Diplomarbeit (Vorbereitung) Wärmeabfuhr von Photovoltaikanlagen

Dieses Thema im Forum "Technikerarbeiten" wurde erstellt von TechniRon87, 6 Juni 2018.

  1. Hallo erstmal
    stehe vor einer riesen Herausforderung: meine Diplomarbeit als Energietechniker. bin noch in der Vorbereitung und im moment dreht sich alles um eine entscheidende Frage.
    Wie berechne ich den nötigen Luftstrom/Strömungsgeschwindigkeit unter einer Photovoltaikfläche, damit die geförderte Luft, die Abwärme der PVA zum teil abführt??? Ziel ist es unter anderem die Zelltemperatur der Module zu senken, indem die Luft darunter "abgesaugt" wird. Die warme Luft soll dannach für weitere Zwecke genutzt werden können. Aus ersten Recherchen, habe ich gelernt dass mehr Wärme abgeführt werden kann, umso schneller die Luft strömt. aber welche Strömungsgeschwindigkeit reicht aus?? wäre sehr dankbar um Vorschläge, Lösungsansätze, Formeln, Empfehlungen Fachliteratur etc...

    Im moment sehe ich einen Luftstrom von ca. 600m3/h vor. bei einer durchströmemden Querschnittsfläche von 0.5m2 entsteht eine Strömungsgeschwindigkeit von knapp 1m/s. kann ich damit die Modulunterseite genügend ( dT von ca. 10ºC) abkühlen? Ach ja zum Aufbau sei noch gesagt, dass eine Modulfläche mit LKW Plane eingepackt wird und nur die Unterseite offen bleibt, damit Luft nur von unten reinströmt.
    Danke schon mal um eure Unterstüzung
     
  2. Moment...äh, Du hast 0,5m² Solarmodulfläche, was kann das Ding....50Watt-peak? Damit würde die Solarleistung größtenteils/komplett für den nötigen Lüfter draufgehen...
    Ich persönlich sehe da mehr Potential in kaltem Wasser zur Kühlung - hätte ich einen Swimmingpool und PV aufm Dach...da würde mir schon was einfallen, wie ich die PV kühl und den Pool warm bekomme :D

    Interessant im Netz: https://www.tugraz.at/fileadmin/user_upload/Events/Eninnov2014/files/lf/LF_Niederl.pdf
     
  3. Nein, du hast es glaub falsch vestanden. die durchströmemden querschnittsfläche ist 0.5m2 d.h: der raum raum unter den Modulen ist 3m breit umd 15cm hoch. der Kanal wäre knapp 10m lang. also sind es 3x6module mit etwaa über 5kWp
     
  4. kannn ja nach der Arbeit mal eine skizze machen und hochladen. ich arbeite seit 8jahren auf dem gebiet, also am Verständnis von PVAs sollte es nicht scheitern ;-)
     
  5. Es scheint aber an dem Verständnis der physikalischen Zusammenhänge zu scheitern, die sich um die PVA herum abspielen ...
    Luftkühlung ist nicht unbedingt besonders effektiv - die Ventilatoren benötigen richtig Leistung, um die Luftmengen da unter den Brettern durchzupusten. Mit der leicht erwärmten Luft ist nicht viel anzufangen -.aus der Furzsammlung ist kaum Energie zu gewinnen. Der Wirkungsgrad der Solarzellen dürfte sich bei Kühlung etwas verbessern - aber ob es das rausreißt ?
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    Wenn Luftkühlung sein soll, dann ohne Zuführung zusätzlicher Energie - also ein geschickte Konvektionslösung, die kühle Brise aus dem Keller hochzieht und unter den Paneelen durchwabert und von einem geschwärzen Kamin gekrönt, die heiße
    Luft gen Himmel befördert.
    Wirksamer ist sicherlich eine Wasserkühlung - das erwärmte Wasser kann man ja wenigstens als erste Vorwärmung fürs Duschwasser verwenden und die Umwälzpumpe bräuchte vieeel weeeniger Leistung, als der Propeller.
    Na dann dürfte die Stromerzeugung ja nicht so wichtig sein, wenn das Paneel mit der LKW-Plane abgedeckt ist ;)
     
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  6. da geb ich dir absolut recht.
    freue mich aber die Thematik hier diskutieren zu können. hab da so meine Theorie dazu, und würd gern eure Meinung dazu hören.
    Hab dazu mal eine Skizze vom Aufbau angehängt.
     

    Anhänge:

  7. Die 3 Propellerchen belüften die ganze Fläche mit 5kWp, oder wieviel Modulleistung ist überm Versuchsfeld installiert?
     
  8. Villeicht allem Voraus noch kurz was ich erreichen will:
    Durch Leistungssteigerung der Module im Sommer, soll eine gewisse Menge Luft mit einer erhöten Temperatur gefördert werden, ohne zusätzliche Leistung zu verbraten. Das Messergebnis (Luftmenge und Temp.) soll dazu dienen eine Absorbtionskältemaschiene auszulegen, die dann im Sommer mit der gewonnenen Wärme z.B. das Wohnzimmer abkühlt. Leider sind die Abs.kltm. noch nicht marktreif, die auch mit tieferen Temperaturen (<100°C) arbeiten, aber da vertrau ich voll auf die Wissenschaft, dass sie das auch bald schaft ;-)... natürlich könnte man es auch zum Pool heizen nutzen, etc. ein weiterer Gedanke im Winter wäre: die nur leicht erhöte temperatur einer Luft/Wasser WP zuführen, um deren cop zu steigern. Natürlich wird dann Energie aufgewendet, aber dass soll dann jemand anders erforschen ^^

    noch kurz zur Theorie:
    Im Sommer erreicht die Modulrückseite eine Temperatur von 25-35° über Umgebung. die heise Luft verfliegt einfach..................bfffffffffffffff
    Ich bin überzeugt dass ich mit einem genügend schnellen Luftstrom zwischen Ziegel und Modulrückseite, noch etwas mehr von der heisen Luft am Modul abtransportiernen kann. Denn Temperatur geht doch immer vom heiseren zum kälteren Medium über, selbst wenn das kältere, also die Umgebungsluft, auch schon warm ist.
    So. und wenn ich nur 10°C vom Modul abtransportier, spuckt mir jedes Modul 12-15Wp mehr Leistung aus -> mein Lüfter pro Modulstreifen, verbraucht nur 52W und erzeugt einen beachtlichen Luftstrom.
    Und wenn ich nun an heisen Sommertagen rund 10000m3 Luft mit einer Temperatur von sagen wir 45-50° im Schnitt transportieren kann, ohne zusätzliche Energie aufzuwenden, wäre das doch nich schlächt oder was meint ihr dazu???

    ja, die Skizze wäre jetzt die ideale Situation. Die Auswahl der Anlage ist noch nicht getroffen, dazu muss ich noch unsere Kundenanlagen genauer anschauen, anfragen und auswählen... kann noch variieren +/-2-3 Ventis, je nach Kanallänge und -breite
     
  9. achja, ob das ganze erfolgreich endet oder nicht, sei mal dahin gestellt.
    kann ja sein, dass ich völlig falsch liege. aber dann hab ich es wenigstens mit den methoden der heutigen Technik versucht, erforscht etc. und darauf kommt es ja denk ich an . natürlich wär super wenns klappt so wie ichs mir vorstell
    freue mich auf ein paar spannende Inputs von euch ;)
     
  10. das Vergleichsfeld soll möglichst gleiche Anzahl Module haben, wie das Versuchsfeld. dient eigentlich nur zur Auswertung des Mehrertrages nachher.
    zum Glück haben wir bei der Planung immer viel Wert darauf gelegt, möglichst gleichgrosse Strings auf 2 verschiedenen MPPs zu hängen. war uns schon immerr viel daran gelegen, so die Strings zu überwachen um defekte Module zu erkennen.
     
  11. Interessant, was Diplomanden so finden, worauf es ankommt...Hauptsache mal irgendwas berechnet, was zwar nicht funktioniert, aber schön aussieht - so lese ich das zwischen Deinen Zeilen.
    Hier möchten die "einfachen Techniker" den Unterschied zwischen Theorie..., nein, eigentlich ist es die Erfahrung, die rebelliert:
    Wenn es marktreife, erschwingliche Adsorptionskälteanlagen gäbe, die mit geringeren Temperaturen auskommen, dann würden Wärmepumpen kaum noch zum Einsatz kommen.
    Mit der lauwarmen Luft kannst fast nichts Effizientes anfangen, wenn sie richtig heiß sein soll, ist die nötige Verweildauer zu lange und der Wirkungsgrad der PV wieder beim Teufel.
    Berechne doch mal, den Übergang der Wärme von einer ebenen Metallplatte (Modulrückseite) an Luft - das könnte beim Heizungsbau zu finden sein. Dann überlege mal, warum kaum mehr Ein-Plattenheizkörper ohne innen- oder außenliegende Rippen verkauft werden!? Du brauchst viiieel Oberfläche, um die Module mit Luft zu kühlen, also einen massiven, großflächigen Alu-Kühlkörper (Statik vom Gebäude beachten) damit überhaupt signifikant Energie transportiert wird.
    Um die erwärmte Luft weiter nutzen...quatsch, wozu auch? Im Sommer hats 40 und mehr Grad aufm Dach, wenn ich da Heißluft brauche, sauge ich sie über der Dacheindeckung ab!
    Fazit von mir: Stark ergrößerte Modulrückseiten-Oberfläche mit Wind angefächelt, kann u.U. was bringen. Der Rest ist praxisfremd.
    Funktionieren würde Kühlung mit möglichst kaltem Wasser (Brunnenwasser, Wasser/Gkykolgemisch über Wärmetauscher z.B. das Brauchwasser oder den Pool vorwärmen, oder eben eine Verdichter-Wärmepumpe füttern, die dann den gewonnen PV-Wirkngsgrad vielleicht mit etwas Gewinn unterm Strich in die Heizungstechnik einspeist - sofern Wärme überhaupt im Sommer gebraucht wird. Also wäre das eher wieder für Hotels, Fitnessclubs, Bäder interessant, wo immer heißes Wasser gebraucht wird.

    Luft als Medium hat bei dem Job, den sie für Dich machen soll, einfach zu miese physikalische Eigenschaften.

    Ich will Dir die Sache nicht madig machen, empfehle nur, nicht "aufs falsche Pferd zu setzen"

    Viele Grüße, Jürgen - der schon einige HLK-Projekte von unterschiedlichsten Fachplanern in der Regelung umsetzen musste und einige stellten sich als eher "experimentell" heraus und wurden nicht weiter verfolgt, man erkennt dann schnell, wer wirklich "vom Fach plant"
     
    pleindespoir und Mapriex gefällt das.
  12. nunja ich verstehe die Skepsis. auch scheint meine Formulierung vielleicht den Eindruck zu erwecken dass ich nur etwas mach, damit etwas gemacht ist. Meine Einstellung ist das aber nicht. ich bin von dem Potential der warmen Luft die da schlummert überzeugt und will diese Wärmeenergie ermitteln. Warme Luft strömt ja eh schon raus, und im Sommer ist diese deutlich über 50°. Warum soll also durch einen erhöten Luftstrom dann nicht (wenigstens ein wenig) mehr Wärme vom Modul abgeführt werden können ? (klingt villeicht naiv, meine ich aber ernst.). Abkühlen um 20° geht nicht, das ist mir schon klar, aber villeicht um 7-10°. Ich gebe zu, dass das Ergebnis in einem normalen Haushalt villeicht noch nicht viel Nutzen hat, aber man kann diese Form der Wärmeabsaugung ja dann auf grössere Modulflächen (Industrie) übertragen und dort villeicht mehr Nutzen erzielen. Klar gibt es auch schon absauganlagen. Aber keine mir bekannte basiert dabei auf Berechnungen -> wieviel Thermische Energie wird durch so eine Absaugung z.B. zur Heutrocknung eingesparrt?? und und und...
    Werde aber deinen Rat dennoch befolgen mit der Berechnung. danke dafür ;)

    Villeicht auch nochmal anders gefragt: gibt es in der Runde Erfahrungen mit aktiver Belüftung von PVAs?

    Grüsse
     
  13. Rechne doch einfach mal aus, wieviel Wärmeenergiedifferenz ein Kubikmeter Luft hätte, wenn man um 10 K abkühlt bei einer Ausgangstemperatur von 50°C.
    Was kommt da raus ?
     
  14. Danke, das is schonmal en guter Ansatz. 10.5kJ wenn mich nich verrechnet habe -> daraus hab ich doch bei 1800m3/h dann rund 5.2kWh wärmeenergie gewonnen. klingt realisitisch. oder bin völlig falsch??
     
  15. Wenn Du eine Diplomarbeit erstellst, solltest Du wissen, dass man Annahmen mit nachvollziehbaren Ansätzen und Berechnungen unterfüttert. Ich bin schlicht zu faul, das für Dich durchzurechnen, aber wenn ich Deine Berechnung sehen könnte, wäre es möglich, diese zu beurteilen.
     
  16. habe es nicht aufgeschrieben weil gerade unterwegs bin. aber für Q hab ich c*p*dT wobei die dichte bei 50ºC mit 1.044 kg/m3 angenommen =10.5kJ da 3.6kJ 1Wh gleichkommt und ich in der stunde bei jetzigem aufbau 1800m3 fördere, entspricht das 5.2kWh.
     
  17. das Wissen für die nachvollziehbaren Ansätze, bzw. um meine idee noch rechnerisch anzugehen, bin ich mir eben erst noch am aneignen. momentan beruht der Ansatz auf Beobachtung, Erfahrung und dem Wille mehr darüber zu lernen. Habe bisher reichlich wenig mit Belüftungstechnik und Thermodynamik zu tun, aber das will ich ja ändern. aber der obige Ansatz hat mir zum Starten jedenfalls schonmal geholfen ;)
     
  18. Also mit der Grobschätzung 10 kJ pro Kubikmeter bei 10 K Temperaturänderung gehe ich mit. Die Hochrechnung auf ein Fußballfeld und in unangenehme Wattstunden würde ich erstmal lassen - da verliert man das Gefühl für die Zahlen.

    Ich überlege jetzt mal, dass eine Luftschicht unter dem Paneel vielleicht so etwa 2 cm* stark sein könnte, die wirklich so heiß wird. Man bräuchte also 50m^2 Paneele, um so einen Heißluftkubikmeter zusammenzubekommen.
    Nehmen wir mal modellhaft an, wir könnten den rausschieben, ohne, dass er sich mit der einströmenden Kaltluft vermischt - wie lange würde das dauern, bis das neue Kaltluftpolser wieder so heiß wird?

    *das Hitzeluftpolster würde ich zunächst mal mit einer geeigneten Messvorrichtung untersuchen - da ist der Daumenverschätzfaktor ziemlich mächtig und das dürfte den Rest der Berechnung kippen.
     
  19. das sind zwei ganz entscheidende Punkte die du da ansprichst. Wielang dauert es bis sich die luft wieder erwärmt?? und: die entnommene Warmluft wird sich nicht vermeiden lassen, dass sie sich mit der einströmenden Luft in Umgebungstemperatur vermischt. wobei diese ja sich auf dem Weg nach oben ja schon wieder erwärmen sollte.
    Das werden noch paar schwiriege Integralrechnungen (wovon ich leider nicht viel Ahnung habe)...
    Für mich ist eine weitere entscheidende Sache unklar: um die warme luft vom modul weg zutragen (ohne zusätzliche Kühlrippen), sollte der Luftstrom möglichst schnell oder eher langsam sein??? nach meiner Überlegung fahre ich doch mit schneller Luft besser als mit einem kriechenden Luftstrom. also sagen wir dabei mal Prio1 ist das Kühlen der Module.
    Vergleich: natürliche Konvektion an Modulfläche -> bleibt die Temp. hoch. Gebläse an der unterseite, erhöht die Geschwindkeit der Luft, und Module werden etwas kühler. wahrscheinlich stellt sich bei der schnelleren Luft irgendwann eine tiefere Temperatur ein und die Gefahr besteht dass ich nur noch die frische Luft durchpuste... das dürfte nich passieren, also auch nicht zu schnell.
    das ist eine gute Idee. das werd ich auf jedenfall machen um die ersten Grundlagen für die Berechnung zu erhalten. TempLogger hatte eh vorgesehen.
    gibt es denn simulationsprogramme für (Lüftungs-)Laien wo man z.B. die Luftverwirbelung darstellen kann? denn gerader Luftstrom wäre sicherlich nicht von vorteil... oder den Wärmeübergang einer oberfläche anhand der vorbeirauschenden Luft berechnen kann?
     
  20. Zweifellos ist die Kühlung mit großem Volumenstrom besser als mit geringem,
    aber du musst den Volumenstrom mit elektrischer Energie BEZAHLEN.
    Sobald du jedoch mehr reinsteckst als du duch die verringerte Temperatur mehr rausbekommst,
    ist die Sache doch komplett unwirtschaftlich!
     

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