SolarFoods

lebensmittel der zukunft

User Tools

Site Tools


solis:documentation

SOLiS Dokumentation

SOLiS ist ein Tool zur Simulation der solaren Wärmebereitstellung für die Industrie. Aufgrund gegebener Kollektor-, Speicher- und Anlagendaten wird ein typisches Jahr simuliert um die zu erwartenden Wärmemengen und die Wärmegestehungskosten abzuschätzen.

Die simulierte Anlage enthält einen Kollektor und einen geschichteten Pufferspeicher, sowie eine Kraft-Wärmekopplung und ein zusätzliches Backupsystem. Verluste bei Wärmetauschern und Leitungen werden vernachlässigt.

In den Eingabedaten können mehrere Szenarien definiert werden, die von SOLiS parallel abgearbeit werden. Die Eingabedaten werden in Form von CSV Dateien im Unterverzeichnis in erwartet, die Ergebnisse und Logfiles werden in das Verzeichnis out geschrieben.

Eingabedaten

Jede CSV Eingabedatei hat folgende grundlegende Struktur:

  • 3 frei formatierbare Zeilen. Diese Zeilen können zur Beschriftung und zur Dokumentation verwendet werden, sie werden von SOLiS nicht beachtet.
  • 1 Kopfzeile, in der die Spaltennamen definiert werden, die SOLiS erwartet. Die Spalten werden ausschließlich durch deren Namen in der Kopfzeile identifiziert. Die Reihenfolge der Spalten spielt keine Rolle.
  • CSV Tabellen, die von anderen Tabellen referenziert werden, müssen genau eine Spalte mit dem Namen id haben. Jeder Eintrag muss eine eindeutige ganze Zahl als id haben. Beispiel: steht in in/Scenarios.csv in der Spalte collectorId der Wert 5, soll für dieses Szenario der Eintrag aus in/Collectors.csv verwendet werden, der in der Spalte id den Wert 5 hat.
  • Die restlichen Zeilen der CSV enthalten die eigentlich relevanten Daten und Zahlen. SOLiS beginnt hier bei der Nummerierung der CSV Zeilen mit 0. Beispiel: eine Fehlermeldung der Form in/Scenarios.csv (6, id) … bedeutet, dass im Eintrag 6, also in der 11. Zeile der CSV Datei ein Fehler in der Spalte id aufgetreten ist.

Szenarien

Die Datei in/Scenarios.csv enthält die Liste aller zu simulierenden Szenarien mit folgenden Spalten:

  • id: eindeutige ganze Zahl zur Identifizierung des Szenarios
  • name: Name des Szenarios; Muss nicht eindeutig sein.
  • collectorId: Id des Eintrages in in/Collectors.csv, der angibt, welcher Kolletkor für dieses Szenario verwendet werden soll
  • storageTankId: Id des Eintrages in in/StorageTanks.csv, der angibt, welcher Speichertank für dieses Szenario verwendet werden soll
  • solarSystemId: Id des Eintrages in in/SolarSystems.csv, der Daten des gesamten Solarsystems, wie die Anzahl an Simulationsschritten pro Stunde, für dieses Szenario angibt
  • chpPower: thermische Leistung der zusätzlichen Kraft-Wärme-Kopplung in kW für dieses Szenario
  • irradiationProfileName: Name der Spalte aus der Datei in/IrradiationProfiles.csv, die für dieses Szenario herangezogen wird
  • loadProfileId: Id des Eintrages in in/LoadProfileNames.csv, der angibt, welches Lastprofile für dieses Szenario verwendet werden soll
  • active: 1 oder 0, je nachdem ob dieses Szenario aktiv ist oder nicht; Nur aktive Szenarien werden simuliert.

Kollektor

Die Datei in/Collectors.csv enthält die Liste aller in der Simulation verwendbaren Kollektoren.

  • id: eindeutige ganze Zahl zur Identifizierung des Kollektors
  • name: Name des Kollektors. Muss nicht eindeutig sein
  • area: die gesamte Kollektorfläche in m2
  • eta0, a1, a2: geben die temperaturabhängige Effizienz des Kollektors nach folgender Formel an: eta(DeltaT, I) = eta0 - (a1 * DeltaT + a2 * DeltaT^2) / I wobei I die Einstrahlung in W/m2 ist und DeltaT = max(T - Tenvironment, 0).
  • fluidCapacity: spezifische Wärmekapazität des Kollektorfluids in J/Kkg.
  • environmentTemperature: Kollektorumgebungstemperatur in °C.
  • areaElements: Der Temperaturverlauf des Fluids innerhalb des Kollektors ist nicht-linear. Zur Berechnung des Temperaturverlaufes wird der Kollektorfluss numerisch in areaElements Teile unterteilt. Je höher diese Zahl gewäht wird desto genauer ist die Simulation vor allem bei niedrigen Kollektorflussraten. In der Regel sollten 10 Unterteilungen reichen um eine Temperaturgenauigkeit von unter 1 Grad zu erreichen.
  • investCostParametersA, investCostParametersB, investCostParametersC (veraltet): geben die geschätzten Investionskosten in Abhängigkeit der Kollektorfläche nach folgender Formel an: costs(area) = area * (A + B * area^C).
  • omCosts (veraltet): jährliche Betriebs- und Wartungskosten des Kollektors in Vielfachen der Investionskosten

Speichertank

Die Datei in/StorageTanks.csv enthält die Liste aller in der Simulation verwendbaren Speichertanks.

  • id: eindeutige ganze Zahl zur Identifizierung des Speichertanks
  • name: Name des Speichertanks. Muss nicht eindeutig sein
  • radius: Radius des zylindrischen Speichertanks in Meter
  • height: Höhe des zylindrischen Speichertanks in Meter
  • fluidDensity: Dichte des Speicherfluids in kg/m3
  • fluidCapacity: spezifische Wärmekapazität des Speicherfluids in J/Kkg
  • fluidConductivity: Wärmeleitfähigkeit des Speicherfluids in W/Km
  • transmissionCoefficient: Wärmeleitkoeffizient der Speichertankwände in W/Km2
  • initialTemperature: Anfangstemperatur des Speicherfluids zu Beginn der Simulation
  • layers: Zur Simulation des Temperaturverlaufs innerhalb des Speichers wird der Speicher numerisch in Schichten unterteilt. Je höher diese Zahl gewählt wird desto genauer ist die Simulation. 10 Unterteilungen sollten reichen, um ausreichend genaue Temperaturverteilungen zu erhalten. Je höher der Massestrom und je höher der Temperaturunterschied zwischen Speicherzu- und ablauf ist, desto höher muss die Zahl gewählt werden, um ausreichend genaue Temperaturen zu erhalten. Siehe auch in/SolarSystem.csv:stepsPerHour.
  • investCostParametersA, investCostParametersB, investCostParametersC (veraltet): geben die geschätzten Investionskosten in Abhängigkeit des Speichervolumens nach folgender Formel an: costs(area) = volume * (A + B * volume^C). Achtung: volume wird für diese Formel in Liter angegeben.

Solaranlage

Die Datei in/SolarSystems.csv enthält die Liste aller in der Simulation verwendbaren Solaranlagen. Die Solaranlage enthält Daten, die das Gesamtsystem Kollektor und Speichertank betreffen.

  • id: eindeutige ganze Zahl zur Identifizierung der Solaranlage
  • name: Name der Solaranlage. Muss nicht eindeutig sein
  • collectorFlow: Massefluss des Kollektorfluids in kg/s; Hohe Kollektorflüsse erfordern eine genauer Zeitunterteilung. Siehe stepsPerHour.
  • stepsPerHour: die Simulation der Wärmeflüsse geschieht in diskreten Schritten. Jede Stunde des simulierten Jahres wird dabei in stepsPerHour Schritte unterteilt. Je höher diese Zahl gewählt wird desto genauer ist die Simulation. Ein zu niedriger Wert kann zu starken numerischen Schwankungen der Temperaturen führen. Solche Schwankungen werden erkannt und die Simulation des betroffenen Szenarios wird abgebrochen mit der Fehlermeldung Storage temperatures are unstable.
  • lifetime (veraltet): Betrachtungszeitraum der Wirtschaftlichkeitsrechnung; Dieses Feature ist veraltet und war für die Optimizerung der Wärmegestehungskosten innerhalb von SOLiS gedacht.
  • interestRate (veraltet): Jahreszinsatz für die Wirtschaftlichkeitsrechnung; Dieses Feature ist veraltet und war für die Optimizerung der Wärmegestehungskosten innerhalb von SOLiS gedacht.

Last Profile

Die Lastprofile werden für SOLiS in zwei Dateien angegeben. Die Datei in/LoadProfiles.cvs enthält unterschiedliche stündliche Last- und Temperaturangaben. Die Datei in/LoadProfileNames.csv fasst Spalten der Datei in/LoadProfiles.csv zu einzelnen benannten Lastprofilen zusammen.

Stündliche Daten

Die Datei in/LoadProfiles.csv enthält stündliche Last- und Temperaturangaben. Die Spaltennamen sind frei wählbar und werden von der Datei in/LoadProfileNames.csv mit Namen referenziert.

  • hour: Stunde des Simulationsjahres von 1 bis 8760; Diese Spalte wird von SOLiS nicht benutzt und ist als Hilfsspalte zur Profilerstellung gedacht.
  • load1, restLoad1 …: stündlich aktuelle Lastleistung in kW
  • tIn1, tOut1 …: stündlich aktuelle Zu oder Ablauftemperatur in °C
  • Die restlichen Spaltennamen sind frei wählbar müssen jedoch auch in Groß-/Kleinschreibung mit den Verweisen in der Datei in/LoadProfileNames.csv übereinstimmen.

Gruppierung der Daten

Die Datei in/LoadProfileNames.csv enthält Verweise auf Spalten der stündlichen Daten zur Gruppierung in benannte Lastprofile.

  • id: eindeutige ganze Zahl zur Identifizierung des Lastprofiles
  • name: Name des Lastprofiles. Muss eindeutig sein
  • load: Name der Spalte in in/LoadProfiles.csv mit den stündlichen Lastangaben jener Prozesse mit solar unterstützer Wärmebereitstellung für dieses Lastprofil
  • load: Name der Spalte in in/LoadProfiles.csv mit den stündlichen Lastangaben jener Prozesse ohne solar unterstützer Wärmebereitstellung für dieses Lastprofil
  • tIn: Name der Spalte in in/LoadProfiles.csv mit den stündlichen Zulauftemperaturen jener Prozesse mit solar unterstützer Wärmebereitstellung für dieses Lastprofil
  • tOut: Name der Spalte in in/LoadProfiles.csv mit den stündlichen Ablauftemperaturen jener Prozesse mit solar unterstützer Wärmebereitstellung für dieses Lastprofil

Die Zu- und Ablauftemperaturen für Prozesse ohne solar unterstützer Wärmebereitstellung brauchen SOLiS nicht bekannt sein, da angenommen wird, dass die Effizienz des primären und sekundären Backupsystems unabhängig von der zu erreichenden Temperatur ist.

Einstrahlungsprofile

Die Datei in/IrradiationProfiles enthält stündliche Leistungsanbgaben der solaren Einstrahlung in W/m2 in Bezug auf eine fixe Neigung, in der die Kollektoren errichtet werden sollen.

  • hour; Stunde des Simulationsjahres von 1 bis 8760; Diese Spalte wird von SOLiS nicht benutzt und ist als Hilfsspalte zur Profilerstellung gedacht.
  • Vienna, Murcia …: stündlich aktuelle Einstrahlungsleistung in W/m2 des jeweiligen Einstrahlungsprofiles; Die Namen sind frei wählbar, müssen jedoch auch in Groß-/Kleinschreibung mit den Verweisen in in/Scenarios.csv übereinstimmen.

Ergebnisdaten

Die Datei out/Results.csv fasst die Simulationsergebnisse für jedes Szenario in je einer Zeile zusammen.

  • id: Kennummer des simulierten Szenarios in der Datei in/Scenarios.csv
  • loadProfileName: Name des für dieses Szenario verwendeten Lastprofiles in der Datei in/LoadProfileNames.csv
  • tProcessInMax, tProcessInAverage: maximale und durchschnittliche Zulauftemperatur der solar unterstützten Prozesse
  • tProcessOutMax, tProcessOutAverage: maximale und durchschnittliche Rücklauftemperatur der solar unterstützten Prozesse
  • collectorName, collectorArea: Name und Fläche in m2 des für dieses Szenario verwendeten Kollektors in der Datei in/Collectors.csv
  • storageTankName, storageTankVolume: Name und Volumen in m3 des für dieses Szenario verwendeten Speichertanks in der Datei in/StorageTank.csv
  • interestRate (veraltet): Jahreszinssatz für dieses Szenario
  • lifetime (veraltet): Betrachtungszeitrauf der Wirtschaftlichkeitsrechnung
  • qIrradiationTotal: gesamte Einstrahlungswärme in kWh im Simulationsjahr
  • qSolarTotal: gesamte solar genutzte Wärme in kWh im Simulationsjahr
  • qPrimaryBackupTotal, qPrimaryBackupTotal: gesamte Wärme in kWh im Simulationsjahr, die vom primären- beziehungsweise sekundären Backupsystem bereitgestellt wurde; Die Summe von qSolarTotal, qPrimaryBackupTotal und qSecondaryBackupTotal ist die gesamt bereitgestellte Wärme für alle Prozesse.
  • qWasteTotal: gesamte Wärme in kWh, die vom Kollektor abeführt werden musste, um ein Überhitzen des Speichertankfluids über 98°C zu verhindern
  • omCostsCollector, omCostsStorageTank (veraltet): jährliche Betriebs- und Wartungskosten des Kollektors beziehungsweise des Speichertanks
  • investCostsCollector, investCostsStorageTank, investCostsTotal (veraltet): einmalige Investitionskosten des Kollektors, Speichertanks beziegunsweise insgesamt
  • heatPresentValue (veraltet): Barwert der solar bereitgestellten Wärme in kWh für den Betrachtungszeitraum der Wirtschaftlichkeitsrechnung
  • costsPresentValue (veraltet): Barwert der Kosten für das Solarsystem in EUR für den Betrachtungszeitraum der Wirtschaftlichkeitsrechnung
  • levelizedCosts (veraltet): solare Wärmegestehungskosten als Verhältnis des Kostenbarwertes zum Wärmebarwert.
solis/documentation.txt · Last modified: 2013/06/18 01:19 by admin