Sonderheft der Zeitschrift Landtechnik zum Tod von Prof. Dr ... - TUM

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_________________ 404 Regenerative Energien I/h 700 600 500 400 300 200 100 o o 200 400 600 800 1000 W/m 2 Sola rstrahl uno Abb. 5: Fordermenge und Druck in Abhangigkeit von der Solarstrahlung (W/m') beim Beregnen von Feldgemiise (Haag, Amper) mit Solargenerator 144 W, Gleichstrommotor mit angeflanschter Rollenpumpe, Kreisregner mit maximal 14 m Wurfdurchmesser weitgehend zu automatisieren. Die eingesparte Zeit steht jetzt zur besseren Tierbetreuung und Futterkonservierung zur Verfiigung. AuBerdem kann UbersehuBwasser zur Bewasserung troekener Weideflachen nutzbringend verwertet werden. Aueh die Stromversorgung von zwei leistungsstarken Weidezaungeriiten ist jetzt weitgehend gesiehert. Zahlreiehe weitere Beispiele lieBen sieh anfu hren. ( Naeh heutigen Erkenntnissen kommen vor allem folgende netzferne Anwendungen in Frage, wo eine Wirtsehaftliehkeit gegenuber verbrennungsmotorgetriebenen Pumpen und Stromerzeugern oder dem standigen Hin- und Hertransport von Batterien gegeben ist: Wasserf6rderung fur Bewasserungszwecke Viele Kleingarten, Sehrebergartenanlagen sowie Anbauflachen fur Feldgemuse, Obst und Krauter, aber aueh Gewachshauser sind nieht ans offentliche Strom- oder Wassernetz angesehlossen oder zu tragbaren Kosten ansehlieBbar (Abb. 3). Da der Wasserverbrauch weitgehend parallel zum Sonnenseheinangebot verlauft (wenn's regnet, braueht man nieht zu gieBen) und mansehon mit relativ kleinen Solargeneratoren erstaunlieh groBe, notfalls aueh leieht und billig zu speiehernde Wassermengen fardem kann, ist dies ein besonders wiehtiges Gebiet. Aueh wird man oft, wie Vorversuehe ergeben haben, dureh direkte Kopplung einer Gleiehstrompumpe an den Solargenerator und ohne Batterie oder elektronisehe Regelung auskommen - zumindest fur den Anfang. In Abbildung4 sind ersteErgebnisse bei der Wasserforderung fur eine grofsere Sehrebergartenanlage dargestellt. Abbildung 5 zeigt einen Versueh mit der gleiehen Anlage bei der Feldgernusebewasserung mit einem Niederdruek-Kreisregner. Trotz der ermutigenden Ergebnisse muB auf diesem Gebiet noeh weitergearbeitet werden, um stromsparende, sehr leieht anlaufende Pumpen untersehiedlieher Forderleistung und -hohe zu finden oder diese mit wasserund energiesparenden Verteileinriehtungen zu kombinieren (Abb. 6). bar IIh bar 1,5 1.0 0,5 Abb. 6: Einfacher Prufstand fur erste Messungen an kleinen, solarzellenbetriebenen Wasserpumpen Wasserforderung zur Weidetrankebecken-Versorgung Zahlreiehe Tierhalter fahren bis zu zweimal taglich Wasser auf hofferne Weiden, obwohl Grundwasser vorhanden ist. Die bekannten, von den Tieren selbstzu betatigenden Pumpen konnen nur aus maximal 7 m Tiefe fordern, und manehe Rinder lemen den Umgang damit nieht. Fur kleinereTiere (Sehafe, Ziegen, Wild) kommen solehe Anlagen uberhaupt nieh t in Frage. Da die Tiere natiirlieh in Schonwetter- oder gar Hitzeperioden am meisten Wasser trinken, der Landwirt aber kaum Zeit fur das lastige Wasserfahren hat, ist aueh dieser Einsatzbereich fur die Photovoltaik pradestiniert. Als Wasserreservoir konnen die ehemaligen Wasserfasser verwendet werden und mit einer gleiehstrombetriebenen Tauehpumpe kann Wasser aueh aus mehr als 7 m Tiefe gefordert werden. Stromversorgung netzferner Stiille, Teilaussiedlungen und Anlagen Im Zuge der Extensivierung in der Tierhaltung gibt es viele hof- und netzferne Stille fur Fleisehrinder, Damwild, Hirsehe, Sehafe, Ziegen und Pferde, die ohne Stromversorgung betrieben werden mussen. Fur die notwendige Beleuehtung wird oft mit Petroleum- oder Benzinlampen (Brandgefahr) oder batteriebetriebenen Handlampen gearbeitet. Ein kleines Gleiehstromnetz fur 44. Jahrg. ~ Landtechnik Sonderheft _ he lies Licht - etwa bei Geburten und Tierarztbesuehen, zum Wasserpumpen und zum AnsehluB kleinerer Gerate (Bohrmasehine, Sehafsehermasehine) - wurde die Produktionsbedingungen wesentJieh verbessern. Aueh auf diesem Gebiet konnten erfolgreiehe Vorversuehe mit der Solarstromversorgung eines Milehsehafstalles und einer Imkerei (Abb. 7) gemaeht werden. Bei Teilaussiedlungen von intensiv betriebenen Rinder- und Schweinestallen ist der Antrieb der Stallufter neben der Beleuehtung und Wasserversorgung das HauptprobJem, da die energieaufwendigen Arbeiten wie Futterentnahme, Misehen und Futtern oder Gulleaufruhren und -pumpen aueh mit der Sehlepperzapfwelle erJedigt werden konnen, Solargeneratoren mit 1 bis 2 kW Spitzenleistung konnten hier viel helfen. Befidlen und Beluften von Fischteichen Hier herrseht ein groBes Interesse vieler Teiehwirte, kleine und mittlere Teiehe, fur die ein Dieselaggregat zu aufwendig ist, mit Solargeneratoren zu versorgen. Gerade in dieht belegten Teiehen mit Zusatzfutterung herrseht im Sommer und Herbst Sauerstoffmangel, vor allem in windsehwaehen, sonnenreiehen Perioden. Wahrend jedoeh kleine, gleiehstrombetriebene Aggregate zur Beliiftung von Fischbehaltern bei LKW Transport verfugbar sind, gibt es noeh keine grofseren im Leistungsbereieh von 0,2 bis 2 kW, so daB vorerst aufWeehselstrom-Ringverdiehter zuruckgegriffen werden muB, die dann uber Weehselriehter mit dem in Batterien gespeieherten Solarstrom versorgt werden. Offen ist aueh noeh die Frage, ob eine direkte Kopplung einesTeichlufters mit dem Solargenerator rnoglich und sinnvoll ist und welehe Beluftungssysterne aueh bei untersehiedliehen Drehzahlen gute Wirkungsgrade haben und den eingetragenen Sauerstoff auf eine moglichst groBe Flache verteilen. Abb. 7: Versorgung einer gewerblichen lmkerei durch Solargenerator und Windkraftanlage mit 12 Volt-Gleichstrom fur Licht, wasserjorderung, Bienenbrutkasten, Honigschleuder und Kleinstaubsauger
44.Jahrg. Landtechnik Sonderheft 405 Antrieb von Ventilatoren zur Trocknungsluftforderung in Verbindung mit Luftkollektoren Auch hier herrschen giinstige Einsatzbedingungen, da die meisten Trocknungsgiiter wahrend der sonnenreichen Jahreszeit zu trocknen sind. Allerdings ist hier das Problem der ausreichenden Auslastung der Solargeneratoren zu beachten. Eine direkte Kopplung des Generators und des Ventilatormotors ist moglich. Erste Versuche mit einem kleinen, mobilen, netzunabhangigen Ki:irnertrockner mit integriertem Luftkollektor ergaben, daB der Ventilator schon bei einer Solarstrahlung von 200 W1m'(bedeckterHimmel)zu laufen beginnt, urn seine hochste Fi:irderleistung bei voller Sonne und damit auch hoher Kollektorleistung zu bringen . Da die solartechnische Trocknung weltweit eine zunehmende Bedeutung erlangt, sollte diese Einsatzmi:iglichkeit weiterverfolgt werden. Solarzellenbetriebene Weidezaungeriite Sie kamen schon vor iiber zehn Jahren auf den Markt. Es gab Anfangsschwierigkeiten mit zu schwachen und wenig dauerhaften Akkumulatoren sowie mit der elektronischen Laderegelung. Inzwischen sind aber zwei Gerate DLG-gepriift. Unverstandlicherweise sind die Preise fiir derartige Gerate in den letzten Jahren aber so stark gestiegen, daB Landwirte mit Weiden ohne Netzanschluf3 Gerate fiir Wegwerf-Trockenbatterien bevorzugen. Eine wirtschaftliche Alternative besteht aber darin, ein preiswertes und leistungsstarkes Standardgerat fur Anschlul3an eine Autobatterie zu nehmen und diese mit einem nofmalen, kleinen Solargenerator aufzuladen. Forschnng wird intensiviert Urn die heute schon wirtschaftlichen Einsatzmi:iglichkeiten der Photovoltaik bei netzfernen Kleinanlagen im Leistungsbereich bis ca. 2 kW der Offentlichkeit nahezubringen, wird das BMFT in Zusammenarbeit mit den Bundesministerien fiir Verkehr, Wirtschaft, Landwirtschaft, Umwelt, Post und Inneres ein gri:il3eres Demonstrationsprogramm fi:irdern. Die Federfuhrung obliegt dabei der Zentralstelle fiir Solartechnik in Hilden. Zur Betreuung der landwirtschaftlichen Projekte sind das KTBL, die Universitat Hohenheim, die FAL Volkenrode und die Landtechnik Weihenstephan bereit. Neben den schon beschriebenen Einsatzmi:iglichkeiten werden dabei Anlagen zur Oligolyse von Giille (Schwimmdecken- und Geruchsreduzierung mit Gleichstromdurchleitung) sowie Kleingerate zur Schorfwarnung und Mikroklimaerfassung beriicksichtigt. Es ist zu erwarten, daB von diesem Programm ein starker Entwicklungs- und Erkenntnisschub zum Einsatz der Photovoltaik auf dem Lande ausgeht. Zunehmend werden auch gri:if3ere Photovoltaikprojekte in der Landwirtschaft unter Beteiligung der regionalen Energieversorgungsunternehmen durchgefiihrt. So betreiben die Pfalzwerke auf der landwirtschaftlichen Versuchsstation Limburgerhof eine Tropfchenbewasserungsanlage und auf dem Versuchsgut Rehhiitte der BASF eine Stalliiftung sowie Giilleoligolyse mit Solarstrom. An den landwirtschaftlichen Lehranstalten Triesdorf lauft seit Juni 1989 eine nachgefuhrte, 38 m' groBe Photovoltaik-Anlage zur Stromversorgung eines Modulpreis ( DM/Wp) n 30 F' 20 10 I-- 1\ ristalIine Module o 1980 1990 I itdr erhgungskopozi Q 10 MWp.o. 1\ ,\ ~i::~Z.~;,- ~~ 2000 z-: -t- Jahr Abb. 8: Bisherige und prognostizierte Preisentwicklung bei kristallinen und amorphen Silizium Solargeneratoren (nach Strese, Bolkow-Systemtechnik} Schweinemaststalls unter Federfuhrung des Frankischen Uberlandwerks und bei Bad Kochel wird unter Betreuung der Isar-Amperwerke ein Aussiedlungsbetrieb mit Solargeneratoren und einer Kraft/Warrne Kopplungsanlage ausgeriistet. Das Triesdorfer Schweinestallprojekt ist der Auftakt zu einem gri:iBeren Programm mit sechs weiteren Anlagen, von denen eines bis zur Erprobung solaren Wasserstoffs in der Haustechnik reicht. 2010 Angebot an Komponenten nimmt zu Auch bei den Systemkomponenten wie Batterien, Laderegler, Gleichstromverbraucher und Wechselrichter sind Fortschritte erzielt, aber auch noch offene Probleme erkannt worden. Preiswerte, wartungsarme, stationare Bleibatterien fur Solargeneratoren sind seit einigen Jahren verfugbar. Bei besonders hohen Anspriichen an die Lebensdauer (mehr als zehn Jahre), kommen auch hochwertige Blei- und Nickel Cadmium-Akkus in Frage. Bei letzteren erscheint eine neuentwickelte Ausfuhrung mit Faserelektroden interessant, weil sie preiswerter ist und eine noch hohere Ladezyklenzahl errnoglicht als die bekannten Typen mit Rohrchen-, Taschen- oder Sinterelektroden. Als Motoren zum Antrieb von Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren sollten bei kleineren Photovoltaikanlagen im Leistungsbereich bis etwa 2 kW vorzugsweise Gleichstrommaschinen mit Kollektor und Permanentmagneterregung eingesetzt werden. Da sie keine Feldwicklung haben, benotigen sie auch keine hohen Anlaufstri:ime und konnen direkt mit dem Solargenerator gekoppelt werden. AuBerdem erreichen sie Wirkungsgrade von etwa 85 %. Noch bessere Werte bis 90 % werden von kollektorlosen, ebenfalls perrnanentrnagneterregten Wechsel- und Drehstrommotoren mit elektronischer Kommutierung des Gleichstroms aus Solargenerator oder Batterie erreicht. Das Angebot an energiesparenden, gleichstrombetriebenen Geraten wird erfreulicherweise immergri:iBer,vor allern auch durch Impulse aus der Caravan- und Bootstechnik . Halogen- und Leuchtstofflampen, Pumpen, kleine Ventilatoren und Kiihlgerate ftir 12 und 24 Volt sind hier vor allem zu nennen. Es gibt aber noch Probleme, fur Dauerbetrieb geeignete, langlebige und preiswerte Tauchpumpen zu finden, vor allem im Leistungsbereich unter 100 W . Oftmals wird man aber auch noch vorhandene Wechselstrorngerate betreiben rnussen, weil es zum Beispiel noch keine Stalliifter, Schafschermaschinen oder Hochdruckreiniger fiir Gleichstrom gibt. Hier helfen dann elektronische Wechselrichter, die den in Batterien gespeicherten Solarstrom mit Vollastwirkungsgraden zwischen 85 und 95 % in Wechselstrom mit weitgehender Spannungs- und Frequenzkonstanthaltung umwandeJn. Neben den preiswerten Rechteck-Wandlern fur Ohmsche Verbraucher kommen fur anspruchsvollere, induktive Verbraucher auch Gerate zum Einsatz, die einen trapez- oder sinusfi:irmigen Wechselstrom erzeugen. Ansblick Die Zukunft der Photovoltaik ist wegen der zu erwartenden, weiteren Preisrucklaufigkeit sehr positiv zu beurteilen. Zur Zeit liegen die Preise fur hochwertige, montagefertige Solargeneratoren (Module) aus mono- und polykristallinem Silizium zwischen 10 und 16 DM je Watt Nennleistung, wenn es sich urn Abnahmemengen zwischen 100 W und 1 kW handelt. Bei Sonderangeboten und GroBmengen werden schon Preise zwischen 8 und 10 DM je Watt eingeraumt, Wie aus Abbildung 8 zu ersehen ist, wird schon in wenigen Jahren mit Preisen unter 5 DM/W gerechnet und in etwa zehn Jahren ein Preisruckgang bei den amorphen Modulen auf 3 DM/W erwartet. Mit Hilfe der Faustregel, daB eine Solarzelle mit 1 Watt Nennleistung in unseren Breitengraden eine jahrliche Strommenge von 1 KWh erzeugt, kann man sich leicht die Kosten des Solarstroms bei unterschiedlicher Lebensdauer der Module errechnen. Aber schon
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