Energiehaushalt eines Hauses: Energieerzeugung EEZ

Abbildung 1: Symbolbild der Seminaraufgabe

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:

$\text{Aktuelle Stunde} = floor\left(\frac{\text{Simulationszeit}\:mod\:86400}{3600}\right)$

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:

$\text{Aktueller Monat} = floor\left(\frac{\text{Simulationszeit}}{24 \cdot 60 \cdot 60}\right)\:mod\:365 + 1$

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 $\left[W/m^2\right]$

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 $\left[W\right]$

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 $\left[W\right]$

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 $\left[W\right]$

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.