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Die Luftaufnahme zeigt die Solarthermieanlage mit 8.300 Quadratmeter Kollektoren in Senftenberg mit einem Jahresertrag von ca. 4.000 MWh, die in das städtische Fernwärmenetz speisen.
© Stadtwerke Senftenberg
Berechnungsprogramm für große Solarthermieanlagen
08.03.2017

Screenshot des Berechnungsprogramms ScenoCalc Fernwärme 2.0: Eine 1.000 Quadratmeter große Solarthermieanlage erreicht laut Tool im angenommenen Zeitraum vom 1. Januar bis 31. Dezember in Würzburg eine solare Wärmelieferung von 405 MWh.
© Solites

Vorhersagbarer Wärmeertrag

Die Nachfrage für solarthermische Großanlagen in Fernwärmenetzen steigt. Damit wächst auch die Notwendigkeit für leistungsfähigere Kalkulationsprogramme. Investoren benötigen für ihre Projekte Vorhersagen des zu erwartenden Wärmeertrags von Solarthermieanlagen. Das soll jetzt ein neues Berechnungsprogramm möglich machen.

Um die nationalen und internationalen Ziele zum Klimaschutz zu erreichen und die CO2-Emissionen zu senken, muss das große Potenzial von Solarwärme ausgeschöpft werden. Große Kollektoranlagen im Megawattbereich zur Fernwärme- oder Prozesswärmeunterstützung bieten dabei viele Vorteile. Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK (AGFW) prognostiziert einen Bedarf von 800.000 Quadratmeter Kollektorfläche in Wärmenetzen bis zum Jahr 2020.
Bei den Anlagen entscheiden eine optimale Auslegung und Betriebsweise über die Höhe der Energiegewinne oder -verluste. Ein Werkzeug, welches die Ergebnisse solcher Anlagen auf Basis eines allgemein anerkannten Verfahrens vorhersagt, erhöht die Glaubwürdigkeit dieser Technologie sowie ihrer Anbieter. Das ist eine Voraussetzung, um das Vertrauen von Investoren zu gewinnen.

Genaue Ertragsvorhersagen sind für einzelne Kollektoren mit dem Solar-Keymark-Zertifizierungstool ScenoCalc einfach und einheitlich möglich. Doch es gab bisher kein Simulationstool, das den Gegebenheiten und Anforderungen von Wärmenetzen Rechnung trägt und sich an ScenoCalc orientiert. Obwohl es auch im Ausland, vor allem in Dänemark, bereits zahlreiche Anlagen zur Unterstützung von Wärmenetzen gibt und ständig neue hinzukommen, werden bisher keine Ertragsprognosen-Werkzeuge verwendet, die auf diesem Programm basieren und verlässliche Vorhersagen liefern.

Berechnungsprogramm für solarthermische Großanlagen

Investoren erwarten möglichst genaue Vorhersagen des zu erwartenden Wärmeertrages von Solarthermieanlagen. Dies ist für einzelne Kollektoren einfach und einheitlich möglich. Für komplette solarthermische Großanlagen jedoch liefert jedes der bestehenden Simulationsprogramme andere Ergebnisse. „Das liegt vor allem daran, dass bisher kein einfach zu bedienendes Simulationsprogramm den Gegebenheiten und Anforderungen von Wärmenetzen vollständig Rechnung trägt“, erläutert Solites-Institutsleiter Dirk Mangold. Hier setzt das Forschungsprojekt ScenoCalc Fernwärme, kurz SCFW, an. Die Forscher entwickelten ein offenes, frei verfügbares Berechnungsprogramm in Excel, das auf ScenoCalc aufbaut. Es dient zur Ertragsvorhersage und zum Vergleich unterschiedlicher Systeme für thermische Solaranlagen, die entweder in Fernwärmesysteme einspeisen oder für Prozesswärme genutzt werden.

Neues Programm nutzt bewährten Algorithmus

Kollektor-Prüfinstitute nutzen das Excel-Programm ScenoCalc für Ertragsprognosen bei der Zertifizierung von Kollektoren im Solar-Keymark-Prozess. Es ist auf die Betrachtung eines einzelnen Kollektors und konstante Kollektor-Mitteltemperaturen beschränkt. Im Vorhaben SCFW wurden in einem ersten Schritt die von ScenoCalc durchgeführten Berechnungen von einer Makro-Programmierung in Excel-Formeln übertragen und mit ergänzenden Funktionalitäten versehen. Diese sollen hauptsächlich den Bedienkomfort verbessern. So wurde zum Beispiel eine Kollektor-Datenbank eingeführt sowie die Möglichkeiten ergänzt, Berechnungen auf ein bestimmtes Zeitfenster zu begrenzen, stündliche Temperatur- und Lastprofile einzugeben oder Projekte zu archivieren.

Das Tool erweiterten die Wissenschaftler, um gesamte Solarthermiesysteme berechnen zu können: Solarthermieanlagen in Wärmenetzen inklusive Rohrleitungen, optionalem Speicher, Wärmeübertrager und mit stündlich veränderbaren Lastbedingungen. „Das SCFW-Tool hält sich in seiner Grundversion streng an die Algorithmen von ScenoCalc bzw. der ISO 9806 und berücksichtigt in seiner Erweiterung ertragsrelevante Effekte des Gesamtsystems“, sagt Mangold.

Das zu betrachtende Solarthermiesystem kann zentral oder dezentral in das Wärmenetz eingebunden sein. Zusätzlich lassen sich Kollektortyp, Rohrleitungen, Wärmeübertrager (Solarkreis und Netzkreis), Speicher und Netz auswählen. Für jede Komponente können die Hauptparameter definiert werden. Auch die Randbedingungen, wie Wetterdaten und die Wärmelast des Wärmenetzes, können aus Datenbanken bestimmt oder vom Benutzer selbst definiert werden. Die Ergebnisse stehen als stündliche Daten für ein ganzes Jahr zur Verfügung. Das Berechnungsprogramm ScenoCalc FW ist hier kostenfrei erhältlich.

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Merkzettel

Adressen

Projektleitung
Solites

Industrielle Projektbegleitung
Ritter XL Solar GmbH

Link

ScenoCalc
Das Ertragsvorhersagetool für Solarthermie-Anlagen in Wärmenetzen ScenoCalc ist kostenfrei erhältlich und steht zum Download bereit.

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.