SOWA SOWA – Solar betriebene Beschattung mit prädiktiver Regelung
Das zur Förderung eingereicht Projekt hat die Machbarkeit einer Konstruktion untersucht, die den Klimatisierungsbedarf durch automatische Abschattung verringert und dabei durch die Integration von Photovoltaik energetisch autark sein soll. Im Projekt wurde die technische Machbarkeit anhand eines Versuchsträgers in der Praxis getestet, eine Steuerungslogik entwickelt und das Einsparungspotential für typische Fälle über eine Simulation bestimmt.
Ausgangssituation
Eine steigende Anzahl von installierten Klimaanlagen erhöht in Europa den Energieverbrauch im Sommer. Im SoWa Projekt wurde eine Alternative analysiert, die bei der Erhaltung der Komfortbedingungen und einer hohen Produktivität der Mitarbeiter allein mit Solarenergie zum Betrieb auskommt. Die Regelung der Rollläden senkt die Anforderungen an die Klimatisierung durch eine adaptive Verschattung, verhindert Blendung und ermöglicht eine Nutzung der Sonneneinstrahlung in Form von Heizenergie im Winter.
Projektverlauf
Mit einer Reihung der Effizienz der drei Beleuchtungsmöglichkeiten (Tageslicht, PV-gespeiste LED-Spots und Leuchtstoffröhren) je nach prognostiziertem Wetter kann die Gesamtenergiebilanz bestehend aus Heizungs- und Kühlenergiebedarf und Beleuchtungsenergie optimiert werden.
Nach dem Ausscheiden nicht nutzbarere oder sinnvoller Verschattungskonzepte mittels Multi-Kriterien-Analyse, wurden Innovationen bei Rollläden analysiert. Die technische Machbarkeit der Sensorik und Aktorik wurde mittels Hardware in-the-loop und einer Implementierung der -Logik mit Fuzzy-Komponenten in PYTHON und Messwerterfassung/Steuerung über Labjack Hardware getestet. Das Einsparungspotential wurde für typische Fälle über eine Simulation bestimmt und eine mikroskopische Simulation genutzt, um die Qualität der Lösung für verschiedene Wetterphänomene zu testen. In einem zweiten Ansatz wurde eine Lösung implementiert, die eine über TCP/IP angeschlossene Einheit ohne Programmierbarkeit nutzt. Der mit Photovoltaik gespeiste Betrieb der LED-Beleuchtung und der Rollladen minimiert die solaren Wärmelasten im Sommer und erlaubt eine sichere „freie Kühlung“ während der Nacht. Die Analyse der PV-Varianten führte zu einer Bestimmung der Methoden wie PV in die Rollladenstäbe integriert werden kann. Eine Ausblick zeigt einen Fahrplan für die Einführung einer PV-Ausrüstung von Verschattungseinrichtungen.
Das Projekt wurde 2011 abgeschlossen und bietet das know-how für die industrielle Entwicklung und Demonstration in kleinen prototypischen Anlagen.
Ergebnisse
Die technische Machbarkeit der Lösung aus eingebetteter PV, Stromübertragung, Belichtungs-Sensor und prädiktiver Steuerung und der Nutzen wurden nachgewiesen. Die Autonomie ist in Gebäuden ohne Netzversorgung hilfreich. Für die Steuerung des Rollladenantriebes sind weitere Entwicklungen nötig, welche einen durchgehenden leisen Betrieb ermöglichen. Die Altbau genutzten größeren Rollladenstäben erleichtern die PV-Integration haben aber einen geringeren Lichtdurchtritt. Eine kostengünstige PV-Integration in Rollladenstäbe erfordert das Aufsetzen einer großtechnischen Lösung.
Durch SoWa konnte ein tiefer Einblick in die Kombination aus Tageslichtausnutzung und vorausblickende Regelung der solaren Wärmegewinne von Räumen gewonnen werden. Dieses Wissen kann nutzbringend in Ihre Projektanwendungen einfließen. Wir können fundierte Unterstützung in folgenden Gebieten anbieten
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Kontrolle der Beleuchtungsniveaus
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Sicherung eines angenehmen thermischen und optischen Raumklimas
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vernetzte eingebettete Mikrocomputer und daran angeschlossene Aktuierung und Sensorik
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Implementierung von PV in (beweglichen) Verschattungseinrichtungen mit neuartiger patentrechtlich geschützter Energieübertragung
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Dipl. Ing. Dr. techn. Gerfried Cebrat
G. Cebrat hat das Maschinenbaustudium im Wahlfach Dampf- und Wärmetechnik abgeschlossen und war 5 Jahre im Kraftwerksbau tätig. In weiterer Folge erweiterte sich die Tätigkeit in den Bereich Forschung und den Bereich Nachhaltige Mobilität. Die Dissertation untersuchte die prädiktive Steuerung von seriell-hybriden Stadtbussen. Zuletzt ist noch der Tätigkeitsbereich Gutachten dazugekommen (Alternativenergie eingeschränkt auf Biomasse und Solarthermie und Wärmetechnik). Die Forschungsprojekte werden im mit Versuchsträgern erprobt und ein Internet-basiertes Monitoring entwickelt. Die Modellierung von Räumen mit Wärmegewinnen und Verlusten wird mit der prädiktiven Regelung gekoppelt, Solaranlagen und Speicher ebenso. Zusätzlich wurden bisher sechs Patente erteilt und sechs Gebrauchsmuster registriert.
Steckbrief
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Projektnummer825493
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Koordinator
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ProjektleitungGerfried Cebrat, gerfried.cebrat@energie-umwelt.at
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FörderprogrammNeue Energien 2020
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Dauer01.2010 - 06.2013
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Budget27.162 €
