De Solcal methode

Solcal 2013 en 2017

De solcalmethode is een methode om de opbrengst te bepalen gebaseerd op de inmiddels oude f-chart methode, zoals beschreven door S.A. Klein en W.A. Beckman, en de Europese norm EN15316 4-3. Gebruik wordt gemaakt van maandelijkse klimaatgegevens van meteonorm van Straatsburg, Helsinki en Athene. Allereerst wordt de solcal2013-methode (TM2014wh) besproken en daarna de aanpassingen die in 2017 zijn doorgevoerd.

Solcal 2013

Solcal rekent op basis van maandelijkse gegevens. De maandelijks bijdrage aan het verwarmen van de zonneboiler, wat de zon niet kan leveren, noemen we hier Qnonsol_tm, en de totale maandelijkse benodigde energie noemen we Lwh_tm. De maandelijkse energie die de zon bijdraagt aan verwarming van het vat noemen we LsolW_tm. Tm staat voor de betreffende maand. Qnonsol wordt berekend door de totale warmtevraag te verminderen met LsolW en de maandelijkse stilstandverliezen:

Hierin is:
V_nom = Werkelijk inhoud zonneboilervat in liter
V_bu = Backup gedeelte zonneboilervat (naverwarmdeel door bv cv-ketel)
60 = Gemiddelde boilertemperatuur
T_a = Omgevingstemperatuur boiler
Psbsol =Stilstand verliezen (Psbsol = S/45)
0.732 = factor maandelijkse uren (30,5 dagen x 24 uren) /1000 en conversie van Watt naar kW.
Lwh_tm is de maandelijkse energievraag om het water op te warmen volgens de volgende formule:

Hierin staat Q_ref voor het theoretisch benodigd energieverbruik per maand volgens een bepaald tapprofiel. Het tapprofiel bepaald hoeveel liters per dag warm water nodig is. De factor 1.09 is voor de leidingverliezen. 30,5 is het gemiddeld aantal dagen per maand en 0,6 is de factor om het warmwaterverbruik realistisch op te dimensioneren. LsolW_tm is de maandelijkse warmte wat door de zonnecollectoren geoogst wordt:

De minimale waarde van LsolW_tm is nul, en de maximale waarde is Lwh_tm. Er kan dus nooit meer energie in de zonneboiler gestopt worden dan er uit gehaald wordt (Lwh_tm). De formule om LsolW1_tm te bepalen is:

en voor Qbuf:

Met:

X_tm = de maandelijkse verhouding tussen collectorverliezen en warmtevraag.
Y_tm = de maandelijkse verhouding tussen opgenomen zonne-energie en warmtevraag,
met:
A_sol = Totale apertuuroppervlakte zonnecollector
IAM = Incidence Angle Modifier (instralingshoek afhankelijkheid) zonnecollector
η₀ = Conversiefactor zonnecollector (Eta nul)
a₁ = warmteverliescoëfficient zonnecollector
a₂ = warmteverliescoëfficient 2e orde zonnecollector
QsolM_tm = maandelijkse zoninstraling in de zonnecollector in W/m².
100 = vaste waarde voor de warmtewisselaar (W/K-1m-2)
(6+ 0.3 *A_sol)/A_sol = warmteverliezen in de collectorloop
X_tm moet tussen 0 en 18 liggen
Y_tm moet tussen 0 en 3 liggen. Indien deze waarden lager of hoger zijn kapt de berekening ze af.
Tref_tm = de gemiddelde referentietemperatuur (meestal iets minder dan 100 °C), berekend met:

Hierin is
58.8 = 11.6 + 1.18 * 40
T_cold = de gemiddelde koud watertemperatuur (voor Nederland 10 °C)
Tout_tm = de gemiddelde omgevingstemperatuur gedurende de dag (dus NIET de nacht meerekenen)
ccap = opslag coëfficient

Tenslotte wordt Qnonsol in kWh/a berekend door alle maandsommen Qnonsol_tm bij elkaar op te tellen.

Het elektriciteitsverbruik van de delta-T regeling en de pomp wordt als volgt berekend:

Met:
solhrs = aantal zonne-uren dat de pomp moet draaien, meestal 2000 uren.
solpump = het vermogen van de pomp in Watt
solstandby = Verbruik delta-T regeling

De Solcal 2017 methode

Dit is een verbeterde methode (TM2017wh) van de hierboven beschreven methode (TM2014wh). Omdat in de zomermaanden de maximale zonne-energie door de formule gelimiteerd is tot de maximale vraag, komt het, in het solcal-2013 model, tot bijverwarming (Q_nonsol) ten gevolge van de bufferverliezen, terwijl dat in de praktijk niet voorkomt. Vooral bij tapprofielen lager dan XL heeft deze berekeningsmethode grote invloed op de rendementsberekening en is niet realistisch. Door de bufferverliezen op te tellen bij de warmtevraag (Lwh_tm) voordat deze in de solarloopberekening gaat, is deze tekortkoming opgelost en de berekening betrouwbaarder geworden.
Lwh_tm = 30.5 ^. 0,6 ^. (Q_ref + 1.09) + Qbuf_tm

De begrenzing van de factor Y_tm, overgenomen uit de f-chart methode is ouderwets. Moderne collectoren hebben veel minder verliezen dan collectoren ten tijde van f-chart (1976). Deze begrenzing is dan ook in de 2017-versie verwijderd.

In de formule om LsolW1 te bepalen zitten ook stilstand verliezen verdisconteerd. Maar deze zitten ook al verwerkt in de berekening van Qbuf en worden dus eigenlijk twee keer meegeteld. Dit word opgelost door een factor F_app van 1.08 toe te passen op de berekeningsformule van LsolW1:
LsolW1_tm = F_{app ^.} Lwh_tm ^. (1.029 Y_tm - 0.065 X_tm - 0.245 Y_tm² + 0.0018 X_tm² + 0.0215 Y_tm³)