Zurück zu Luftkollektoren 

Allgemeines zum Test von Luftkollektoren

Beschreibung des Luftkollektortest-stands

Live-Werte des SV14

Auswertungen

Zurück zum Hauptmenü

Beschreibung des Luftkollektorteststands

Im Auftrag von energie + innovation hat das Beratungs- und Planungsbüro energy-21 einen Teststand für Luftkollektoren entwickelt. Dieser erlaubt eine kontinuierliche Messung an einem SolarVenti®-Luftkollektor SV14. Die gewonnen Messwerte werden auch online angezeigt und alle 30 Sekunden aktualisiert. >>>>> Zu den live-Werten des SV14

Beschreibung des Messstandes
Die nachfolgenden Abbildungen zeigen eine Schemazeichnung und ein Foto des Teststandes.

Deutlich ist auf der linken Seite der Messsensor für die Windgeschwindigkeit und -richtung zu sehen. Auf der rechten Seite befindet sich die Wetterhütte. In ihr sind - vor der Sonne geschützt - die Messfühler für die Umgebungstemperatur, die relative Luftfeuchte und den Luftdruck untergebracht.

Am oberen rechten Rand des SolarVenti-Luftkollektors ist der Sensor für die Messung der Sonneneinstrahlung in W/m2 zu sehen. Der Fühler besitzt die gleiche Neigung und Ausrichtung wie der Kollektor - genau nach Süden.

Die absolute Feuchte in g/m3 wird aus der relativen Feuchte (%) und der Umgebungstemperatur (°C) berechnet.

Aus der Uhrzeit und dem Datum wird rechnerisch die Sonnenhöhe und der Azimutwinkel (beides in °) bestimmt.

Mit Hilfe der temperaturabhängigen Dichte der Luft in kg/m3 und dem Luftdurchsatz in m3/h, der gemessen wird, lässt sich der temperaturunabhängige Luftdurchsatz in kg/h bestimmen.

Zuletzt werden noch die Wärmeleistung in W und der Wirkungsgrad des Kollektors in % ermittelt.

All diese Werte werden zum einen auf dem Rechner gespeichert und anschließend detailliert ausgewertet. Zum anderen werden sie von dem Rechner ins Internet übertragen, wo Sie sie betrachten können.

Wir bedauern, dass die Übertragung ab und zu zusammenbricht. Bitte versuchen Sie es einfach später noch einmal. Vielen Dank für Ihr Verständnis.

nach oben

a) Gemessene Größen
Windrichtung und -geschwindigkeit
Mit Hilfe eines Schalenkreuzanemometers (oben) wird die Windgeschwindigkeit in m/s gemessen. Das Auswerteprogramm rechnet den Wert zusätzlich zum besseren Verständnis in km/h um.

Die Windfahne (unten) zeigt die Windrichtung in ° an. Dabei gilt:
Norden
90°
Osten
180°
Süden
270°
Westen

Die Messgeneauigkeit beträgt +/- 0,1 km/h
.

Die Sonneneinstrahlung
Wie die nebenstehende Abbildung zeigt, hat der Messsensor die gleiche Neigung und Ausrichtung wie der Kollektor.
Er ist am oberen Rand des Kollektors (nicht mittig) montiert. Er befindet sich etwa in der Mitte des im Kollektor befindlichen Photovoltaikmoduls.

Die Messgenauigkeit liegt bei +/- 1 W/m2.

In Einzelfällen kann es vorkommen, dass der Einstrahlungssensor Einstrahlung anzeigt, es aber keinen Luftdurchsatz gibt, oder umgekehrt. Das liegt an der geringen, aber vorhanden räumlichen Trennung von Einstrahlungssensor und Modul.


Die Wetterhütte
Um keine Verfälschung bei der Messung der Umgebungstemperatur zu bekommen, befindet sich der Messfühler für die Umgebungstemperatur im Inneren der Wetterhütte.
Neben der Umgebungstemperatur wird dort auch die relative Luftfeuchte und der Luftdruck gemessen.

Die relative Feuchte kann mit einer Genauigkeit von +/- 3,5 % angegeben werden, der Luftdruck mit einer von +/- 2 hPa (=mbar).

Die relative Luftfeuchte in % gibt das Verhältnis des momentanen Wasserdampfgehalts zum maximal möglichen Wasserdampfgehalt bei derselben Temperatur an. Das Verhältnis schwankt zeitlich und örtlich. Bei jeder Temperatur kann in einem bestimmten Luftvolumen nur eine Höchstmenge Wasserdampf enthalten sein.

Die Temperaturen
Es werden derzeit drei Temperaturen gemessen:
  • die Umgebungstemperatur (= Kollektoreintrittstemperatur)
  • die Kollektoraustrittstemperatur
  • die Temperatur an der Messblende
Es ist zu beachten, dass die Kollektoraustrittstemperatur am Tag meistens höher ist als die Umgebungstemperatur, auch wenn der Ventilator nicht läuft. Das liegt daran, dass sich die Luft auch bei sehr schwacher Sonneneinstrahlung im Kollektor gering erwärmt.

Der Temperaturfühler misst die Kollektoraustrittstemperatur auch bei stehendem Ventilator.

Die Messgenauigkeit beträgt +/- 0,5 °C.

Der Luftdurchsatz
Die im gleichmäßigem Abstand angebrachten Bohrungen auf dem Aufnehmer tasten den absoluten und statischen Druck ab und ermitteln den
Durchschnittswert. Der daraus resultierende Differenzdruck kann am Differenzdruck-Messgerät abgelesen werden. Aus der Druckdifferenz kann der durchschnittliche Luftvolumenstrom in m3/h berechnet werden. Diese Aufgabe übernimmt das Differenzdruck-Messgerät.

Die Messgenauigkeit liegt je nach Installation zwischen 3 und 5%.

Ist der Druckunterschied zu gering, kann er nicht mehr erfasst werden. Das bedeutet, dass bei Durchsätzen von weniger als 40 m3/h 0 m3/h angezeigt werden. Nach Abschluss der Datenauswertung wird der Luftdurchsatz in diesem Bereich rechnerisch bestimmt werden.


nach oben

b) Berechnete Größen

Vorbemerkung
Wird eine Größe aus mehreren gemessenen Größen berechnet und sind die Messwerte fehlerbehaftet, so ist auch die berechnete Größe fehlerbehaftet. Mit den Gesetzen der Fehlerfortpflanzung kann festgestellt werden, wie groß der maximal zu erwartende Fehler ist.

Messgenauigkeit der berechneten Größe = Wurzel [(Messgenauigkeit der Größe 1)2 + (Messgenauigkeit der Größe 2)2 + .... + (Messgenauigkeit der Größe n)2]


Sonnenhöhe und der Azimutwinkel
Mit Hilfe der geographischen Breite und Länge, sowie der Uhrzeit und des Datums werden die Sonnenhöhe und der Azimutwinkel berechnet.

Die Sonnenhöhe zeigt den aktuellen Winkel der Sonne über dem Horizont in Grad an.

Bei einer Sonnenhöhe von 0° bis -6° spricht man von der Bürgerlichen Dämmerung, zwischen -6° und -12° von der Nautischen Dämmerung und zwischen -12° und -18° von der Astronomischen Dämmerung. Bei Sonnenhöhen kleiner als -18° ist Nacht.

Der Azimutwinkel gibt den aktuellen Winkel zwischen der geografischen Nordrichtung und dem Mittelpunkt der Sonne in Grad an.

Dabei gilt ebenfalls:
Norden
90°
Osten
180°
Süden
270°
Westen


Absolute Feuchte
Aus der relativen Luftfeuchte wird die absolute Luftfeuchte in g/m3 berechnet.

Die absolute Luftfeuchtigkeit gibt die Masse des Wasserdampfs in einem bestimmten Luftvolumen also dessen Dichte beziehungsweise Konzentration an. Sie wird üblicherweise in Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft angegeben.

Die absolute Feuchte kann mit einer Genauigkeit von +/- 3,5 % angegeben werden


Wärmeleistung
Die Wärmeleistung in W berechnet sich aus dem Luftdurchsatz und der Temperaturerhöhung. Die genaue Beziehung lautet:

Wärmeleistung = Luftdurchsatz * spezifische Wärmekapazität * (Kollektoraustrittstemperatur - Kollektoreintrittstemperatur)

Die Wärmeleistung kann mit einer Genauigkeit von +/- 7 % angegeben werden.

Sie wird gleich Null gesetzt, wenn kein Durchsatz gemessen werden kann.


Der Wirkungsgrad

Mit Hilfe der Temperaturerhöhung und dem Luftdurchsatz lässt sich die Nutzleistung des Kollektors bestimmen. Teilt man diese durch die Einstrahlung, erhält man den Wirkungsgrad.

Wirkungsgrad in % = Wärmeleistung in W / (Fläche in m2 * Einstrahlung in W/m2)

Der Wirkungsgrad lässt sich mit einer Genauigkeit von +/- 7 % angeben.

Er wird gleich Null gesetzt, wenn kein Durchsatz gemessen werden kann.


Auswertung der Messdaten
Im Rahmen einer Bachelorarbeit werden die Messdaten wissenschaftlich ausgewertet. Ab Herbst 2011 werden wir die Auswertungen an dieser Stelle im Internet veröffentlichen.


Copyright by energie+innovation

nach oben