Einleitung
Zur Berechnung des Solarertrages wird eine Jahressimulation im Sub-Stundenzeitbereich durchgeführt. Bei dieser wird der Zustand der kompletten Anlage für jeden Zeitpunkt eines Jahres berechnet, die Ergebnisse werden zusammengefasst und dargestellt.
Diese Erläuterungen gliedern sich in verschiedene Abschnitte:
- In der Solar-Toolbox verwendete Komponenten (d.h. Kollektor, Speicher, Leitungen, Verbraucher)
- Verwendete Wetterdaten
- Simulationsablauf
1. Verwendete Komponenten
Die Eigenschaften der in der Solar-Toolbox hinterlegten Solarkomponenten wurden von uns basierend auf marktgängigen, typischen Komponenten definiert. So sind z.B. für die Solarspeicher die marktgängigen Einbaugrössen hinterlegt. Die Komponenten im Detail:
1.1 Sonnenkollektoren
| Brutto- fläche |
Apertur- fläche |
Absorber- fläche |
eta0 | a1 (ohne Wind) |
a1 (mit Wind) |
a2 | X-IAM | Y-IAM | Wärme- kapazität |
|
| m2 | m2 | m2 | # | W/(m2K) | W/(m2K) | W/(m2K2) | # | # | J/K | |
| Flachkollektor | 2.2 | 2.0 | 2.0 | 0.81 | 2.9 | 3.4 | 0.010 | 0.90 | 0.90 | 6000 |
| Röhrenkollektor | 2.4 | 2.0 | 1.6 | 0.78 | 1.0 | 1.1 | 0.005 | 0.92 | 1.05 | 10000 |
1.2 Solarleitung
| Innendurchmesser | Aussendurchmesser | Dämmdicke | Material | |
| mm | mm | mm | ||
| Edelstahlwellrohr 25 | 25.4 | 31.8 | 17.0 | PU-Weichschaum |
1.3 Solarspeicher
| Inhalt | Höhe | Dämm- stärke |
Dämm- wert |
Solar- tauscher |
Pos. |
Zusatz- tauscher |
Pos. |
Höhe Rücklauf |
Höhe Vorlauf |
interner Speicher |
|
| Liter | m | m | W/(mK) | m2 | m | m2 | m | m | m | Liter | |
| Boiler 300 | 300 | 1.6 | 0.15 | 0.03 | 0.8 | 0.5 | 0.8 | 1.4 | – | – | – |
| Boiler 400 | 400 | 1.7 | 0.15 | 0.03 | 1.0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | – | – | – |
| Boiler 500 | 500 | 1.8 | 0.15 | 0.03 | 1.3 | 0.5 | 1.3 | 1.6 | – | – | – |
| Boiler 600 | 600 | 1.9 | 0.15 | 0.03 | 1.5 | 0.6 | 1.5 | 1.7 | – | – | – |
| Boiler 800 | 800 | 2.0 | 0.15 | 0.03 | 2.0 | 0.6 | 2.0 | 1.8 | – | – | – |
| Boiler 1000 | 1000 | 2.1 | 0.15 | 0.03 | 2.5 | 0.6 | 2.5 | 1.9 | – | – | – |
| Boiler 1250 | 1250 | 2.2 | 0.15 | 0.03 | 3.1 | 0.7 | 3.1 | 2.0 | – | – | – |
| Boiler 1500 | 1500 | 2.3 | 0.15 | 0.03 | 3.8 | 0.7 | 3.8 | 2.1 | – | – | – |
| Boiler 1750 | 1750 | 2.4 | 0.15 | 0.03 | 4.4 | 0.7 | 4.4 | 2.2 | – | – | – |
| Boiler 2000 | 2000 | 2.5 | 0.15 | 0.03 | 5.0 | 0.8 | 5.0 | 2.3 | – | – | – |
| Kombispeicher 1000 | 1000 | 2.1 | 0.15 | 0.03 | 2.5 | 0.6 | 1.7 | 1.9 | 0.8 | 2.0 | 200 |
| Kombispeicher 1250 | 1250 | 2.2 | 0.15 | 0.03 | 3.1 | 0.7 | 2.1 | 2.0 | 0.9 | 1.8 | 250 |
| Kombispeicher 1500 | 1500 | 2.3 | 0.15 | 0.03 | 3.8 | 0.7 | 2.5 | 2.1 | 0.9 | 1.8 | 300 |
| Kombispeicher 1750 | 1750 | 2.4 | 0.15 | 0.03 | 4.4 | 0.7 | 2.9 | 2.2 | 1.0 | 2.0 | 350 |
| Kombispeicher 2000 | 2000 | 2.5 | 0.15 | 0.03 | 5.0 | 0.8 | 3.3 | 2.3 | 1.0 | 2.0 | 400 |
| Kombispeicher 2250 | 2250 | 2.6 | 0.15 | 0.03 | 5.6 | 0.8 | 3.8 | 2.3 | 1.0 | 2.1 | 450 |
| Kombispeicher 2500 | 2500 | 2.7 | 0.15 | 0.03 | 6.2 | 0.8 | 4.2 | 2.4 | 1.1 | 2.1 | 500 |
| Kombispeicher 3000 | 3000 | 2.8 | 0.15 | 0.03 | 6.8 | 0.8 | 5.0 | 2.5 | 1.1 | 2.2 | 600 |
| Kombispeicher 3500 | 3500 | 2.9 | 0.15 | 0.03 | 7.4 | 0.9 | 5.8 | 2.6 | 1.2 | 2.3 | 700 |
| Kombispeicher 4000 | 4000 | 3.0 | 0.15 | 0.03 | 8.0 | 0.9 | 6.7 | 2.7 | 1.2 | 2.4 | 800 |
1.4 Zusatzheizungen
| Wirkungsgrad | |
| % | |
| Öl-Standardkessel | 0.90 |
| Öl-Brennwertkessel | 1.03 |
| Gas-Standardkessel | 0.93 |
| Gas-Brennwertkessel | 1.05 |
| Pelletskessel | 0.85 |
| Stückholzkessel | 0.80 |
| Luft-Wasser-Wärmepumpe | *) |
| Sole-Wasser-Wärmepumpe | *) |
| Strom | 0.99 |
*) Wirkungsgrad abhängig von der Betriebsweise, die Wärmepumpen werden basierend auf den EN255- bzw. EB 14511-Stützstellen mittels Carnot-Interpolation gerechnet
1.5 Energieträger
| Heizwert | CO2-Äquivalent | |
| Öl | 10 kWh / Liter | 2.767 kg / Liter |
| Gas | 10 kWh / m3 | 2.095 kg / m3 |
| Strom | 1 kWh / kWh | 0.501 kg / kWh |
| Holz, mittelhart | 1500 kWh / Ster | 38.4 kg / Ster |
1.6 Warmwasserprofil
| Stunde | 1..3 | 4..7 | 8..10 | 11..12 | 13..15 | 16..17 | 18..20 | 21..24 |
| % | % | % | % | % | % | % | % | |
| Tages- spitzen |
0.0 | 2.3 | 8.0 | 2.3 | 8.0 | 2.3 | 8.0 | 2.4 |
1.7 Gebäudehülle
| Wand- U-Wert |
Boden- U-Wert |
Dach- U-Wert |
Fenster- U-Wert |
Fenster Norden |
Fenster Osten |
Fenster Süden |
Fenster Westen |
G-Wert | |
| W/(m2K) | W/(m2K) | W/(m2K) | W/(m2K) | % | % | % | % | % | |
| herkömmlich gedämmt |
0.50 | 0.50 | 0.30 | 2.50 | 13 | 25 | 25 | 6 | 80 |
| gut gedämmt |
0.35 | 0.35 | 0.20 | 1.50 | 13 | 25 | 25 | 6 | 70 |
| Minergie | 0.15 | 0.20 | 0.15 | 1.00 | 10 | 20 | 30 | 20 | 60 |
| Passivhaus | 0.12 | 0.15 | 0.12 | 0.70 | 10 | 20 | 30 | 20 | 60 |
2. Wetterdaten
Zuverlässige Wetterdaten („Meteodaten“) bilden die Grundlage für jeder Solarsimulation. Bei der Solar-Toolbox basieren die Meteodaten auf Meteonorm 6, einem weit verbreiteten und weltweit anerkannten Standard für Meteodaten.
Dabei werden Mittelwerte und Referenzmonate einer 15-jährigen Messperiode zur Erzeugung eines Referenzjahres verwendet. Weltweit speisen über 8000 Messstandorte sowie feinauflösende Satellitenbilder die Meteonorm-Datenbank.
Daraus werden für beliebige Standortkoordinaten Wetterprofile interpoliert und mittels eines ausgefeilten Wettersimulators in Stundenauflösung generiert.
Die so ermittelte Global- und Diffusstrahlung, Umgebungs- und Himmelstemperatur, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit bilden die Basis der in der Solar-Toolbox verwendeten Meteodaten.
3. Simulationsablauf
Das der Solar-Toolbox zugrundeliegende Tachion-Simulationsframework rechnet auf Basis einer dynamischen Zeitschrittsimulation. Der Ablauf ist für jeden Zeitschritt wie folgt:
- Sonnenstand aufgrund der Ortskoordinaten berechnen (zeitliche Auflösung: vier Minuten)
- Momentane Strahlungsverteilung ermitteln unter Berücksichtigung von Bewölkung, Nebel, Dunst (-> siehe Abschnitt Wetterdaten), des Schneebedeckungsgrades des Bodens (Albedo), sowie der Verschattung durch Berge und Hügel (Fernhorizont)
- Kollektoreinstrahlung aufgrund der solaren Direkt- und hemisphärischen Diffusstrahlung berechnen (abgekürzt „Esol“)
- Kollektorfeldertrag aufgrund der Gesamteinstrahlung, Aussen- und Kollektortemperatur, sowie des Volumenstroms berechnen (abgekürzt „Qsol“)
- Solarleitungsverluste anhand des Dämmwertes und der Temperaturverhältnisse berechnen
- Wärmeabgabe und Einschichtung der Nutzenergie in den Solarspeicher (abgekürzt „Ssol“)
- Je nach Steuerungsparameter: Nachheizen des Speichers mit Zusatzenergie, unter Verwendung detaillierter Verbrennungsmodelle, bzw. Wärmepumpenmodelle
- Resultierende Temperaturverteilung im Speicher berechnen
- Aktuellen Warmwasser- und Zirkulations-Energieverbrauch berechnen (abgekürzt „Quse“)
- Bei Heizungsunterstützung: Aktuellen Energiebedarf und Volumenstrom des Gebäudes ermitteln unter Berücksichtigung der Solarstrahlungsgewinne, Wärmeverluste durch Lüftung, Wand-, Fenster-, Boden- und Dach-Transmission, sowie Berechnung der Gebäude-, Fussboden-, Radiator- und Raum-Temperaturen.
- Entnahme der Energie aus dem Speicher
- Aktualisierung der Temperaturverteilung im Speicher
- nächster Zeitschritt