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Virtual Solar Field (VSF)



VSF - Logo

Linienfokussierende Systeme wie Parabolrinnen- und linear Fresnel-Systeme sind weltweit in großem Umfang installiert und werden zur kommerziellen Wärme- und Stromerzeugung genutzt. Ihre Wirtschaftlichkeit kann zum Beispiel durch Verbesserungen in der Solarfeldregelung und Betriebsführung weiter verbessert werden. Eine Möglichkeit: die Steigerung der Menge der eingesammelten Energie durch Reduktion der prozessablaufbedingten Defokussierung von Kollektoren. Daneben spielt die Dämpfung von Temperatur- und Druckschwankungen in den Rohrleitungssystemen und bei den Stellorganen eine Rolle.

 

VSF - Feldschema
Schema eines Parabolrinnenfeldes wie es im Virtual Solar Field abgelegt werden kann.

 

Bestehende Kollektorfelder können für derartige Weiterentwicklungen nur sehr begrenzt eingesetzt werden. Die Betreiber von kommerziellen Anlagen lehnen Tests von neuen Regelungsstrategien während des laufenden Betriebs häufig ab, um die geplante Leistung und den Ertrag der Anlage nicht zu gefährden. In diesen Fällen bietet das Virtual Solar Field (VSF) einmalige Möglichkeiten, um neue Maßnahmen zur Ertragssteigerung vor der Implementierung im kommerziellen Kraftwerk zu erproben.

Das für das VSF entwickelte Regelungskonzept zeichnet sich durch seine Robustheit aus und ermöglicht eine einfache Anpassung für die individuellen Anforderungen an die Simulation.

Das DLR-Institut für Solarforschung hat in den vergangenen Jahren mit dem VSF ein detailliertes Solarfeldmodell erstellt, welches als virtuelle Testplattform zur Verfügung steht. Hier die wichtigsten Funktionen im Überblick:

  • Umfang
    • Abbildung eines gesamten Solarfelds bestehend aus beliebig vielen Kollektorloops
    • Flexible Anordnung der Loops zur Abbildung asymmetrischer Kollektorfelder
    • Detaillierte Abbildung des Verteil- und Sammelsystems
    • Anwendbar auf einphasige Wärmeübertragungsmedien
    • Kollektorperformance-Daten zeitlich und örtlich individuell vorgebbar
  • Physikalische Abbildung
    • Transiente Massen- und Energiebilanz für die Fluidvolumina in allen Rohrleitungsabschnitten (eindimensionale axiale Diskretisierung)
    • Energiebilanz für die Rohrwandung
    • Druckverlustberechnung für alle Rohrleitungsabschnitte und Einbauten
    • Berechnung der Massenstromverteilung des hydraulischen Netzwerks abhängig vom aktuellen thermischen Zustand den Kollektorloops
    • Optische und thermische Bilanzierung an Receivern und isolierten Rohrstücken
    • Ortsaufgelöste Direktstrahlungsverteilung über das Feld in beliebiger Auflösung
  • Steuersignale
    • Tracking-Signal mit beliebiger Tracking-Kennlinie individuell für jeden Kollektor
    • Ventilhub/Klappenstellung für Subfeld-Durchflussregelung
    • Ventilhub für die Strangeintrittsventile (entweder feste Einstellung oder geregelt)
    • Druckhub der Solarfeldpumpe

Der dargestellte Funktionsumfang erlaubt eine realitätsnahe Abbildung eines kompletten Parabolrinnenfeldes. Durch eine rechenzeiteffiziente Implementierung werden Rechenzeiten im Bereich von 1/100 der realen Zeit erreicht. Das Werkzeug ist als Rechenkern konzipiert, sodass die Möglichkeit besteht, Schnittstellen zu vielen anderen Programmen zu schaffen. Die Abteilung Linienfokussierende Systeme nutzt das Programm für ihre Forschungsaktivitäten im Bereich Regelung und Betriebsführung von öl- und salzbasierten Rinnensystemen.


Kontakt
Dr.-Ing. Tobias Hirsch
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Solarforschung
, Linienfokussierende Systeme
Stuttgart

Tel.: +49 711 6862-428

Fax: +49 711 6862-747

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