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Solarthermie: Berechnung und Validierung

nPro ermöglicht es, stündlich aufgelöste Leistungsprofile für Solarthermie-Kollektoren zu erzeugen. Wie diese berechnet und validiert werden, erfahren Sie auf dieser Seite.

Wie werden Solarthermie-Profile berechnet?

Die Berechnung von Solarthermie in nPro basiert auf der Norm DIN EN 12975-2. Hierbei wird aus der globalen Horizontalstrahlung sowie diffusen Horizontalstrahlung zunächst in Abhängigkeit der Elevation und des Azimuts die Strahlung auf die geneigte Modulfläche berechnet. In einem zweiten Schritt wird die nutzbare thermische Kollektorleistung ermittelt. Neben dem Incident Angle Modifier geht die Lufttemperatur, mittlere Kollektortemperatur, sowie die drei genormten Verlustkoeffizienten \(\eta_\mathrm{0}\), \(a_\mathrm{1}\) und \(a_\mathrm{2}\) ein. Die Verlustkoeffizienten wurden den Datenblättern eines typischen Flachkollektors und Vakuumröhrenkollektors entnommen.

Das nPro-Tool berechnet für beliebige Ausrichtungen und Neigungen das Wärmeprofil eines Flachkollektors oder Vakuumröhrenkollektors in stündlicher Auflösung.

Wie wurde Solarthermie-Berechnungsmodell validiert?

Die mit nPro erzeugten Profile wurden für eine Vielzahl unterschiedlicher Standorte und Ausrichtungen mit den Erzeugungsprofilen des Tools ScenoCalc des SP Technical Research Institute of Sweden verglichen. Das ScenoCalc-Tool ist ein offenes Excel-Programm, das von allen Institutionen für die Energieertragsprognose bei der Zertifizierung von Kollektoren nach dem Solar Keymark-Verfahren anerkannt ist. Das Tool ist auf die Betrachtung eines einzelnen Kollektors beschränkt. Es eignet sich jedoch ideal als Grundlage für nahezu jeden Typ von solarthermischen Kollektoren. Ein Auszug der Validierung ist in den nachfolgenden Tabellen dargestellt.

Tabelle 1: Vergleich des Wärmeertrags eines Flachkollektors mit nPro mit denen des Tools ScenoCalc für den Standort Frankfurt für verschiedene Ausrichtungen und eine mittlere Kollektortemperatur von 25 °C.
Ausrichtung nPro ScenoCalc Abweichung
Horizontal 611 kWh/m2 603 kWh/m2 1 %
30° / Süden 738 kWh/m2 714 kWh/m2 3 %
90° / Osten 307 kWh/m2 296 kWh/m2 3 %
90° / Westen 320 kWh/m2 309 kWh/m2 4 %
30° / Norden 378 kWh/m2 384 kWh/m2 2 %
Tabelle 2: Vergleich des Wärmeertrags eines Flachkollektors mit nPro mit denen des Tools ScenoCalc für den Standort Frankfurt für verschiedene mittlere Kollektortemperaturen und eine Ausrichtung von 30° / Süden.
Kollektortemperatur nPro ScenoCalc Abweichung
25 °C 738 kWh/m2 714 kWh/m2 3 %
50 °C 484 kWh/m2 461 kWh/m2 5 %
75 °C 289 kWh/m2 272 kWh/m2 6 %
Tabelle 3: Vergleich des Wärmeertrags eines Vakuumröhrenkollektors mit nPro mit denen des Tools ScenoCalc für den Standort Frankfurt für verschiedene Ausrichtungen und eine mittlere Kollektortemperatur von 75 °C.
Ausrichtung nPro ScenoCalc Abweichung
Horizontal 379 kWh/m2 378 kWh/m2 1 %
30° / Süden 463 kWh/m2 453 kWh/m2 2 %
90° / Osten 162 kWh/m2 155 kWh/m2 5 %
90° / Westen 172 kWh/m2 164 kWh/m2 5 %
30° / Norden 220 kWh/m2 221 kWh/m2 1 %
Tabelle 4: Vergleich des Wärmeertrags eines Flachkollektors mit nPro mit denen des Tools ScenoCalc für verschiedene Standorte bei einer horizontalen Ausrichtung und einer mittleren Kollektortemperatur von 50 °C.
Standort nPro ScenoCalc Abweichung
Frankfurt (Deutschland) 365 kWh/m2 358 kWh/m2 2 %
Stockholm (Schweden) 285 kWh/m2 278 kWh/m2 3 %
Genf (Schweiz) 446 kWh/m2 438 kWh/m2 2 %
Athen (Griechenland) 813 kWh/m2 798 kWh/m2 2 %

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