Energiehaushalt eines Hauses: Energieerzeugung EEZ: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
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'''Autoren:''' [[Benutzer:Daniel Gosedopp|Daniel Gosedopp]] und [[Benutzer:Junjie Lyu|Junjie Lyu]] <br/>
'''Autoren:''' [[Benutzer:Daniel Gosedopp|Daniel Gosedopp]] und [[Benutzer:Junjie Lyu|Junjie Lyu]] <br/>
'''Betreuer:''' [[Benutzer:Prof._Mirek_Göbel| Prof. Dr.-Ing. M. Göbel]]
'''Betreuer:''' [[Benutzer:Prof._Mirek_Göbel| Prof. Dr.-Ing. M. Göbel]]
[[Kategorie:BSE/SDE-EnergieHaus]]


→ zum Hauptartikel: [[Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2023: Energiehaushalt eines Hauses | Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2023: Energiehaushalt eines Hauses]]
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= Komponententest =
= Komponententest =
Den Komponententest haben wir für die Gruppe ISO durchgeführt. Die Testergebnisse werden für jede Komponente als Tabelle dargestellt.
Den Komponententest haben immer jeweils andere Gruppen durchgeführt. Für das Modul EEZ wurde der Komponententest von der Gruppe HZR durchgeführt. Die Testergebnisse werden für jede Komponente als Tabelle dargestellt.


== Komponente Flächenberechnung ==
== Komponente Sonne ==
'''Eingänge und Parameter'''
'''Eingänge und Parameter'''
* PAR_LKT_Grundflaeche = <math>100\,m^2</math>
* PAR_LKT_Deckenhoehe = <math>2{,}5\,m</math>
* PAR_LKT_Fensterflaeche = <math>25\,\%</math>


'''Ausgänge'''
'''Ausgänge'''
* ISO_FlaecheWand [<math>m^2</math>]
* Globalstrahlung <math>\left[W/m^2\right]</math>
* ISO_FlaecheFenster [<math>m^2</math>]


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Zeile 275: Zeile 273:
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
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| 1 || Test auf die Aktualisierung der Dateien || 001 || Software SVN vorbereiten. || Update SVN || Keine Fehlermeldung || Keine Fehlermeldung || i. O. ||
| 001||Test Ausgabe Globalstrahlung|| 1||Parameter geladen||Inf-Simulation mithilfe des Clock-Bausteins||Globalstrahlung > 0 zur Tageszeit||Globalstrahlung  = 116 W/m^2 bei Stunde 9; steigt ab hier und fällt später wieder||i.O.||
|-
| 002||Test Ausgabe Globalstrahlung an Tagen im selben Monat unterschiedlich|| 2||Parameter geladen||Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s  (nach 10d, 12h), T2: 1684800s (nach 20d, 12h)||Globalstrahlung(T1) <> Globalstrahlung(T2)||Globalstrahlung(T1): 191 W/m^2, Globalstrahlung(T2): 191 W/m^2||n.i.O.||Jeder Tag im Monat ist gleich
|-
| 003||Test Ausgabe Globalstrahlung abhängig von Stunden|| 3||Parameter geladen||Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s  (nach 10d, 12h), T2: 835200s (nach 10d, 16h)||Globalstrahlung(T1) <> Globalstrahlung(T2)||Globalstrahlung(T1): 191 W/m^2, Globalstrahlung(T2): 22 W/m^2||i.O.||
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|-
| 2 || Test auf die Matlab/Simulink Version || 002 || MATLAB R2022a + Simulink Version 10.5 installieren. || MATLAB Skript "start.m" mit MATLAB R2022a öffnen und im Editor "Run" drücken || Haus.slx wird ohne Fehlermeldung geöffnet || Haus.slx wird ohne Fehlermeldung geöffnet || i. O. ||
| 004||Test Bestimmung aktueller Monat|| 4||Parameter geladen||Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s  (nach 10d, 12h), T2: 6883200 (nach 80d, 12h, März) ||Monat(T1)=1 (Januar), Monat(T2)=3 (März)||Monat(T1)=1 (Januar), Monat(T2)=3 (März)||i.O.||
|-
|-
| 3 || Test auf alle Eingänge = 0 || 011 || Parameter geladen. || Simulation eines Zeitschritts || Alle Ausgänge = 0 || Alle Ausgänge = 0 || i. O. ||
| 005||Test Bestimmung aktuelle Stunde|| 5||Parameter geladen||Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s  (nach 10d, 12h), T2: 835200s (nach 10d, 16h) ||Stunde(T1)=12, Stunde(T2)=16||Stunde(T1)=12, Stunde(T2)=16||i.O.||
|-
|-
| 4 || Test auf korrekte Formel für ISO_FlaecheFenster || 011 || Parameter geladen. || Simulation eines Zeitschritts || ISO_FlaecheFenster = <math>25\,m^2</math> || ISO_FlaecheFenster = <math>25\,m^2</math>  || i. O. ||
| 006||Test Ausgabe Globalstrahlung stetig, nicht stufig|| 6||Parameter geladen||Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s  (nach 10d, 12h), T2: 822600s (nach 10d, 12,5h)||Globalstrahlung(T1) <> Globalstrahlung(T2)||Globalstrahlung(T1): 191 W/m^2, Globalstrahlung(T2): 191 W/m^2||n.i.O.||Es wird auf Stunden gerundet
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|-
| 5 || Test auf korrekte Formel für ISO_FlaecheWand || 011 || Parameter geladen. || Simulation eines Zeitschritts || ISO_FlaecheFenster = <math>75\,m^2</math> || ISO_FlaecheFenster = <math>75\,m^2</math>  || i. O. ||
|}
|}


== Komponente Wärmeverlust ==
== Komponente Photovoltaik ==
'''Eingänge und Parameter'''
'''Eingänge und Parameter'''
* PAR_LKT_Grundflaeche = <math>100\,m^2</math>
* PAR_EEZ_PVWirkungsgrad_f64 = 0.19
* ISO_FlaecheWand = <math>75\,m^2</math>
* PAR_EEZ_PVModullaenge_f64 = 1.68
* ISO_FlaecheFenster = <math>25\,m^2</math>
* PAR_EEZ_PVModulbreite_f64 = 0.99
* PAR_LKT_Temperatur aus Temperaturdaten.mat
* PAR_EEZ_PVNeigungswinkel_S = 45
* ISO_IstTemp = <math>25\,^{\circ}C</math>
* PAR_EEZ_PVAnzahlModule_S = 10
* PAR_ISO_WaendeUWert = <math>0{,}187\,W/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_PVNeigungswinkel_W = 45
* PAR_ISO_DachUWert = <math>0{,}188\,W/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_PVAnzahlModule_W = 0
* PAR_ISO_FensterUWert = <math>0{,}5\,W/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_PVNeigungswinkel_O = 45
* PAR_ISO_BodenUWert = <math>0{,}073\,W/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_PVAnzahlModule_O = 0


'''Ausgänge'''
'''Ausgänge'''
* ISO_Waermeverlust [W]
* EEZ_PVLeistungDC <math>\left[W\right]</math>
* ISO_TempDiff [°C]


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Zeile 314: Zeile 314:
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
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|-
| 1 || Test auf die Aktualisierung der Dateien || 001 || Software SVN vorbereiten. || Update SVN || Keine Fehlermeldung || Keine Fehlermeldung || i. O. ||
| 001||Test Berechnung Gesamtfläche PV|| 1||Parameter geladen|| Simulation eines Zeitschrittes||Gesamtfläche=16,63m||Gesamtfläche=16,63m||i.O.||
|-
| 002||Test Berechnung Gesamtfläche PV|| 1||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15 || Simulation eines Zeitschrittes||Gesamtfläche=44,9m||Gesamtfläche=44,9m||i.O.||
|-
|-
| 2 || Test auf die Matlab/Simulink Version || 002 || MATLAB R2022a + Simulink Version 10.5 installieren. || MATLAB Skript "start.m" mit MATLAB R2022a öffnen und im Editor "Run" drücken || Haus.slx wird ohne Fehlermeldung geöffnet || Haus.slx wird ohne Fehlermeldung geöffnet || i. O. ||
| 003||Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang_Sonne=0|| 2||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=0||Leistung=0||i.O.||
|-
|-
| 3 || Test auf alle Eingänge = 0 || 028 || Parameter geladen. || Simulation eines Zeitschritts || Alle Ausgänge = 0 || Alle Ausgänge = 0 || i. O. ||
| 004||Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang_Sonne=200|| 2||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=1706||Leistung=1706||i.O.||
|-
|-
| 4 || Test auf Laden der Parameter PAR_LKT_Temperatur, ISO_IstTemp, ISO_TempDiff || 047-049 || Parameter geladen. || Run MATLAB Parameterdatei || Parameter im Workspace || Parameter im Workspace || i. O. ||
| 005||Test auf Wirkungsgrad|| 2||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,25|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=2245||Leistung=2245||i.O.||
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| 5 || Test des Wärmeverlusts der Wandfläche || 023 || Parameter geladen. PAR_FlaecheWand = 75; PAR_Flaeche_Fenster = 0; PAR_Grundflache = 0; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; || Simulation eines Zeitschritts || Waermeverlust = <math>-210{,}4\,W</math> || Waermeverlust = <math>-210{,}4\,W</math> || i. O. ||
| 006||Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang_Sonne=0|| 4||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=0||Leistung=0||i.O.||
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| 6 || Test des Wärmeverlusts der Fensterfläche || 016 || Parameter geladen. PAR_FlaecheWand = 0; PAR_Flaeche_Fenster = 25; PAR_Grundflache = 0; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; || Simulation eines Zeitschritts || Waermeverlust = <math>-187{,}5\,W</math> || Waermeverlust = <math>-187{,}5\,W</math> || i. O. ||
| 007||Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang_Sonne=200|| 1||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 || Simulation eines Zeitschrittes||Leistung<1706||Leistung=1517||i.O.||
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| 7 || Test des Wärmeverlusts der Bodenfläche || 022 || Parameter geladen. PAR_FlaecheWand = 0; PAR_Flaeche_Fenster = 0; PAR_Grundflache = 100; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; || Simulation eines Zeitschritts || Waermeverlust = <math>-391{,}5\,W</math> || Waermeverlust = <math>-391{,}5\,W</math> || i. O. ||
| 008||Test auf Begrenzung max. Leistung, Eingang_Sonne=1000|| 3||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 || Simulation eines Zeitschrittes||Leistung im relaistischen Bereich einer PV Anlage||Leistung ca. 1MW||n.i.O.||
|-
| 009||Test auf negativen Eingang, Eingang_Sonne=-1000||  ||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 || Simulation eines Zeitschrittes||Fehlermeldung oder 0||negativer Wert||n.i.O.||
|-
|-
| 8 || Test des Wärmeverlusts des Dachs || 014 || Parameter geladen. PAR_FlaecheWand = 0; PAR_Flaeche_Fenster = 0; PAR_Grundflache = 100; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; || Simulation eines Zeitschritts || Waermeverlust = <math>-391{,}5\,W</math> || Waermeverlust = <math>-391{,}5\,W</math> || i. O. ||
|}
|}


== Komponente Wärmekapazität ==
== Komponente Warmwasserkollektor ==
'''Eingänge und Parameter'''
'''Eingänge und Parameter'''
* ISO_FlaecheWand = <math>100\,m^2</math>
* PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 45
* ISO_Grundflaeche = <math>100\,m^2</math>
* PAR_EEZ_WWKAnzahlModule_f64 = 1
* ISO_FlaecheFenster = <math>25\,m^2</math>
* PAR_EEZ_WWKModullaenge_f64 = 2.455
* PAR_ISO_WaermekapazitaetWand = <math>353\,kJ/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_WWKModulbreite_f64 = 1.99
* PAR_ISO_WaermekapazitaetDach = <math>448\,kJ/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_WWKTransmissionskoefffizient_f64 = 0.8
* PAR_ISO_WaermekapazitaetFenster = <math>21{,}6\,kJ/(m^2K)</math>
* PAR_EEZ_WWKAbsorptionskoeffizient_f64 = 0.94
* PAR_ISO_WaermekapazitaetBoden = <math>63\,kJ/(m^2K)</math>


'''Ausgänge'''
'''Ausgänge'''
* ISO_Waermekapazitaet
* EEZ_Warmwasserleistung <math>\left[W\right]</math>


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Zeile 356: Zeile 358:
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
|-
|-
| 1 || Test auf alle Eingänge = 0 || 032 || Parameter geladen. || Simulation eines Zeitschritts || alle Ausgänge = 0 || alle Ausgänge = 0 || i. O. || Keine Anforderung im Lastenheft dazu gefunden
| 001||Test Berechnung Gesamtfläche Warmwasserkollektor|| 1||Parameter geladen|| Simulation eines Zeitschrittes||Gesamtfläche=4,89m||Gesamtfläche=4,89m||i.O.||
|-
| 002||Test Berechnung Gesamtfläche PV|| 1||Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, PAR_EEZ_WWKModullaenge_f64 = 2 m, PAR_EEZ_WWKModulbreite_f64 = 1,5 m || Simulation eines Zeitschrittes||Gesamtfläche=15m||Gesamtfläche=15m||i.O.||
|-
| 003||Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=0|| 2||Parameter geladen|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=0||Leistung=0||i.O.||
|-
| 004||Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200|| 2||Parameter geladen|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=734,8||Leistung=734,8||i.O.||
|-
| 005||Test auf Transmissionskoeffizient, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200|| 2||Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKTransmissionskoefffizient_f64 = 0.5|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=459,15||Leistung=459,19||i.O.||
|-
| 006||Test auf Absorptionskoeffizient, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200|| 2||Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKAbsorptionskoefffizient_f64 = 0.8|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=625,28||Leistung=625,28||i.O.||
|-
| 007||Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=0|| 4||Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 35|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung=0||Leistung=0||i.O.||
|-
| 008||Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200|| 4||Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 35|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung<734,8||Leistung=718,4||i.O.||
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|-
| 2 || Test auf korrekte Formel, wenn Außentemperatur größer als Innentemperatur ist || 032 || Parameter geladen. ISO_TempDiff = <math>-1\,K</math> || Simulation eines Zeitschritts || ISO_Waermekapazitaet = <math>24{,}3432\,kWh</math> || ISO_Waermekapazitaet = <math>24{,}3432\,kWh</math> || i. O. || Keine Anforderung im Lastenheft dazu gefunden
| 009||Test Begrenzung maximale Leistung, Eingang EEZ_Globalstrahlung=1000000|| 3||Parameter geladen|| Simulation eines Zeitschrittes||Leistung im realistischen Bereich eines Warmwasserkollektors||Leistung ca. 360kW||n.i.O.||Keine Begrenzung
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|-
| 3 || Test auf korrekte Formel, wenn Innentemperatur größer als Außentemperatur ist || 032 || Parameter geladen. ISO_TempDiff = <math>-1\,K</math> || Simulation eines Zeitschritts || ISO_Waermekapazitaet = <math>-24{,}3432\,kWh</math> || ISO_Waermekapazitaet = <math>-24{,}3432\,kWh</math> || i. O. || Keine Anforderung im Lastenheft dazu gefunden -> macht eine negative Wärmekapazität Sinn?
| 010||Test auf negativen Eingang, EEZ_Globalstrahlung=-1000|| ||Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 35|| Simulation eines Zeitschrittes||Fehlermeldung oder 0||negativer Wert||n.i.O.||
|-
|-
| 4 || Test auf Einheiten || 032 ||  || Einheiten der Signale ohne Simulation überprüft || Wärmekapazität laut Wikipedia in J/K || Wärmekapazität in J bzw. kWh, also eine Energie || n. i. O. || Ist der Ausgang dann eher eine Wärmeenergie?
|}
|}


== Komponente IstTemp ==
== Komponente Wechselrichter ==
'''Eingänge und Parameter'''
'''Eingänge und Parameter'''
* ISO_Waermekapazitaet = <math>25\,kWh</math>
* PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad = 0.95


'''Ausgänge'''
'''Ausgänge'''
* ISO_IstTemp [<math>^{\circ}C</math>]
* EEZ_PVLeistungAC <math>\left[W\right]</math>


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Zeile 384: Zeile 399:
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
|-
|-
| 1 || Test auf alle Eingänge = 0 || 048 || Parameter geladen. || Simulation eines Zeitschritts || alle Ausgänge = 0 || alle Ausgänge = 0 || i. O. ||
| 001||Test Eingang=0|| 1||Parameter geladen||Simulation eines Zeitschrittes||Leistung Wechselrichter=0||Leistung Wechselrichter=0||i.O.||
|-
| 002||Test Eingang=200|| 1||Parameter geladen||Simulation eines Zeitschrittes||Leistung Wechselrichter=190||Leistung Wechselrichter=190||i.O.||
|-
| 003||Test Eingang=200|| 1||Parameter geladen, PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad = 0.9||Simulation eines Zeitschrittes||Leistung Wechselrichter=180||Leistung Wechselrichter=180||i.O.||
|-
|-
| 2 || Test auf verbrauchte Leistung größer als Wärmeverlust || 048, 050 || HZT_Verbrauchteleistung = 200; ISO_Waermeverlust = 100 || Simulation mehrere Zeitschritte, da Integratorblock genutzt wird || Ausgang ISO_IstTemp steigt an || Ausgang ISO_IstTemp steigt an || i. O. || Gain-Block muss angepasst werden. Temperatur steigt aktuell drastisch an auf unrealistische Werte. Evtl. begrenzen mit Saturationsblock.
| 004||Test Eingang=-200|| ||Parameter geladen, PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad = 0.9||Simulation eines Zeitschrittes||Leistung Wechselrichter=0 oder Fehler||Leistung Wechselrichter=-180||n.i.O.||Negative Werte unrealistisch
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|-
| 3 || Test auf verbrauchte Leistung größer als verbrauchte Leistung || 048, 050 || HZT_Verbrauchteleistung = 100; ISO_Waermeverlust = 200 || Simulation mehrere Zeitschritte, da Integratorblock genutzt wird || Ausgang ISO_IstTemp sinkt ab || Ausgang ISO_IstTemp sinkt ab || i. O. || Gain-Block muss angepasst werden. Temperatur steigt aktuell drastisch an auf unrealistische Werte. Evtl. begrenzen mit Saturationsblock.
|}
|}


= Integrationstest =
= Integrationstest =
Der Integrationstest wurde ebenfalls für die Gruppe ISO durchgeführt.
Der Integrationstest wurde ebenfalls von der Gruppe HZR durchgeführt.
 
'''Eingänge und Parameter'''
* PAR_LKT_Grundflaeche = <math>100\,m^2</math>
* PAR_LKT_Fensterflaeche = <math>25\,\%</math>
* LKT_Temperatur = <math>20\,^{\circ}C</math>
* LKT_Deckenhoehe = <math>2{,}5\,m</math>
 
'''Variable'''
* HZT_Verbrauchleistung [<math>W</math>]
 
'''Ausgänge'''
* ISO_IstTemp [<math>^{\circ}C</math>]


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
Zeile 418: Zeile 424:
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
| align="center" style="background:#4472C4; color:white"|'''Kommentar'''
|-
|-
| 1 || Startbedingungen ||  || || "Initial Condition" des Integratorblocks als Parameter einstellen || Startbedingung != 0 || Startbedingung != 0 || n. i. O. || Parameter anlegen, mit dem die Starttemperatur im Haus eingestellt werden kann: PAR_ISO_IstTempInit
| 001||Test auf alle Eingänge 0||  ||Parameter geladen||Simulation eines Zeitschrittes||Simulationszeit=1, alle anderen Ausgänge=0||Simulationszeit=1, alle anderen Ausgänge=0||i.O.||
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|-
| 2 || Draußen kälter als Drinnen || 047 || HZT_Verbrauchleistung = 0; LKT_Temperatur = 0; PAR_ISO_IstTempInit = 15 || Simulation eine Sekunde || Haus kühlt ab || Haus wärmt auf || n. i. O. || Den "Gain" im Block IstTemp haben wir auf 0.0001 gesetzt. Hier nochmal checken, was da ein passender Wert ist
| 002||Test auf Leistungsausgabe bei Nacht|| 017 des Lastenheftes||Parameter geladen||Simulationsstopp bei T1 (um 1 Uhr nachts, des zweiten Tages im Jahr), T1: 90.000s||Simulationszeit = 9e4; EEZ_PVLeistungAC = 0; EEZ_Warmwasserleistung = 0||Simulationszeit = 9e4; EEZ_PVLeistungAC = 0; EEZ_Warmwasserleistung = 0||i.O.||
|-
|-
| 3 || Draußen wärmer als Drinnen || 047 || HZT_Verbrauchleistung =  0; LKT_Temperatur = 20 || Simulation eine Sekunde || Haus wärmt auf || Haus wärmt auf || i. O. ||
| 003||Test auf Leistungsausgabe bei Tag im Winter|| 017 des Lastenheftes||Parameter geladen||Simulationsstopp bei T2 (um 12 Uhr mittags, des zweiten Tages im Jahr), T2: 1296.000s||Simulationszeit = 1296e5; EEZ_PVLeistungAC > 0; EEZ_Warmwasserleistung > 0||Simulationszeit = 1296e5; EEZ_PVLeistungAC > 1634; EEZ_Warmwasserleistung > 701,7||i.O.||
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|-
| 4 || Einfluss Heizleistung|| 050 || HZT_Verbrauchleistung =  5000; LKT_Temperatur = 20 || Simulation eine Sekunde || Haus wärmt schneller auf || Haus wärmt schneller auf || i. O. ||
| 004||Test auf Leistungsausgabe bei Tag im Sommer|| 017 des Lastenheftes||Parameter geladen||Simulationsstopp bei T3 (um 12 Uhr mittags, des 191 Tages im Jahr(mitte Juli)), T3: 16.459.200s||Simulationszeit = 1646e7; EEZ_PVLeistungAC > 1634; EEZ_Warmwasserleistung > 701,7||Simulationszeit = 1646e7; EEZ_PVLeistungAC = 2823; EEZ_Warmwasserleistung = 1212||i.O.||
|-
|-
| 5 || Test auf Einheiten ||   || || Check ohne Simulation || SI-Einheiten || kWh verwendet || n. i. O. || Im Block IstTemp rechnet ihr mit kWh statt mit Wh. Spielt keine Rolle, wenn der Gain entsprechend angepasst wird, wäre aber sauberer
| 005||Test auf Leistungsausgabe bei Tag im Sommer genau ein Jahr später, um Simulationszeit über ein Jahr hinaus zu prüfen|| 017 des Lastenheftes||Parameter geladen||Simulationsstopp bei T4 (um 12 Uhr mittags, des 191 Tages im zweiten Jahr), T4: 47.995.200s||Simulationszeit = 1646e7; EEZ_PVLeistungAC = 2823; EEZ_Warmwasserleistung = 1212||Simulationszeit = 4,8e7; EEZ_PVLeistungAC = 2823; EEZ_Warmwasserleistung = 1212||i.O.||
|-
| 006||nachvollziehbare Kommentierung|| 027 des Lastenheftes|| ||Betrachtung Modul||Verständnis des Moduls durch nachvollziehbare Kommentare||Kommentare nur zum Teil ausreichend||n.i.O.||Kommentierung( z.B. anhand von Bereichen) auf Modulebene könnte ausführlicher sein
|-
|-
| 6 || Heizen im Winter || 050 || HZT_Verbrauchleistung =  10000 || Langzeitsimulation (10000s) || Haus wärmt sich mit Heizleistung auf || Innentemperatur des Hauses gleicht sich der Außentemperatur an || n. i. O. ||
|}
|}


= Systemtest =
= Systemtest =
Zeile 457: Zeile 463:


= Fazit =
= Fazit =
 
Insgesamt kann für die Seminaraufgabe ein positives Fazit gezogen werden. Durch die klare Vorgehensweise des V-Modells konnte das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden und das entwickelte Modell ist lauffähig. Das zeigt, dass die Anwendung des V-Modells dazu beigetragen hat, die Anforderungen an das System präzise zu erfassen und umzusetzen. Außerdem konnte bestätigt werden, dass das V-Modell die Arbeit in Gruppen erleichtert. Die ausführliche Spezifikation jeder Komponente, auch in Absprache unter den Gruppen, hat schließlich dazu beigetragen, dass das zusammengesetzte Gesamtmodell mit einigen Anpassungen nach den Tests lauffähig ist.


= Literaturverzeichnis =
= Literaturverzeichnis =

Aktuelle Version vom 13. Juli 2023, 12:11 Uhr

Abbildung 1: Symbolbild der Seminaraufgabe [1]

Autoren: Daniel Gosedopp und Junjie Lyu
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. M. Göbel

→ zum Hauptartikel: Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2023: Energiehaushalt eines Hauses

Einleitung

Im Rahmen der Lehrveranstaltung Systems Design Engineering im Studiengang Business and Systems Engineering soll ein Modell für den Energiehaushalt eines Hauses entwickelt werden. Dazu wird das Gesamtsystem in mehrere Module eingeteilt. Dieser Artikel beschreibt das Modul Energieerzeugung (kurz: EEZ).

Zielsetzung der Seminaraufgabe

Ziel der Seminaraufgabe ist es, das in der Softwareentwicklung weit verbreitete V-Modell (siehe Abb. 2) auf ein Beispielsystem (Haus) anzuwenden. Dabei wird der komplette Entwicklungsprozess von der Anforderungsdefinition über den Systementwurf und die Implementierung bis zum Testen der Software durchlaufen. In jeder Phase wird überprüft, ob die Arbeitsergebnisse den Spezifikationen aus der vorherigen Phase genügen. Dadurch wird die Effizienz und Qualität der Softwareentwicklung erhöht und die Fehleranfälligkeit minimiert. Durch die direkte Anwendung auf ein System sollen die Vorteile bei der Einhaltung des V-Modells "hands-on" von den Studierenden erfahren werden.

Abbildung 2: V-Modell der Seminaraufgabe


Anforderungsdefinition: Lastenheft

ID Typ (I = Info, A = Anforderung) Kapitel Inhalt Ersteller Datum Durchsicht von am Status Auftraggeber Kommentar Auftraggeber Status Auftragnehmer Kommentar Auftragnehmer
001 I 1 Rahmenbedingungen
002 A Es ist Tageslicht vorhanden. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert mit Einschr. wir werden Tag + Nacht simulieren. Daher ist die Anf. nicht relevant.
003 A Die Fläche der EEZ-Anlage lässt sich für jede Ausrichtung (Osten, Süden, Westen) über jeweils einen Parameter einstellen. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert Neigungswinkel als Parameter einstellen. Machen Sie die Ausrichtung mit 3 Flächen (eine Ost, eine Süd, eine West) Solarsystemen Die Fläche über 3 Parameter einstellen.
004 A Ein potenzieller Schattenwurf wird im Simulationsmodell vernachlässigt. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert Einfach Nettofläche einstellen, ohne Verschattung.
005 A Auf dem Dach werden Warmwasserkollektoren und Photovoltaik-Module verbaut. Lyu, Gosedopp 23.04.2023 Akzeptiert
006 A Das Dach ist stabil gedeckt, die Neigungswinkel der EEZ-Anlage sind also konstant. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
007 I 2 Stromerzeugung
008 A Die PV-Anlage wird auf drei Flächen verteilt (Ausrichtung nach Osten, Süden und Westen), wobei die Flächen jeweils als Parameter eingestellt werden können. Lyu, Gosedopp 23.04.2023 Abgelehnt gleich zu 003
009 A Je nach elektrischer Sollleistung werden mehrere PV-Module in Reihe zu einem sog. String verschaltet. Sind mehrere Strings vorhanden, werden diese parallel geschaltet. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
010 A Der gewonnene Gleichstrom muss mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
011 A Die Abmaße eines Panels sowie dessen maximale Leistung werden nach in der Praxis üblichen Werten gewählt. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
012 A Wenn mehr elektrische Energie erzeugt, als verbraucht wird, soll die überschüssige Energie gespeichert werden. Ist der Speicher voll, fließt der Strom ungenutzt ins Netz. Die Einspeisevergütung wird als Parameter festgelegt. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Abgelehnt Einspeisevergütung einstellbar als Parameter (Gruppe SPC_Speicher) -> das macht der Speicher. Bitte in Absprache dahin verschieben. Sie liefern "nur" Leistung, SP muss dann speichern oder einspeisen.
013 I 3 Warmwassergewinnung
014 A Für den Warmwasserkollektor wird eine feste Ausrichtung und ein fester Neigungswinkel über einen Parameter eingestellt. Lyu, Gosedopp 23.04.2023 Akzeptiert Warmwasserkollektor (eine Ausrichtung und Neigung) noch mit hinzunehmen.
015 A Ein Warmwasserspeicher muss vorhanden sein, damit auch z.B. nachts warmes Wasser vorhanden ist. Lyu, Gosedopp 23.04.2023 Akzeptiert Verweis auf Gruppe SP machen
016 I 4 Schnittstellen
017 A Die gewonnenen Ertragsmengen werden für PV-Anlage und Warmwasserkollektor werden jeweils in der SI-Einheit Watt ausgegeben. Lyu, Gosedopp 23.04.2023 Akzeptiert
018 I 5 Robustheit
019 A Das Modul EEZ funktioniert unter den Bedingungen windig, regnerisch, bewölkt und verschneit. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
020 A Das Modul funktioniert für eine Außentemperatur zwischen -50° bis +70°. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
021 I 6 Software/Werkzeuge
022 A Das Modul wird in Simulink modelliert und in MATLAB parametriert. (MATLAB Version R2022a) Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
023 I 7 Dokumentation
024 A Die Dokumentation erfolgt nachhaltig in SVN Akzeptiert
025 A Zum Modul wird ein Wiki-Artikel erstellt. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
026 A Die Modellierung wird schrittweise beschrieben. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
027 A Der Programmcode und das Modell werden hinreichend kommentiert. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
027 A Der Programmcode und das Modell werden hinreichend kommentiert. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
025 A Zum Modul wird ein Wiki-Artikel erstellt. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
026 A Die Modellierung wird schrittweise beschrieben. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert
027 A Der Programmcode und das Modell werden hinreichend kommentiert. Lyu, Gosedopp 17.04.2023 Akzeptiert

Funktionaler Systementwurf

Der funktionale Systementwurf war im Sommersemester 2023 kein Bestandteil der Gruppenaufgabe und wurde von Prof. Göbel, wie in Abb. 3 dargestellt, bereitgestellt.

Abbildung 3: Funktionaler Systementwurf der Seminaraufgabe


Technischer Systementwurf

Das Modul EEZ wird in die vier Komponenten "Sonne", "Photovoltaik", "Warmwasserkollektor" und "Wechselrichter" untergliedert. Im technischen Systementwurf werden die Ein- und Ausgänge der Komponenten ebenfalls festgelegt. Die Komponente "Sonne" bekommt als Eingang die Simulationszeit und gibt eine Globalstrahlung aus. Diese dient als Eingang für die Komponenten "Photovoltaik" und "Warmwasserkollektor", welche eine elektrische Leistung (Gleichstrom) bzw. eine Warmwasserleistung ausgeben. Die Komponente "Wechselrichter" macht aus der Gleichstromleistung eine Wechselstromleistung. Abbildung 4 zeigt den Aufbau des Moduls EEZ.

Abbildung 4: Technischer Systementwurf des Moduls EEZ


Komponentenspezifikation

In der Komponentenspezifikation werden die Aufgabe, das Verhalten, der innere Aufbau und Schnittstellen für die im technischen Systementwurf erarbeiteten Komponenten definiert. Nachfolgend wird für jede der vier Komponenten eine Tabelle mit den jeweiligen Spezifikationen angelegt.

Sonne

Eingänge

  • Simulationszeit [s]

Ausgänge

  • EEZ_Globalstrahlung [W/m^2]

Parameter

  • PAR_EEZ_StrahlungLippstadt [W/m^2]
ID Kapitel Inhalt Ersteller Datum
1 Die Solarstrahlung für Lippstadt wird auf Basis der Daten des Global Solar Atlas berechnet. Darin sind für jeden Monat und jede Stunde die Energiemengen enthalten. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
2 Diese Energiemenge wird aus der Excel-Datei ausgelesen und in eine Lookup-Tabelle gespeist. MATLAB interpoliert die Energiemenge dann, sodass im Modell nicht jeder Tag eines Monats gleich ist. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
3 Da die Energiemenge (Wh/m^2) in der Excel-Tabelle für eine Stunde angegeben wird, besitzt die momentane Strahlungsleistung (Globalstrahlung in W/m^2) den jeweils gleichen Betrag. Dieser Wert ist der Ausgang der Komponente. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
4 Die Simulationszeit in Sekunden wird durch 2628000 geteilt. Dies ist die Anzahl der Sekunden, die ein Monat hätte, wenn jeder Monat gleich viele Tage hätte. So wird der aktuelle Monat ungefähr bestimmt. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
5 Der aktuelle Stunde ergibt sich aus der Simulationszeit geteilt durch 3600 Sekunden und dieses Ergebnis Modulo 23. Es muss dann 1 addiert werden, damit die Stunde Werte von 1-24 annimmt. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
6 Monat und Stunde stellen die Eingänge einer 2-D Lookup Table dar. Die Werte sind Dezimal und steigen stetig, also nicht stufig an, sodass MATLAB interpolieren kann (Monat kann z.B. 6,5 sein für Mitte Juni) Gosedopp, Lyu 08.05.2023

Photovoltaik

Eingänge

  • EEZ_Globalstrahlung [W/m^2]

Ausgänge

  • EEZ_PVLeistung_DC [W]

Parameter

  • PAR_EEZ_PVNeigungswinkel [°]
  • PAR_EEZ_PVWirkungsgrad [-]
  • PAR_EEZ_PVAnzahlModule [-]
  • PAR_EEZ_PVModullaenge [m]
  • PAR_EEZ_PVModulbreite [m]
ID Kapitel Inhalt Ersteller Datum
1 Die Gesamtfläche wird aus der Länge und Breite eines Moduls sowie der Anzahl der Module durch Multiplikation berechnet. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
2 Aus der Globalstrahlung, der Gesamtfläche der PV-Anlage und dem Wirkungsgrad der PV-Module berechnet sich die erzeugte elektrische Leistung (Gleichstrom) in Watt. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
3 Die erzeugte elektrische Leistung muss auf die maximal erzeugbare Leistung der PV-Module begrenzt werden (Watt Peak Angabe). Gosedopp, Lyu 08.05.2023
4 Je nach Neigungswinkel und Ausrichtung wird diese Leistung nochmal mit einem Faktor zwischen 0 und 1 multipliziert. Dieser Faktor wird mit einer Lookup-Tabelle berechnet. Gosedopp, Lyu 08.05.2023

Warmwasserkollektor

Eingänge

  • EEZ_Globalstrahlung [W/m^2]

Ausgänge

  • EEZ_Warmwasserleistung [W]

Parameter

  • PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel [°]
  • PAR_EEZ_WWKAnzahlModule [-]
  • PAR_EEZ_WWKModullaenge [m]
  • PAR_EEZ_WWKModulbreite [m]
  • PAR_EEZ_WWKTransmissionskoeffizient [-]
  • PAR_EEZ_WWKAbsorptionskoeffizient [-]
ID Kapitel Inhalt Ersteller Datum
1 Die Gesamtfläche wird aus der Länge und Breite eines Moduls sowie der Anzahl der Module durch Multiplikation berechnet. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
2 Aus der Globalstrahlung, der Gesamtfläche des Warmwasserkollektors, der Transmissions- und Absorptionsköffizient der Warmwasser-Module berechnet sich die erzeugte Wärmeleistung in Watt. Gosedopp, Lyu 08.05.2023
3 Die erzeugte Wärmeleistung muss auf die maximal erzeugbare Leistung der Wärmewasser-Module begrenzt werden (Watt Peak Angabe). Gosedopp, Lyu 08.05.2023
4 Je nach Neigungswinkel wird diese Leistung nochmal mit einem Faktor zwischen 0 und 1 multipliziert. Dieser Faktor wird mit einer Lookup-Tabelle berechnet. Gosedopp, Lyu 08.05.2023

Wechselrichter

Eingänge

  • EEZ_PVLeistungDC [W]

Ausgänge

  • EEZ_PVLeistungAC [W]

Parameter

  • PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad [-]
ID Kapitel Inhalt Ersteller Datum
1 Die erzeugte elektrische Gleichstromleistung wird vom Modul Wechselrichter in eine Wechselstromleistung umgerechnet. Dazu wird die Gleichstromleistung mit dem Wirkungsgrad des Wechselrichters multipliziert. Gosedopp, Lyu 08.05.2023

Programmierung / Modellierung

Nachdem die Vorbereitungen und Überlegungen in den Phasen des linken Asts des V-Modells abgeschlossen sind, kann die Programmierung bzw. Implementierung der einzelnen Komponenten erfolgen.

Komponente Sonne

In dieser Komponente wird aus dem aktuellen Monat und der aktuellen Stunde per "Lookup-Table"-Block eine Globalstrahlung in W/m^2 ermittelt. Für die aktuelle Stunde gilt:

Der aktuelle Monat wird aus einer weiteren "Lookup-Table" ermittelt. Dazu muss der aktuelle Tag im Jahr bekannt sein (also Tag 1 - Tag 365). Für den aktuellen Tag gilt:

Die Lookup-Table "Tag zu Monat" ermittelt schließlich den aktuellen Monat. Mit diesem und der aktuellen Stunde kann die Globalstrahlung ausgegeben werden.

Abbildung 5: Implementierung der Komponente "Sonne"


Komponente Photovoltaik

Hier werden zunächst aus den Abmaßen und der Anzahl der PV-Module für die drei Ausrichtungen Süden, Westen und Osten die Flächen berechnet (also Fläche Süd, Fläche West und Fläche Ost). Diese können zusammen mit dem Wirkungsgrad der PV-Module und der Globalstrahlung zu drei Leistungen verrechnet werden. Außerdem wird ein weiterer Wirkungsgrad für die Ausrichtung und Neigung dazumultipliziert (für Details siehe Photovoltaikanlage: Ausrichtung und Neigung). Dieser wird für die drei Ausrichtungen S, W, O mithilfe des Neigungswinkels aus je einer Lookup-Table ermittelt. Durch Addition der drei Teilleistungen S, W, O ergibt sich die aktuell gelieferte Gesamtleistung der PV-Anlage (Gleichstrom).

Abbildung 6: Implementierung der Komponente "Photovoltaik"


Komponente Warmwasserkollektor

Auch hier wird zunächst aus den Abmaßen und der Anzahl der WWK-Module für die Ausrichtung Süden die Fläche berechnet. Mit einem sog. Transmissions- und einem Absorptionskoeffizienten sowie der Globalstrahlung kann durch Multiplikation mit der Fläche eine Warmwasserleistung berechnet werden (für Details siehe die Kollektorgleichung). Diese muss ebenfalls mit einem Wirkungsgrad für den Neigungswinkel, welcher aus einer Lookup-Table ausgelesen wird, multipliziert werden, um die tatsächliche Warmwasserleistung zu erhalten.

Abbildung 7: Implementierung der Komponente "Warmwasserkollektor"


Komponente Wechselrichter

In dieser Komponente wird lediglich der Wirkungsgrad eines Wechselrichters berücksichtigt, sodass sich im Ergebnis eine Wechselstromleistung ergibt.

Abbildung 8: Implementierung der Komponente "Wechselrichter"


Komponententest

Den Komponententest haben immer jeweils andere Gruppen durchgeführt. Für das Modul EEZ wurde der Komponententest von der Gruppe HZR durchgeführt. Die Testergebnisse werden für jede Komponente als Tabelle dargestellt.

Komponente Sonne

Eingänge und Parameter

Ausgänge

  • Globalstrahlung
Testfall-ID Testfall-Name Anforderung Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test Ausgabe Globalstrahlung 1 Parameter geladen Inf-Simulation mithilfe des Clock-Bausteins Globalstrahlung > 0 zur Tageszeit Globalstrahlung = 116 W/m^2 bei Stunde 9; steigt ab hier und fällt später wieder i.O.
002 Test Ausgabe Globalstrahlung an Tagen im selben Monat unterschiedlich 2 Parameter geladen Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s (nach 10d, 12h), T2: 1684800s (nach 20d, 12h) Globalstrahlung(T1) <> Globalstrahlung(T2) Globalstrahlung(T1): 191 W/m^2, Globalstrahlung(T2): 191 W/m^2 n.i.O. Jeder Tag im Monat ist gleich
003 Test Ausgabe Globalstrahlung abhängig von Stunden 3 Parameter geladen Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s (nach 10d, 12h), T2: 835200s (nach 10d, 16h) Globalstrahlung(T1) <> Globalstrahlung(T2) Globalstrahlung(T1): 191 W/m^2, Globalstrahlung(T2): 22 W/m^2 i.O.
004 Test Bestimmung aktueller Monat 4 Parameter geladen Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s (nach 10d, 12h), T2: 6883200 (nach 80d, 12h, März) Monat(T1)=1 (Januar), Monat(T2)=3 (März) Monat(T1)=1 (Januar), Monat(T2)=3 (März) i.O.
005 Test Bestimmung aktuelle Stunde 5 Parameter geladen Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s (nach 10d, 12h), T2: 835200s (nach 10d, 16h) Stunde(T1)=12, Stunde(T2)=16 Stunde(T1)=12, Stunde(T2)=16 i.O.
006 Test Ausgabe Globalstrahlung stetig, nicht stufig 6 Parameter geladen Simulation zu unterschiedlichen Zeitpunkten: T1: 820800s (nach 10d, 12h), T2: 822600s (nach 10d, 12,5h) Globalstrahlung(T1) <> Globalstrahlung(T2) Globalstrahlung(T1): 191 W/m^2, Globalstrahlung(T2): 191 W/m^2 n.i.O. Es wird auf Stunden gerundet

Komponente Photovoltaik

Eingänge und Parameter

  • PAR_EEZ_PVWirkungsgrad_f64 = 0.19
  • PAR_EEZ_PVModullaenge_f64 = 1.68
  • PAR_EEZ_PVModulbreite_f64 = 0.99
  • PAR_EEZ_PVNeigungswinkel_S = 45
  • PAR_EEZ_PVAnzahlModule_S = 10
  • PAR_EEZ_PVNeigungswinkel_W = 45
  • PAR_EEZ_PVAnzahlModule_W = 0
  • PAR_EEZ_PVNeigungswinkel_O = 45
  • PAR_EEZ_PVAnzahlModule_O = 0

Ausgänge

  • EEZ_PVLeistungDC
Testfall-ID Testfall-Name Anforderung Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test Berechnung Gesamtfläche PV 1 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Gesamtfläche=16,63m Gesamtfläche=16,63m i.O.
002 Test Berechnung Gesamtfläche PV 1 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15 Simulation eines Zeitschrittes Gesamtfläche=44,9m Gesamtfläche=44,9m i.O.
003 Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang_Sonne=0 2 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=0 Leistung=0 i.O.
004 Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang_Sonne=200 2 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=1706 Leistung=1706 i.O.
005 Test auf Wirkungsgrad 2 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,25 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=2245 Leistung=2245 i.O.
006 Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang_Sonne=0 4 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=0 Leistung=0 i.O.
007 Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang_Sonne=200 1 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 Simulation eines Zeitschrittes Leistung<1706 Leistung=1517 i.O.
008 Test auf Begrenzung max. Leistung, Eingang_Sonne=1000 3 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 Simulation eines Zeitschrittes Leistung im relaistischen Bereich einer PV Anlage Leistung ca. 1MW n.i.O.
009 Test auf negativen Eingang, Eingang_Sonne=-1000 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, AnzahlModule_O=7, AnzahlModule_S=15, Wirkungsgrad=0,19 Simulation eines Zeitschrittes Fehlermeldung oder 0 negativer Wert n.i.O.

Komponente Warmwasserkollektor

Eingänge und Parameter

  • PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 45
  • PAR_EEZ_WWKAnzahlModule_f64 = 1
  • PAR_EEZ_WWKModullaenge_f64 = 2.455
  • PAR_EEZ_WWKModulbreite_f64 = 1.99
  • PAR_EEZ_WWKTransmissionskoefffizient_f64 = 0.8
  • PAR_EEZ_WWKAbsorptionskoeffizient_f64 = 0.94

Ausgänge

  • EEZ_Warmwasserleistung
Testfall-ID Testfall-Name Anforderung Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test Berechnung Gesamtfläche Warmwasserkollektor 1 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Gesamtfläche=4,89m Gesamtfläche=4,89m i.O.
002 Test Berechnung Gesamtfläche PV 1 Parameter geladen, AnzahlModule_W=5, PAR_EEZ_WWKModullaenge_f64 = 2 m, PAR_EEZ_WWKModulbreite_f64 = 1,5 m Simulation eines Zeitschrittes Gesamtfläche=15m Gesamtfläche=15m i.O.
003 Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=0 2 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Leistung=0 Leistung=0 i.O.
004 Test Berechnung Leistung ohne Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200 2 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Leistung=734,8 Leistung=734,8 i.O.
005 Test auf Transmissionskoeffizient, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200 2 Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKTransmissionskoefffizient_f64 = 0.5 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=459,15 Leistung=459,19 i.O.
006 Test auf Absorptionskoeffizient, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200 2 Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKAbsorptionskoefffizient_f64 = 0.8 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=625,28 Leistung=625,28 i.O.
007 Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=0 4 Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 35 Simulation eines Zeitschrittes Leistung=0 Leistung=0 i.O.
008 Test Berechnung Leistung mit Neigungswinkel, Eingang EEZ_Globalstrahlung=200 4 Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 35 Simulation eines Zeitschrittes Leistung<734,8 Leistung=718,4 i.O.
009 Test Begrenzung maximale Leistung, Eingang EEZ_Globalstrahlung=1000000 3 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Leistung im realistischen Bereich eines Warmwasserkollektors Leistung ca. 360kW n.i.O. Keine Begrenzung
010 Test auf negativen Eingang, EEZ_Globalstrahlung=-1000 Parameter geladen, PAR_EEZ_WWKNeigungswinkel_f64 = 35 Simulation eines Zeitschrittes Fehlermeldung oder 0 negativer Wert n.i.O.

Komponente Wechselrichter

Eingänge und Parameter

  • PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad = 0.95

Ausgänge

  • EEZ_PVLeistungAC
Testfall-ID Testfall-Name Anforderung Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test Eingang=0 1 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Leistung Wechselrichter=0 Leistung Wechselrichter=0 i.O.
002 Test Eingang=200 1 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Leistung Wechselrichter=190 Leistung Wechselrichter=190 i.O.
003 Test Eingang=200 1 Parameter geladen, PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad = 0.9 Simulation eines Zeitschrittes Leistung Wechselrichter=180 Leistung Wechselrichter=180 i.O.
004 Test Eingang=-200 Parameter geladen, PAR_EEZ_DCACWirkungsgrad = 0.9 Simulation eines Zeitschrittes Leistung Wechselrichter=0 oder Fehler Leistung Wechselrichter=-180 n.i.O. Negative Werte unrealistisch

Integrationstest

Der Integrationstest wurde ebenfalls von der Gruppe HZR durchgeführt.

Testfall-ID Testfall-Name Anforderung Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test auf alle Eingänge 0 Parameter geladen Simulation eines Zeitschrittes Simulationszeit=1, alle anderen Ausgänge=0 Simulationszeit=1, alle anderen Ausgänge=0 i.O.
002 Test auf Leistungsausgabe bei Nacht 017 des Lastenheftes Parameter geladen Simulationsstopp bei T1 (um 1 Uhr nachts, des zweiten Tages im Jahr), T1: 90.000s Simulationszeit = 9e4; EEZ_PVLeistungAC = 0; EEZ_Warmwasserleistung = 0 Simulationszeit = 9e4; EEZ_PVLeistungAC = 0; EEZ_Warmwasserleistung = 0 i.O.
003 Test auf Leistungsausgabe bei Tag im Winter 017 des Lastenheftes Parameter geladen Simulationsstopp bei T2 (um 12 Uhr mittags, des zweiten Tages im Jahr), T2: 1296.000s Simulationszeit = 1296e5; EEZ_PVLeistungAC > 0; EEZ_Warmwasserleistung > 0 Simulationszeit = 1296e5; EEZ_PVLeistungAC > 1634; EEZ_Warmwasserleistung > 701,7 i.O.
004 Test auf Leistungsausgabe bei Tag im Sommer 017 des Lastenheftes Parameter geladen Simulationsstopp bei T3 (um 12 Uhr mittags, des 191 Tages im Jahr(mitte Juli)), T3: 16.459.200s Simulationszeit = 1646e7; EEZ_PVLeistungAC > 1634; EEZ_Warmwasserleistung > 701,7 Simulationszeit = 1646e7; EEZ_PVLeistungAC = 2823; EEZ_Warmwasserleistung = 1212 i.O.
005 Test auf Leistungsausgabe bei Tag im Sommer genau ein Jahr später, um Simulationszeit über ein Jahr hinaus zu prüfen 017 des Lastenheftes Parameter geladen Simulationsstopp bei T4 (um 12 Uhr mittags, des 191 Tages im zweiten Jahr), T4: 47.995.200s Simulationszeit = 1646e7; EEZ_PVLeistungAC = 2823; EEZ_Warmwasserleistung = 1212 Simulationszeit = 4,8e7; EEZ_PVLeistungAC = 2823; EEZ_Warmwasserleistung = 1212 i.O.
006 nachvollziehbare Kommentierung 027 des Lastenheftes Betrachtung Modul Verständnis des Moduls durch nachvollziehbare Kommentare Kommentare nur zum Teil ausreichend n.i.O. Kommentierung( z.B. anhand von Bereichen) auf Modulebene könnte ausführlicher sein

Systemtest

Nachdem die Komponenten und Module mit Hilfe der Tests angepasst wurden, konnte ein Systemtest durchgeführt werden.

Testfall-ID Testfall-Name Anforderung Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
1 Test auf korrekte Funktion des Heizungsreglers Parameter geladen. Simulation eines Tages Nach einer Weile ISO_IstTemp = HZR_Solltemperatur Nach einer Weile ISO_IstTemp = HZR_Solltemperatur i. O.
2 Test auf korrekte Solltemperatur Parameter geladen. Simulation eines Tages Solltemperatur wechselt von 15°C (nachts) auf 20°C (tagsüber) Solltemperatur steigt für eine gewisse Zeit auf über 30°C an. n. i. O. Solltemperatur folgt in diesem Bereich der Isttemperatur…
3 Test auf korrekte Stromkosten Parameter geladen. Simulation eines Tages Stromkosten in € ausgegeben Stromkosten nehmen für einen Tag sehr große Werte (> 300€) an n. i. O. Strompreis ist in der Parameterdatei LKT für eine kWh angegeben (€/kWh). Im Modell werden aber SI-Einheiten genutzt, der Strompreis muss also auch in €/Wh angegeben werden.
4 Test der Warmwassertemperatur Parameter geladen. Simulation eines Tages Warmwassertemperatur nimmt realistische Werte an Warmwassertemperatur ist stark negativ n. i. O. Warmwassertemperatur von nahezu -6000°C.

Fazit

Insgesamt kann für die Seminaraufgabe ein positives Fazit gezogen werden. Durch die klare Vorgehensweise des V-Modells konnte das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden und das entwickelte Modell ist lauffähig. Das zeigt, dass die Anwendung des V-Modells dazu beigetragen hat, die Anforderungen an das System präzise zu erfassen und umzusetzen. Außerdem konnte bestätigt werden, dass das V-Modell die Arbeit in Gruppen erleichtert. Die ausführliche Spezifikation jeder Komponente, auch in Absprache unter den Gruppen, hat schließlich dazu beigetragen, dass das zusammengesetzte Gesamtmodell mit einigen Anpassungen nach den Tests lauffähig ist.

Literaturverzeichnis

  1. ↑ https://www.herold.at/blog/passivhaus-was-bringt-es-vorteile/
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