Solarenergiegewinnung

Autoren: Felix Neubauer, Niklas Reeker

Einleitung

Im Studiengang "Business and Systems Engineering" wird in der Veranstaltung "System Design Engineering" der Energiehaushalt eines Hauses über ein Jahr simuliert. Dafür werden die einzelnen Komponenten eines Hauses auf die Gruppe aufgeteilt. In dieser Gruppe wird die Solarenergiegewinnung des Hauses simuliert.

Für die Simulation wurden drei verschiedene Systeme entworfen, die die Solarenergiegewinnung beinhaltet. Es wird zum einen der PV Strom erfasst der von der PV Anlage erzeugt wird. Die PV Anlage ist in unterschiedliche Module aufgeteilt, die jeweils eine andere Richtung aufweisen (Norden, Süden, Westen). Es befindet sich außerdem eine Solaranlage auf dem Dach. Diese erzeugt im Gegensatz zu der PV Anlage warmes Wasser. Hier muss die erreichte Wärmeleistung ausgegeben werden. Das letzte System, welches zu der Solargewinnung zählt, ist der Batteriespeicher. Hier wird erfasst, wie viel Strom gespeichert bzw. entladen wird. Im Anschluss wird der Ladezustand der Batterie ausgegeben.

Vorgehensweise nach dem V-Modell

Das V-Modell ist ein strukturierter Ansatz für die Systementwicklung, der in mehrere Phasen gegliedert ist. Jede Phase wird durch eine entsprechende Testphase auf der gegenüberliegenden Seite des "V" überprüft. Der Entwicklungsprozess beginnt mit der Definition der Anforderungen und setzt sich über die Programmierung bis hin zum abschließenden Abnahmetest fort. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jede Komponente detailliert spezifiziert, entwickelt und getestet wird, bevor sie in das Gesamtsystem integriert wird.

Anforderungsdefinition

In der folgenden Excel Tabelle wurden die nötigen Anforderungen an die Solarenergiegewinnung in Form eines Lastenheftes definiert. Diese Anforderungen sollten erfüllt werden um den Kunden zufrieden zustellen.

Komponentenspezifikation

In der Komponentenspezifikation werden die drei Komponenten der Solarengeriegewinnung detailliert dargestellt. Es wird detailliert auf die Berechnung der Ausgangsgröße und der Funktion der einzelnen Komponenten eingegangen.

Komponentenspezifikation der PV- Anlage:

Die PV- Anlage ist für die Stromerzeugung durch Sonneneinstrahlung zuständig. Hierzu werden folgende Parameter als Eingangsgröße benötigt:

• Sonneneinfallswinkel
• Sonnenintensität
• Fläche der Solaranlage

Mithilfe dieser Eingangsgrößen, die von der Gruppe HPU zur Verfügung gestellt werden, kann nun die elektrische Leistung (P_aktuelle) also die Ausgangsgröße der Komponente berechnet werden. Es werden zunächst die Abkürzungen die in der Formel verwendet werden erläutert und deren Einheiten präsentiert.

• A_Gesamt = Gesamtfläche der Anlage in m^2
• P_Modul = Modulleistung entspricht der Nennleistung eines Moduls in Watt
• N_Module = Anzahl der eingesetzten Solarmodule
• T_Modul = Die aktuelle Temperatur der Module in °C (wichtig für den Wirkungsgrad der Module)
• G_Einstrahlung = die aktuelle Sonnenintensität in W/m^2
• P_Modul_ STC = Nennleistung des Moduls unter Testbedingungen (25°C und 1000 W/m^2)
• (1-a*(T_Modul- T_STC) = Temperaturkorrekturfaktor der die abfallende Leistung bei höheren Temperaturen berücksichtigt

Hieraus ergibt sich nun folgende Formel für die Berechnung der elektrischen Leistung P_aktuell:

• P_aktuell = (A_Gesamt*G_Einstrahlung) * (P_Modul/ P_Modul_STC) * (1-a *(T_Modul- T_STC))

Arbeitsergebnisse

Die vollständigen Unterlagen zu der Durchführung befinden sich im SVN in folgendem Ordner:

• Solarenergiegewinnung

Literaturverzeichnis

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