Blockschaltbild Energie

Ziel: Dimensionierung der Energieversorgung mit Reserven. Da fast jedes Wochenende Führungen auf der Field Station angeboten werden rechnen wir mit dem Worst Case von 7 Tage ohne Sonne, da ggf. eine Not-Einspeisung mit dem Generator möglich ist.

Tips: Der OV T09 hat bereits Solar- und Windkraft-Erfahrungen. Es gibt dazu auch einen Artikel[1]. Auch der Artikel [2] ist hilfreich und der Bericht [3] interessant.

Systemspannung

  • 12V
    • pro: Akkus ohne Downtime austauschbar da alles parallel
    • contra: Spannungsschwankungen zwischen 11...16V je nach Versorgungs- und Speicherzustand - alle verwendeten Geräte müssen bis ca. 10,5V funktionsstabil sein (vgl. [1])
    • contra: hohe Ladeströme schwieriger zu handlen
    • contra: Kabel werden schnell dicker
  • 24V
    • contra: da seriell Risiko, wenn ein Akku schlapp macht
    • contra: viel Investition in Akkus, da man immer mind. 2x12V braucht
    • pro: mit guten Wandlern mit teilw. 95% Wirkungsgrad angeblich stabileres System (vgl. [1])
    • contra: nur sinnvoll bei längeren Kabelwegen oder Geräten, die mind. 13.8V brauchen
    • contra: man braucht einen Akku Balancer/Equalizer, damit die Akkus nicht gleich hin sind laut Benni
    • pro: kleine Ladeströme

Ergebnis: Auf jeden Fall 12V-Anlage, weil es sonst zu teuer wird.

Solarmodule

  • Typ
    • monokristallin (besser aber teurer)
    • polykristallin (etwas schlechter aber günstiger)
    • amorph (schlechter Wirkungsgrad)
  • todo Leistung und Fläche
    • z.B. 6x50W-Module
  • Stellwinkel 65°, Richtung Süd-Südost: Im Winter optimale Ausnutzung durch Sonnenstand und runterrutschendem Schnee - im Sommer weniger, aber da gibt es eh massig Sonnenstunden.
  • es sollten laut fho-emden nicht mehr als vier Module einfach zusammengeschaltet werden
    • ist aber ohne Probleme machbar, wenn man die Module einzeln gegen Kurzschluss absichert
  • todo These: viele Module = viele Schrauben = Diebstahl unattraktiver?
  • Solarmodule mindestens 200W, bei 300W auch an trüben Tagen genug Strom, mehr Module zu nehmen ist billiger und haltbarer als mehr Akku

Windgenerator

  • Wind weht auf dem T'Berg fast immer - eine gute Ergänzung zur Solarenergie
  • z.B. AIR-X - ca. 400W (bei Böen über 700W) und handlich
  • todo Einbinden einer optionalen 24V-Anlage des T'Bergs möglich?

Akkus

  • benötigte Parameter
    • geringe Selbstentladung
      • Ist hier eher zweitrangig, da der Akku sowieso nur 1-2 Wochen überbrücken kann. Selbstentladung wird eher bei längeren Überbrückungszeiten zum Problem.
    • auf Entladetiefe achten
    • Zyklenfest
    • Hohe Design-Lebensdauer (kann je nach Akkutyp bei 3 oder auch bei 10 Jahren liegen)
    • Gesamtkapazität
      • ausreichend dimensionieren - ein leerer Akku hat einen Gefrierpunkt von -11°C, siehe elektronikinfo.de
      • 10W -> ~1A * 24h * 7 Tage = 168Ah nutzbar -> bei ~50% Entladetiefe: 336Ah -> ca. 300Ah
    • integrierter Tiefentladungsschutz brauchen wir nicht - macht der Laderegler
    • Akkusorte auf jeden Fall irgendwas mit Blei - die Traktoren unter den Akkus - kommen mit ungleichmäßigen Ladeströmen gut zurecht
    • wartungsfrei
    • keine Säure, Blei-Gel zu teuer, Blei-Vlies sollte es sein
  • Qualitäts- vs. Billiglösung
    • LKW-Batterien
      • pro: billig, also auch mal austauschbar
        • zwei 0TU-nahe Segler haben das als günstigste Lösung bezeichnet
      • contra: laut DG5MPQ Batterien deren Platten hoch stehen notwendig, durch zu kleine Ströme schlechte Elektrolytenumlagerung und letztendlich Sulfatierung und hochohmiger Tod.
    • Solarakkus
      • pro: optimiert auf geringe Lade- und Entladeströme im Verhältnis zur Kapazität
      • contra: teurer, ein Austausch schmerzt hier eher

Ergebnis: Wir versuchen es erstmal mit dafür geeigneten Solarakkus. Je nach anschließender Erfahrung holen wir uns dann später ggf. LKW-Bat. als Reserve oder als Vergleichsmittel.

Laderegler

  • benötigte Parameter
    • Tiefentladeschutz!
    • Strombelastbarkeit de Ladereglers auf maximal möglichen Strom (Ladestrom der Erzeuger oder Lastrom der Verbraucher) auslegen
    • auf akkuschonende Ladespannung achten, bei einfachen Geräten
      • möglichst Automatik-Ladegerät auswählen, das nach tiefer Entladung schonend lädt und den Akku nicht überlädt
    • Spannungs-/Strom-Überwachung möglich
      • kritischen Ladestand per Mail schicken, dann lokale 2.4GHz als erstes abschalten, um die Backbone-Links noch etwas laufen zu lassen. Dass das auch als Motivation dienen kann, Strom vom Generator zu liefern, ist ein nicht unbedingt unerwünschter Seiteneffekt.
      • Meldung, falls tagsüber kein Ladestrom => Module oder Kabel geklaut
      • Hinweis: RouterBoard kann Strom/Spannung an seinem Eingang messen
    • bei MPP Trackern auf QRM achten, siehe [3]
    • externe 230V-Einspeisung möglich, ansonsten zusätzliches Netzteil für Generatorbetrieb
  • Laderegler mit gemeinsamer Masse verwenden, macht Installation übersichtlicher

Leitungen

  • gegen Ende der Planungen Leitungsquerschnitte und Sicherung für Maximalstrom dimensionieren

Leitungsformel

  • todo Möglichkeit zur Einspeisung bei der FSB beachten
    • Anschluss am Veranstaltungs-Generator (+ Ethernet?)
  • Kabel wasserdicht und UV-beständig

[1]: CQ DL 10-2011 [2]: CQ DL 3-2013 von DL2SHR [3]: CQ DL 10-2013, S.727 von DL5SAA