Monteur eines Solarkreises den ersten Spreizwert individuell festlegen kann. Somit wird eine maximale Effizienz des Regelprogramms R1 für jeden einzelnen Solarkreislauf erreicht.
• Gleichermaßen könnte der zweite Spreizwert vorgegeben werden. Hierdurch ist es möglich, dass ein Monteur eines Solarkreises den zweiten Spreizwert individuell festlegen kann. Somit wird eine maximale Effizienz des Regelprogramms R3 für jeden einzelnen Solarkreislauf erreicht.
• Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in
• 1 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Speichertemperatur mit konstanten Spreizwerten;
• 2 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Speichertemperatur mit von der Speichertemperatur abhängenden Spreizwerten;
• 3 einen Solarkreislauf mit Wärmetauscher; und
• 4 einen Solarkreislauf ohne Wärmetauscher.
• 1 zeigt ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung einer Vorlauftemperatur eines Solarkreislaufs. Auf der Abszisse ist hierfür eine Speichertemperatur T_Sp und auf der Ordninate eine Vorlauftemperatur T_V aufgetragen. Eine im 45 Grad Winkel durch den Schnittpunkt der Speichertemperatur T_Sp und der Vorlauftemperatur T_V verlaufende gestrichelte Linie markiert den Zustand, bei dem die Speichertemperatur T_Sp gleich der Vorlauftemperatur T_V ist. Oberhalb dieser gestrichelten Linie verläuft eine Vorlaufsolltemperatur T_V,soll, die sich aus drei Abschnitten T_V,soll1, T_V,soll2 und T_V,soll3 zusammensetzt. Die Grenzen zwischen diesen drei Vorlaufsolltemperaturen T_V,soll1, T_V,soll2 und T_V,soll3 ergeben sich durch zwei Grenztemperaturen T_G1 und T_G2, wobei in der gezeigten Ausbildung des Verfahrens die erste Grenztemperatur T_G1 einer Speichersolltemperatur T_Sp,soll entspricht. Die erste Grenztemperatur T_G1 bildet die Grenze zwischen T_V,soll1 und T_{V,soll2 ,} sowie die zweite Grenztemperatur T_G2 diejenige zwischen T_V,soll2 und T_V,soll3.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 um einen ersten Spreizwert ΔT₁ oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen ersten Spreizwert ΔT₁ oberhalb der Speichertemperatur T_Sp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der erste Spreizwert ΔT₁ konstant. Um die Vorlauftemperatur T_V auf die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur T_Sp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die erste Grenztemperatur T_G1, ein Regelprogramm R1 aus.
• Weiterhin ist die zweite Vorlaufsolltemperatur T_V,soll2 ein konstanter Wert, der oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt oberhalb der Speichertemperatur T_Sp. Insbesondere ist die zweite Vorlaufsolltemperatur T_V,soll2 die Summe aus der Speichersolltemperatur T_Sp,soll und dem ersten Spreizwert ΔT₁. Um die Vorlauftemperatur T_V auf die zweite Vorlaufsolltemperatur T_V,soll2 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur T_Sp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die zweite Grenztemperatur T_G2 und geringer ist als die erste Grenztemperatur T_G1, ein Regelprogramm R2 aus.
• Bei einer Speichertemperatur T_Sp unterhalb der zweiten Grenztemperatur T_G2 ist vorgesehen, dass die dritte Vorlaufsolltemperatur T_V,soll3 um einen zweiten Spreizwert ΔT₂ oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen zweiten Spreizwert ΔT₂ oberhalb der Speichertemperatur T_Sp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die dritte Vorlaufsolltemperatur T_V,soll3 parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der dritte Spreizwert ΔT₃ konstant. Um die Vorlauftemperatur T_V auf die dritte Vorlaufsolltemperatur T_V,soll3 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur T_Sp, die niedriger ist als die zweite Grenztemperatur T_G2, ein Regelprogramm R3 aus.
• Auf diese Vorlaufsolltemperaturen T_V,soll1, T_V,soll2 und T_V,soll3 regelt das Verfahren die Vorlauftemperatur T_V zum Beispiel derart, dass es den Volumen- oder Massenstrom eines durch einen Solarkollektor strömenden Solarfluids regelt.
• Ein weiteres Diagramm veranschaulicht in 2 ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung einer Vorlauftemperatur T_V eines Solarkreislaufs. Auf der Abszisse ist hierfür eine Speichertemperatur T_Sp und auf der Ordninate eine Vorlauftemperatur T_V aufgetragen. Eine im 45 Grad Winkel durch den Schnittpunkt der Speichertemperatur T_Sp und der Vorlauftemperatur T_V verlaufende gestrichelte Linie markiert den Zustand, bei dem die Speichertemperatur T_Sp gleich der Vorlauftemperatur T_V ist. Oberhalb dieser gestrichelten Linie verläuft eine Vorlaufsolltemperatur T_V,soll, die sich aus drei Abschnitten T_V,soll1, T_V,soll2 und T_V,soll3 zusammensetzt. Die Grenzen zwischen diesen drei Vorlaufsolltemperaturen T_V,soll1, T_V,soll2 und T_V,soll3 ergeben sich durch zwei Grenztemperaturen T_G1 und T_G2. Gemäß der gezeigten Ausbildung des Verfahrens liegt zwischen den beiden Grenztemperaturen T_G1, T_G2 eine Speichersolltemperatur T_Sp,soll. Die erste Grenztemperatur T_G1 bildet die Grenze zwischen T_V,soll1 und T_V,soll2, sowie die zweite Grenztemperatur T_G2 diejenige zwischen T_V,soll2 und T_V,soll3.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 um einen ersten Spreizwert ΔT₁ oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen ersten Spreizwert ΔT₁ oberhalb der Speichertemperatur T_Sp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 nicht parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der erste Spreizwert ΔT₁ nicht konstant. Vielmehr nähert sich die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 asymptotisch einer oberhalb zur 45 Grad Linie parallel verlaufenden Temperatur an. Der erste Spreizwert ΔT₁ nimmt somit mit ansteigender Speichertemperatur T_Sp ab. Er könnte jedoch genauso gut zunehmen (nicht gezeigt). Idealerweise beträgt der erste Spreizwert ΔT₁ im Regelbereich der Speichertemperatur T_Sp zwischen 7 und 11 Kelvin. Um die Vorlauftemperatur T_V auf die erste Vorlaufsolltemperatur T_V,soll1 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur T_Sp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die erste Grenztemperatur T_G1, ein Regelprogramm R1 aus.
• Weiterhin ist die zweite Vorlaufsolltemperatur T_V,soll2 ein konstanter Wert, der oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt oberhalb der Speichertemperatur T_Sp. Um die Vorlauftemperatur T_V auf die zweite Vorlaufsolltemperatur T_V,soll2 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur T_Sp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die zweite Grenztemperatur T_G2 und geringer ist als die erste Grenztemperatur T_G1, ein Regelprogramm R2 aus.
• Bei einer Speichertemperatur T_Sp unterhalb der zweiten Grenztemperatur T_G2 ist vorgesehen, dass die dritte Vorlaufsolltemperatur T_V,soll3 um einen zweiten Spreizwert ΔT₂ oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen zweiten Spreizwert ΔT₂ oberhalb der Speichertemperatur T_Sp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die dritte Vorlaufsolltemperatur T_V,soll3 nicht parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der zweite Spreizwert ΔT₂ nicht konstant. Idealerweise beträgt der zweite Spreizwert ΔT₂ im Regelbereich der Speichertemperatur T_Sp zwischen 7 und 11 Kelvin. Um die Vorlauftemperatur T_V auf die dritte Vorlaufsolltemperatur T_V,soll3 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur T_Sp, die niedriger ist als die zweite Grenztemperatur T_G2, ein Regelprogramm R3 aus.
• Auf diese Vorlaufsolltemperaturen T_V,soll1, T_V,soll2 und T_V,soll3 regelt das Verfahren die Vorlauftemperatur T_V zum Beispiel derart, dass es den Volumen- oder Massenstrom eines durch einen Solarkollektor strömenden Solarfluids regelt.
• 3 zeigt einen Solarkreislauf 1 bestehend aus einem Solarkollektor 16 und einem Wärmetauscher 13, die über einen Vorlauf 14 und einen Rücklauf 15 verbunden sind. Dabei ist der Wärmetauscher 13 in einem Speicher 12 angeordnet. Mittels einer im Rücklauf 15 angeordneten regelbaren Pumpe 10 wird ein Solarfluid 20 durch den Solarkreislauf 1 gepumpt. Dieses nimmt im Solarkollektor 16 Wärme auf und gibt sie über den Wärmetauscher 13 an ein im Speicher 12 befindliches flüssiges Medium 11 ab. Zur Regelung des Solarkreislaufs 1 ist eine Regeleinheit 17 vorgesehen, die mit einem ersten Temperatursensor 18 im Speicher 12, einem zweiten Temperatursensor 19 im Ausgangsbereich des Solarkollektors 16 und der Pumpe 10 verbunden ist. Somit ist eine Speichertemperatur des flüssigen Mediums 11 im Speicher 12 mittels des ersten Temperatursensors 18 und eine Vorlauftemperatur des Solarfluids 20 mittels des zweiten Temperatursensors 19 bestimmbar. Die Regeleinheit 17 kann nunmehr die Vorlauftemperatur auf eine von der Speichertemperatur abhängende Vorlaufsolltemperatur regeln, indem sie die Drehzahl der Pumpe 10 regelt.
• Gemäß 4 besteht ein Solarkreislauf 1 aus einem Solarkollektor 16, sowie aus einem Vorlauf 14 und einem Rücklauf 15 die beide in einen Speicher 12 münden. Mittels einer im Rücklauf 15 angeordneten regelbaren Pumpe 10 wird ein Solarfluid 20 durch den Solarkreislauf 1 gepumpt, wobei das Solarfluid 20 einem aus dem Speicher 10 entnommenen flüssigen Medium 11 entspricht. Das Solarfluid 20 nimmt im Solarkollektor 16 Wärme auf und wird anschließend über den Vorlauf 14 zurück in den Speicher 12 geleitet. Zur Regelung des Solarkreislaufs 1 ist eine Regeleinheit 17 vorgesehen, die mit einem ersten Temperatursensor 18 im Speicher 12, einem zweiten Temperatursensor 19 im Ausgangsbereich des Solarkollektors 16 und der Pumpe 10 verbunden ist. Somit ist eine Speichertemperatur des flüssigen Mediums 11 im Speicher 12 mittels des ersten Temperatursensors 18 und eine Vorlauftemperatur des Solarfluids 20 mittels des zweiten Temperatursensors 19 bestimmbar. Die Regeleinheit 17 kann nunmehr die Vorlauftemperatur auf eine von der Speichertemperatur abhängende Vorlaufsolltemperatur regeln, indem sie die Drehzahl der Pumpe 10 regelt.
• Bezugszeichenliste

1

Solarkreislauf

10

Pumpe

11

flüssiges Medium

12

Speicher

13

Wärmetauscher

14

Vorlauf

15

Rücklauf

16

Solarkollektor

17

Regeleinheit

18

erster Temperatursensor

19

zweiter Temperatursensor

20

Solarfluid

T_Sp

Speichertemperatur

T_V

Vorlauftemperatur

T_Sp,soll

Speichersolltemperatur

T_{V ,soll}

Vorlaufsolltemperatur

T_V,soll1

erste Vorlaufsolltemperatur

T_V,soll2

zweite Vorlaufsolltemperatur

T_V,soll3

dritte Vorlaufsolltemperatur

T_G1

erste Grenztemperatur

T_G2

zweite Grenztemperatur

ΔT₁

erster Spreizwert

ΔT₂

zweiter Spreizwert

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs (1) mit einem Solarkollektor (16) und einem Solarfluid (20), mittels dem ein flüssiges Medium (11) in einem Speicher (12) erwärmt wird, umfassend die folgenden Schritte: A) Bestimmen einer Speichertemperatur (T_Sp) des flüssigen Mediums (11) im Speicher (12) mittels eines ersten Temperatursensors (18); B) Bestimmen einer Vorlauftemperatur (T_V) des Solarfluids (20) am Solarkollektor (16) mittels eines zweiten Temperatursensors (19); C) Vergleichen der Speichertemperatur (T_Sp) mit einer ersten Grenztemperatur (T_G1) und einer zweiten Grenztemperatur (T_G2) mittels einer Regeleinheit (17), wobei – ein Regelprogramm R1 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur (T_Sp) größer oder gleich der ersten Grenztemperatur (T_G1) ist, – wobei Regelprogramm R1 einem Regeln der Vorlauftemperatur (T_V) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine erste Vorlaufsolltemperatur (T_{V,soll 1 )} entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur (T_Sp) und einem ersten Spreizwert (ΔT₁) ist, – ein Regelprogramm R2 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur (T_Sp) kleiner als die erste Grenztemperatur (T_G1) und größer oder gleich der zweiten Grenztemperatur (T_G2) ist, – wobei Regelprogramm R2 einem Regeln der Vorlauftemperatur (T_V) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur (T_{V,soll 2}) entspricht, und – ein Regelprogramm R3 gewählt wird, wenn die Speichertemperatur (T_Sp) kleiner als die zweite Grenztemperatur (T_G2) ist, – wobei Regelprogramm R3 einem Regeln der Vorlauftemperatur (T_V) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine dritte Vorlaufsolltemperatur (T_V,soll3) entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur (T_Sp) und einem zweiten Spreizwert (ΔT₂) ist, wobei eine Speichersolltemperatur (T_Sp,soll) vorgebbar ist, die erste Grenztemperatur (T_G1) größer oder gleich der Speichersolltemperatur (T_Sp,soll) ist und die zweite Grenztemperatur (T_G2) kleiner ist als die Speichersolltemperatur (T_Sp,soll).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorlaufsolltemperatur (T_V,soll2) größer ist als die Speichersolltemperatur (T_Sp,soll).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spreizwert (ΔT₁) konstant ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spreizwert (ΔT₂) konstant ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spreizwert (ΔT₂) dem ersten Spreizwert (ΔT₁) entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spreizwert (ΔT₁) vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spreizwert (ΔT₂) vorgegeben wird.

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