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Publikationen

Solarthermie-Symposium OTTI 2016, Staffelstein DE

Titel: Solarkataster-Plus: Flächendeckende Solarberatung
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Zahlreiche Städte, Gemeinden und Regionen haben in den letzten Jahren zur Förderung der Solarenergie Solarkataster erstellt. Diese unterteilen die Dachflächen in verschiedene Einstrahlungsklassen. Die Benutzer des Katasters können zwar auf einen Blick die solare Güte der Dachflächen ihres Hauses erkennen, sie werden aber mit dieser Information alleine gelassen. Welches Potential die Dachflächen in Bezug auf den eigenen Wärme- und/oder Stromverbrauch besitzen, ist für Laien nicht erkennbar. Der auf Tachion basierende Solarrechner des Bundesamtes für Energie BFE und das Schweizer Solarkataster solardach.ch bieten hierzu eine elegante Lösung: Durch Klicken auf eine Dachfläche im Kataster wird der Solarrechner geöffnet und für Solarthermie (wahlweise auch für Photovoltaik) die optimale Anlagegrösse angezeigt. Dabei werden Standort, Grösse und Ausrichtung der Dachfläche, sowie der Energieverbrauch berücksichtigt. Im Weiteren liefert der Solarrechner die zu erwartenden Installationskosten, Förderbeiträge, Amortisationszeit und Rendite der Anlage, sowie Adressen von drei Solarprofis (erfahrenen Installationsbetrieben) in der Region. Der vom Solarrechner erstellte PDF-Bericht kann direkt für das Einholen eines Angebots verwendet werden. Damit ist der erste Schritt zur eigenen Solaranlage mit wenigen Mausklicks gemacht.
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Solarthermie-Symposium OTTI 2015, Staffelstein DE

Titel: 85%-Solarhaus mit innovativem Dach-, System- und Gebäudekonzept (ohne Saisonspeicher)
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Die mithilfe des Simulations-Frameworks Tachion ertragsoptimierte Dachform steigert dank Reflexion und Abwärme durch das PV-Feld die solarthermische Leistung bis zum Zweifachen. Der Solarertrag steigt so im Winterhalbjahr um 25% und erreicht übers Jahr 400 kWh/m2 (Bruttofläche). Das wassergeführte Drainbacksystem kann die Wärme ohne Wärmetauscher auf den Betonkern übertragen. Zwei sonnige Wintertage versorgen das Gebäude eine ganze Woche mit Energie. Eine Sitzplatzstrahldecke sowie ein Saunakonvektor nutzen anfallende Überschusswärme und schaffen ökologischen Wohnkomfort. Lehmwände und ein Enthalpietauscher sorgen auch im Winter für eine angenehme Luftfeuchtigkeit von 40 – 50%.
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Vortrag im Rahmen der "Tage der Sonne" 2014, Wetzikon

Titel: Erste Messergebnisse vom Wetziker PLUSENERGIEHAUS
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Themen:
Solardeckungsgrad über 75% (ohne saisonale Speicherung); Verstärkte Kollektoreinstrahlung dank optimierter Dachform; Aktivierbarer Betonkern als Wärmespeicher auf Wochenbasis; prädiktive Regelung; Spezial-Verglasung "SunPattern"; 2.5-fache Stromproduktion gegenüber Stromverbrauch; Angenehme Raumluftfeuchtigkeit dank Lehmwänden.
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Swissolar Photovoltaik-Tagung 2014, EPFL Lausanne

Titel: CO2-optimierte Flächenaufteilung für solarthermische und photovoltaische Systeme mithilfe der Solar-Toolbox
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Die Nutzung von Solarthermie und Photovoltaik auf demselben Dach, bzw. Gebäude ergibt aufgrund der unterschiedlichen Charakteristika der beiden Technologien interessante Kombinationsmöglichkeiten. Diese reichen von einfachem Nebeneinander bis zu „symbiotischem“ Miteinander. Für eine solarthermische Kombianlage sind steile Neigungswinkel, leichte Westorientierungen und windgeschützte Expositionen vorteilhaft, Teilbeschattungen stören wenig. Für Photovoltaik gilt genau das Gegenteil. Solarthermische Anlagen müssen auf das Heizsystem inkl. Speicher abgestimmt und verbraucherorientiert geplant werden, photovoltaische können unabhängig von der Gebäudenutzung und einer Speicherung geplant werden.
Für eine Gesamtbeurteilung beider Systeme ist eine einheitliche Vergleichsgrösse von Wärme- und Stromproduktion zu definieren. Es werden drei Ansätze betrachtet: Eine ökologische Analyse mit CO2- äquivalenten (monatlicher CH-Verbrauchermix), ein Vergleich der Wärme- und Strom-Autarkie, sowie eine reine Kosten/Nutzen-Betrachtung.
Mithilfe der Solar-Toolbox können für beliebige Standorte, Gebäude- und Verbrauchersituationen mit wenigen Mausklicks Parameterstudien erstellt werden. Wie dieses Beispiel eines EFH mit 28 m2 Dachfläche zeigt, liegt das CO2-Emissionsminimum bei einer solarthermischen Fläche von 12-16 m2. Das finanzielle Optimum würde aber, aufgrund der aktuellen Fördersituation, für eine reine PV-Anlage sprechen.
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Vortrag im Rahmen des SENS Inspiration Day No.02

Titel: Chancen und Probleme solarer Grossanlagen – sind solare Grossanlagen sinnvoll?
Autor: Dipl.-Ing. Walter Sachs, Solar Campus GmbH
Themen:
Was ist Solarenergie? Photovoltaik – Hintergrund und technische Eckdaten; Beispiele für Grossanlagen; Flächenerträge und Jahreszeitgänge; Flächenkonflikte, Umweltauswirkungen; Planungs- und Realisierungszeiträume; Gesellschaftliche Akzeptanz; Amortisation; Resumée; Anhang: Kenndaten und Impressionen Anlage Walensee
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CISBAT-Konferenz 2013, EPFL Lausanne

Titel: Optimized Building Geometry for Photovoltaic and Solar Thermal Fields to Obtain Maximum Seasonal Yields
Author: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Developing towards sustainable buildings with a high degree of energy independence, an increase of the solar thermal yield can only to some extent be achieved by improving solar components such as collector, storage tank, or controller. Beyond that, the geometric setup, combination and integration of solar PV and thermal modules into the architectural concept, yield many opportunities in terms of orientation and inclination angles, seasonal shadings, reflection and convection effects.
Another optimization aspect for thermal systems is to aligning the concept according to the exergetic operating conditions of the supplied energy consumers. I.e. heat storage capacities and temperature levels have to reflect the energy demands and the fluctuation band of solar energy.
All these concepts are taken into account in a building that is presently under construction and that aims at a thermal solar fraction of 75% without seasonal storage but using a concrete core activation to store heat on a weekly basis. Investigating the mentioned phenomena and optimizing the geometric aspects are important steps towards a self-sustaining building managing to make use of the sufficient amounts of solar energy that are available even in winter time. Beyond the demonstration of these special features we hope to inspire energy specialists and architects to develop further concepts along these lines.
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Solarthermie-Symposium OTTI 2013, Staffelstein DE

Titel: Synergie-Effekte zwischen Solarthermie, Photovoltaik und Solararchitektur mit Hilfe des Simulationsframework Tachion modellieren und sichtbar machen
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Unabhängig davon, ob ein System mit thermischen Kollektoren oder als PVH-System, also mit einer direkt photovoltaisch betriebenen Wärmepumpe arbeitet, müssen Speicherkapazitäten, Feldgrösse und Regelparameter sorgfältig auf den Wärmebedarf abgestimmt werden. Bei photovoltaischen Inselanlagen ist zudem ein Abgleich von Batteriegrösse und Strombedarf erforderlich. Entscheidend für einen möglichst hohen Autarkiegrad ist aber in beiden Fällen das thermische Speichervermögen, da diese Speicher pro kWh gegenüber elektrischen wesentlich günstiger sind. Nebst dem klassischen Wasserspeicher hilft bei Heizungsunterstützung vor allem im Winter auch die Gebäudekapazität als Wärmepuffer. Wenn solche Systeme optimiert werden sollen, d.h. wenn die benötigte Energie- und Leistungsbereitschaft mit einem Minimum an Zusatzenergie oder einem Minimum an CO2-Emission erreicht werden soll, müssen gleichzeitig Dutzende von (meist nicht-linearen) Parametern abgestimmt werden. Wenn dies von Hand durchgeführt werden muss, ist dies nicht nur extrem zeitaufwändig sondern führt in vielen Fällen auch nicht zu befriedigenden Ergebnissen.
Das Tachion-Simulations-Framework zielt von seiner Grundkonzeption her genau auf dieses Problem ab: Das integrierte („On-Site“) Expertensystem überwacht jeden Simulationsschritt und registriert die Ursachen bei einem Fehlverhalten der Anlage, sowie die Massnahmen zu deren Vermeidung. Für die Bewertung des Systems wird mithilfe des „Energiepaket-Trackings“ für jeden Energiefluss eine Ökobilanz erstellt. Dies erforderte u.a. ein neues Speichermodell. Anders als bei klassischen Schichtmodellen tritt beim „Kontinuum-Speichermodell“ von Tachion keine numerische Schichtmischung auf. Ferner erreicht Tachion dank der Event-orientierten, analytischen Integration von Prozessen Simulationszeiten von weniger als 1 Sekunde, bei gleichzeitig maximaler Präzision. Diese Rechen-Performanz beflügelt auch die Planungseffizienz und ist mit ein Grund dafür, dass die webbasierte sowie App-taugliche Tachion-Simulation in den letzten vier Jahren mehr als zwei Millionen Mal genutzt wurde und mit ihr Anlagen von höchster Qualität geplant wurden.
Das Framework ist modular aufgebaut und somit sehr flexibel und einfach erweiterbar. Je nach Kundenbedürfnis können Benutzeroberfläche und Simulation nach dem BaukastenPrinzip zusammengestellt werden. Z.B. auf www.Baufoerdergelder.ch können nebst dem Solarbereich verschiedene Gewerke des Gebäudes saniert werden und sämtliche Förderbeiträge dafür abgerufen werden. Ein ganz anderes Beispiel ist www.dieEnergieBoerse.ch, bei der es um die Vermietung von Dachflächen für PV-Anlagen geht. Wieder bei anderen Projekten geht es darum, den gemessenen Solarertrag mithilfe von Simulationen zu überwachen. Mithilfe des Frameworks können Software-Lösungen individuell und sehr effizient realisiert werden.
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Solartagung 2013, HEV Schweiz, Zürich

Die erste, gemeinsam von dem Projekt "Solarbauern" und der Solar Campus veranstalteten Tagung hatte drei Referate zum Inhalt.
Diese finden Sie hier, zusammen mit der Tagungsagenda, zum Download als PDF.

Referat 1
Titel:
Energiestrategie 2050 und ökologische Steuerreform
Autor: Dipl.-Ing. Walter Sachs, Solar Campus GmbH
Abstract: Die „Energiestrategie 2050“ – Der Schweizer Bundesrat hat unter diesem Begriff seine sämtlichen, geplanten
Massnahmen im Energiebereich gebündelt. Ausgangspunkt für diese Strategie war die Katastrophe von Fukushima, erklärtes Ziel des Bundesrats ist es, mit diesem Paket den Stromverbrauch in der Schweiz zu stabilisieren und den Endenergieverbrauch massiv zu reduzieren.
Das Referat gibt einen Überblick über die betroffenen Bereiche und geplanten Massnahmen und geht insbesondere auf die zu erwartenden Änderungen für die Solarindustrie, insbesondere die Photovoltaikindustrie, ein.
Das "komplette Skript" enthält zusätzlich weitere Folien, vor allem im Bereich der energetischen Gebäudesanierung.
Downloads
Referat Energiestrategie 2050 und ökologische Steuerreform als PDF (wie auf der Tagung gehalten)
Komplettes Skript Energiestrategie 2050 und ökologische Steuerreform als PDF (inkl. weiteren Themen wie EnergieSchweiz und Gebäudesanierung)

Referat 2
Titel: Solarenergie in der Landwirtschaft: Projekt Solarbauern
Autor: Dr. Max Meyer, Projektleiter Solarbauern
Abstract: Unter dem Titel "Solarbauern" führt Max Meyer seit mehreren Jahren sehr erfolgreich Informationsveranstaltungen zur Nutzung der Solarenergie im landwirtschaftlichen Bereich durch. Sein Referat gibt einen Überblick über den Ablauf und die notwendige Organisation eines solchen Events und zeigt einige sehr schöne Solaranlagen auf landwirtschaftlichen (Dach)flächen.
Download
Referat Solarenergie in der Landwirtschaft - Vorstellung des Projekts Solarbauern, als PDF

Referat 3
Titel: Tachion Simulations-Framework für Websites und Apps
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract: Das dritte Referat der Solartagung beleuchtet das von der Solar Campus entwickelte Simulationsframework "Tachion", welches gleichermassen für die Solarsimulation wie auch für komplette Simulationen im Rahmen energetischer Gebäudesanierungen eingesetzt werden kann. Die Folien gehen unter anderem auch auf die Ausbaumöglichkeiten des Frameworks, die kundenspezifischen Anpassungen und Lizenzierungsmöglichkeiten ein.
Download

Referat Tachion Simulations-Framework für Websites und Apps, als PDF
Tachion-Broschüre (weitere Informationen zum Tachion-Simulationsframework, Booklet, als PDF)

weitere Downloads
Tagungsagenda Solartagung

Solarthermie-Symposium OTTI 2012, Staffelstein DE

Titel: Synergie-Effekte zwischen Solarthermie, Photovoltaik und Solararchitektur mit Hilfe des Simulationsframework Tachion modellieren und sichtbar machen
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Der Preisrückgang bei PV-Modulen und das voraussichtlich baldige Erreichen der Netzparität haben eine breite Diskussion um das "richtige" Bemessen von Solarther-mie- und Photovoltaik-Anlagen ausgelöst. Die Forderungen reichen von "nur PV" bis "viel Thermie, wenig PV", wobei selten wissenschaftlich fundiert argumentiert wird.
Die vorliegende Arbeit geht dem Problem anhand von Simulationen und quantitativen Methoden auf den Grund und zeigt auf, bei welcher Bemessung der beiden Anwen-dungen ein energetisches Optimum erreicht wird. Ein wichtiges Kriterium hierfür ist die zugrundegelegte Wertigkeit der produzierten Wärme bzw. des produzierten elektrischen Stroms. Mit Hilfe dynamischer Simulationen werden diese Wertigkeiten abhängig von der jeweiligen Anwendung, den meteorologischen Gegebenheiten sowie dem verfügbaren Stand-der-Technik ermittelt und auf die Bemessungsaufgabe angewandt.
Im zweiten Abschnitt werden verschiedene Bedingungen untersucht, unter denen die Solarthermie bzw. Photovoltaik ihre jeweiligen Stärken ausspielen und sich gegenseitig durch thermische und spiegel-optische Effekte unterstützen können. Dazu werden die im Rahmen eines KTI-Projektes erzielten Ergebnisse vorgestellt. Im Weiteren werden diverse Hybrid-Kollektortypen untersucht und mit Hilfe von Simulationen quantitativ bewertet.
Im letzten Abschnitt kommt die passive Sonnenenergienutzung als weiterer Pla-nungsaspekt hinzu. Dabei ergeben sich insbesondere bei Passiv- oder Plusenergie-häusern konkurrierende Anforderungen an die Südfassade, wobei nicht nur Energie-erträge, sondern auch der sommerliche Überhitzungsschutz zu beachten sind. Die Erweiterung des EN13790-Gebäudemodells [1] in Tachion trägt diesen Gesichts-punkten Rechnung und erlaubt es, solarthermische, photovoltaische und solararchitekto-nische Planungsaspekte gleichermassen zu berücksichtigen.
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CISBAT-Konferenz 2011, EPFL Lausanne

Titel: Glazing Structures With a Maximum Seasonal Contrast Ratio And the Simulation of Such Building Envelopes
Author: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
For well insulated buildings the annual solar irradiance onto the building facades exceeds the build-ings energy demand by a multiple. Even for Central European climate conditions the irradiance in the winter season is about two to three times higher than the buildings energy demand. In order to make this irradiance available, a glazing of the façades is necessary on the one hand, on the other hand at least a short-time storage that is able to effectuate a day-night phase shift is required. As the investi-gations with the simulation framework Tachion show, an entirely solar façade heated building is within reach.
However, glazed façades have as well as transparent insulations the problem of overheating in the summer. This can be defused either by means of active measures, such as shading elements (shutters) in front of or inside the façade and/or by ventilating the absorbed heat away, or by means of passive measures, such as particularly shaped lamellas, prisms or other geometrical forms with seasonally variable transmission.
In this paper, a passive method is presented that achieves solely with the help of a particularly confi-gured glazing the desired effect in a very efficient way. The contrast ratios, i.e. the ratio of maximum to minimum transmission of direct solar irradiance depending to the season, of up to 10:1 are possi-ble. Compared to present-day systems, the winter/summer transmission ratio is improved substantially. If the glazing configuration is tailored individually to the specific situation of the building, even higher values can be obtained. Moreover, the diffuse part of the irradiance is used more effectively than with present-day setups. Thanks to all of these advantages, further overheating measures can in most cases be omitted. In the last section we shall present an effective and environ-mentally friendly way for a short-term storage of the gained irradiance energy. Investigations with the elaborated physical and mathematical simulation framework Tachion are promising for the design of an entirely self-supplied building solely based on façade irradiance.
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Solarthermie-Symposium OTTI 2011, Staffelstein DE

Titel: Energiedächer und Wärmepumpen: Analyse, Simulation und Optimierung mit dem Simulations-Framework Tachion
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Grossflächige Niedertemperaturkollektoren, auch Energiedächer genannt, dienen in Kombination mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe als Wärmetauscher für die Umgebungswärme. Ausgeklügelte Regelungs- und Hydraulikkonzepte mit Speichern auf mittlerem Temperaturniveau zeigen ein beträchtliches Potential, die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe markant zu steigern.
Im Rahmen eines Forschungsauftrages wurden die vielschichtigen meteorologischen Prozesse analysiert und modelliert. Dabei wurde die Abwärme durch Kondensation der Luftfeuchte aus der laminaren Grenzschicht, sowie durch den Wärmeentzug aus Wind und Regen berücksichtigt.
Mit Hilfe des Simulationsframeworks Tachion wurden die Systeme und physikalischen Prozesse realitätsnah nachgebildet und eine Optimierung von Dimensionierungs- und Regelungsparametern vorgenommen. Insbesondere wurden die Vorzüge verschiedener Kollektortypen untersucht und die Speicherungskonzepte evaluiert.
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Solarthermie-Symposium OTTI 2010, Staffelstein DE

Titel: Optimierung der Einstrahlung durch adaptive Anordnung bzw. Nachführung
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Auf der Basis detaillierter Diffus- und Beam-Strahlungsmodelle von quasirealen Wetterdaten werden drei Aspekte der Ertragsoptimierung mit Hilfe der neuen Solar-Simulations-Software Tachion untersucht: Der Nutzen einer adaptiven Nachführung, die optimale Anordnung von Kollektorreihen auf Flachdächern, sowie der Nutzen verspiegelter Flächen in Kombination mit Sonnenkollektoren. Die Ergebnisse zeigen, wie durch einfache, bauliche Massnahmen die Sommer-Winter- Einstrahlungsunter-schiede abgeschwächt werden kann. Für die Anordnung von Flachdach-Installationen werden Überlegungen zur Optimierung der Anstellwinkel präsentiert.
Eine weitere Untersuchung befasst sich mit dem Potential intelligenter Nachführungen. Selbst eine 2-achsige Nachführung, welche typischerweise 40% mehr Einstrahlung als eine optimale Fixinstallation ergibt, kann dank adaptiver Nachführung abermals um mehrere Prozentpunkte übertroffen werden.
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Solarthermie-Symposium OTTI 2009, Staffelstein DE

Titel: Simulationsstrategien für die Energiebilanzierung nach DIN V 18599
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Um den Ressourcenverbrauch von Heiz- und Kühlsystemen objektiv minimieren zu können, ist eine klare Zuordnung der Energiequellen und eine lückenlose Energieflussanalyse notwendig. Gerade bei solar beheizten Gebäuden mit hohem Solardeckungsanteil ist eine weitgehende Nutzung der Abwärme der Systemkomponenten, insbesondere des Speichers, integraler Bestandteil des Konzeptes. Um den Solaranteil der Verluste korrekt angeben zu können (und saisonale Speicher beheizen Gebäude im Herbst mehrheitlich durch Verluste), muss jede Verlust-kWh korrekt zugeordnet werden können.
Die Solarenergie wird bei gegebenem Verbrauch umso länger im Speicher „verweilen“, je grösser dieser ist. Je nach Software werden dafür unterschiedliche Modelle verwendet: Zum Beispiel im Programm Polysun 4 wird der Solardeckungsanteil des Gebäudes durch geeignete Wahl der Bilanzintervalle zwischen 2-14 Tagen maximiert, um so der Zeitkonstanten des Speichers Rechnung zu tragen. Beim Vorgängerprogramm Polysun 3.3 wurde generell auf Monatsbasis bilanziert.
Bei der Bilanzierung von Gebäuden mit hohem Solardeckungsgrad werden gemäss DIN V 18599-1 nebst der Abwärme der Hilfsenergie auch Oberflächenverluste dem Heizenergiebedarf angerechnet, sofern sich besagte Komponenten in der beheizten Zone befinden. Dabei werden die Beiträge iterativ auf Monatsbasis bilanziert (bei der DIN 4701-10 wurde der Jahreswert einfach pauschal mit 85% eingesetzt!). Ob die neuen Rechenverfahren hinreichend genau sind, kann nur anhand von Softwaremodellen mit feinerer Zeitauflösung beurteilt werden.
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CISBAT-Konferenz 2007, EPFL Lausanne

Titel: Polysun 4: Simulation of Solar Thermal Systems With Complex Hydraulics
Author: Dr. Stephan A, Mathez, Solar Campus GmbH; Dr. Andreas Luzzi, Institut SPF
Abstract
Solar thermal systems for domestic applications are often designed as systems with multiple energy sources as well as a diverse range of energy needs. This leads to the implementation of three or more supply loops with variable degrees of interaction. Smart controls are employed to control such thermally hydraulic complex systems, facilitating to simultaneously optimise various temperature levels as well as users. Furthermore, load patterns and meteorological conditions are used for optimal system sizing. However, the application of high-efficiency solar collectors alone does not guarantee best performance. Optimal system integration of all relevant fluid-dynamic devices can have a significant effect on the overall system performance and hence back-up heating requirements. Concise quantification of fluid-dynamic effects requires the thermal hydraulics to be designed as realistically as possible. It is therefore paramount that accurate system performance simulation depends on the detailed geometric definition of all components as well as on the choice of fine time-steps.
It is important for simulation tools to allow for a very high degree of flexibility in order to represent the broad spectrum of plausible hydraulic system designs. The application of threeway-valves and tee-junctions lead to a particularly high degree of hydraulic design options for heat transfer fluids. Polysun 4 employs tailored algorithms which allow simulating the fluidas well as thermo-dynamic performance of virtually every reasonable thermo-hydraulic concept possible with solar thermal systems, hence calculating solar fractions with a high degree of confidence.
All of the components of Polysun 4 are based on two universal micro elements which simulate physical processes such as heat transfer, heat transport and pressure drop autonomously and contribute these simulated values to the overall macro energy balance calculations. Simulation focuses on the very basic functionality of each component, herewith creating a very detailed and consistent step-by-step picture of all processes. Nevertheless, all of this scientific simulation background of Polysun 4 remains hidden behind a pleasing graphical user interface of Polysun 4.
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Solarthermie-Symposium OTTI 2007, Staffelstein DE

Titel: Polysun 4: Simulation von Systemen mit komplexer Hydraulik
Autor: Dr. Stephan A. Mathez, Solar Campus GmbH
Abstract
Solaranlagen sind typischerweise multivalente Heizsysteme mit zum Teil mehreren Energie-senken. Sie bestehen aus drei oder mehr Kreisläufen, die sich überlagern können. Raffinierte hydraulische Konzepte und Steuerungen erlauben es, die unterschiedlichen Temperaturniveaus der Verbraucher optimal zu bedienen. Die meteorologischen Gegebenheiten und das Verbraucherverhalten setzen die Rahmenbedingungen für die Dimensionierung der Anlage. Nicht nur leistungsfähige Kollektoren, auch der Einsatz diverser strömungstechnischer Installationen können den Verbrauch nicht-erneuerbarer Ressourcen substantiell reduzieren. Um solche Effekte quantifizieren zu können, muss die Anlagenhydraulik in der Simulation möglichst naturgetreu abgebildet werden. Bidirektional durchströmte Komponenten, druck-verlustabhängige Durchsätze sowie aufeinander abgestimmte Steuerungen erfordern eine Simulation mit hoher Zeitauflösung und geometrischem Detailgrad.
Die Freiheitsgrade in der Simulation sollen es ermöglichen, das ganze Spektrum hydraulisch vernünftiger und sinnvoll steuerbarer Systeme wiedergeben zu können. Insbesondere die Verwendung von 3-Weg-Ventilen und T-Stücken eröffnet bei der Wärmeträgerführung unzählige Möglichkeiten. Dank eines ausgeklügelten Algorithmus ist es mit Polysun 4 möglich, sämtliche praxisrelevanten Hydraulikschemata zu simulieren und für alle möglichen Konstellationen einen solaren Deckungsgrad zu ermitteln.
Sämtliche Komponenten in Polysun 4 basieren auf zwei universellen Grundelementen, die physikalische Prozesse wie Wärmeaustausch, Wärmetransport und Druckverlust autonom berechnen und zuhanden der Energiebilanzen auswerten. In der Simulation beschränkt sich die Aufgabe einer Komponente auf ihre elementare Funktionalität. Dadurch ergibt sich ein sehr konsistentes und detailliertes Bild der Systemabläufe. Für den Benutzer bleibt all dieser wissenschaftliche Aufwand hinter einer modern gestylten Programmoberfläche verborgen.
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