Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 412

Abb. 6.18 Schemaskizze eines elektrischen Ersatzschaltbildes in einem Einknotenmodell ( a ) und
einem Zweiknotenmodells ( b ). I = solare Einstrahlleistung (Lustig 2002 )

6.3.3 Solarkollektormodellierung

Viele in Simulationsprogrammen verwendete Kollektormodelle beruhen auf dem Einkno-
tenmodelle. Oft werden hierzu elektrische Ersatzschaltbilder verwendet, wie es schema-
tisch die Abb. 6.18a zeigt. Die Solarstrahlung ist in diesem Ersatzschaltbild als Stromquel-
le dargestellt. Spannungen bzw. Spannungsabfälle entsprechen dabei Temperaturen bzw.
Temperaturdifferenzen. Ströme entsprechen Wärmeströmen. Die elektrische Kapazität
entspricht der Wärmekapazität. Letztere ist in dieser Darstellung eine aus Absorber und
Fluidkapazität zusammengefasste Größe. Dies betrifft auch den Verlustwiderstand k fluid ,
der einen Effektivwert aus dem Wärmeübergang zwischen Absorber und Umgebung und
dem vom Absorber auf das Fluid darstellt.
Die Abb. 6.18b zeigt ein detaillierteres Modell, das den Kollektor in zwei Knoten unter-
teilt. Der Absorberknoten ist über den thermischen Leitwert k abs-amb an die Umgebung
gekoppelt. Weiterhin existiert eine getrennte thermische Absorberkapazität. Der zweite
Widerstand stellt den thermischen Leitwert vom Absorber auf das Fluid dar. Dieser ist
maßgeblich abhängig vom Absorberdesign und den Strömungsbedingungen im Absorber-
rohr. Das Verhältnis der beiden Widerstände mündet in den Absorberwirkungsgradfak-
tor F ʹ mit F ʹ = k fluid /( k fluid + k absorber-amb ), der bereits im Abschnitt Flachkollektor (Kap. 6.2.2)
eingeführt worden ist.
Bei der dynamischen Beschreibung des Kollektors findet die thermische Kapazität des
Kollektors Berücksichtigung. Man unterscheidet auch hier die 1, 2 und 3-Knotenmodelle,
die den Kollektor in vertikale Ebenen gliedern. Beim 1-Knotenmodell (vgl. Abb. 6.18a )
geht man von einer homogenen Temperaturverteilung in Absorber und Fluid aus:

¯

· d

T f l u id
dt

¯

M · c K ollektor = A · η 0 · i g lob − k T f l u id − T U . (6.23)