Mobile Solartankstelle
Wir zapfen Sonne für Elektromobile an
Dr. D. Schulze, L. König
An der Mittelschule Oberlößnitz in Radebeul wird seit rund 5 Jahren erfolgreich das
Projekt
"Mobilität und Umwelt"
bearbeitet. Ein Beispiel dafür ist
die Arbeitsgemeinschaft "Formel-E-Radebeul", die elektrobetriebene
Kleinrennwagen aufbaut und Schüler damit an sachsenweiten Wettbewerben teilnehmen. Zur
Enertec 2003 in Leipzig stellten Schüler der Mittelschule auf dem Messestand des
Bundesverband Solarmobil die leisen Fahrzeuge vor und drehten in der Messehalle ihre
Runden ohne Lärm und Auspuffgase.
Seit Mitte 2003 wurde in Ergänzung dazu eine mobile Solartankstelle geplant und gebaut.
Die Tankstelle soll zum Nachladen der Akku für die Elektromobile vor Ort an den
verschiedenen Wettbewerbsplätzen dienen. Außerdem kann so Hilfsenergie für Steuer- und
Messeinrichtungen, aber auch für Anzeigetafeln, während des Rennbetriebs netzunabhängig
bereitgestellt werden.
Entwicklungsstand und Ausblick zur Anwendung der Tankstelle
2003 beteiligte sich der Förderverein der Grund- und Mittelschule Oberlößnitz Radebeul
am Energie-IQ-Wettbewerb der Stadt Radebeul und der Energie Baden-Württemberg mit den
Projekten "Mobile Solartankstelle" (Projektleiter Dr. Schulze) und
"Kompetenzzentrum für E-Mobile" (Projektleiter Dr. Jugelt). Beide Projekte
fanden die Anerkennung der Jury mit dem zweiten und dritten Wettbewerbspreis zu je 5000
Euro.
Im Frühjahr 2004 ist die mobile Solartankstelle gebaut und bis zur Funktionstüchtigkeit
realisiert worden. Dazu wurden ca. 120 kg Aluminiumprofile in unmittelbarer
Projektumsetzung durch Dr. Schulze und die Praktikanten Leonhard König und Bachir
Boudelal zu zwei unterschiedlichen Trägergestellen für Solarmodule verarbeitet.
Ein Einachsanhänger der Fa. STEMA
sowie 10 Solarmodule der Fa. Solarwatt Dresden zu je 100 Wpeak wurden vom
Förderverein gekauft und finanziert. Die Werkstattarbeiten erfolgten, bei zunehmend
erfolgreicher Teamarbeit, durch die Obengenannten mit tatkräftiger Unterstützung der Fa.
Solarwatt im betriebseigenen Ausrüstungsbau.
In der Folgezeit haben Herr Boudelal und Herr König die mobile Solartankstelle elektrisch
ausgerüstet und mit Messgeräten sowie einem solargespeisten Ladegerät (SLX 2085) für
gleichzeitig acht 12 V Akkumulatoren komplettiert. Die Anordnung der Solarmodule ist in
einer auf dem Anhänger montierten Grundvariante mit 8 Modulen zu je 100 W Spitzenleistung
(MPP) ausgeführt, die mit 2 Solarmodulen gleicher Leistung als Anbausatz verstärkt
werden kann.
Das zweite Trägergestell soll ebenfalls im Schulbereich als Stationäre Fotovoltaikanlage
genutzt werden und mit Solarmodulen ausgerüstet Strom ins Netz einspeisen.
Sie soll 800W MPP erreichen, an die
im fall, das die Mobile Solartankstelle nicht anderwärtig genutzt wird, sie Gleichstromseitig angekoppelt werden kann, und so mit Strom ins
Öffentliche Netz einspeisen wird.
Weiterhin soll sie noch zu
einer sogenannten „Inselanlage“ mit einem Wechselrichter zur Erzeugung von 230V
Wechselstrom ausgebaut werden. Um für Exkursionen oder Veranstaltungen als unabhängige
Stromversorgung Verwendung zu finden.
Genaue Leistungsparameter sind noch
in Endwicklung.
Zur Zeit wird sie
„nur“ zum Laden der Akkus für die E- Mobile, als Stromquelle für Experimente
und als Demonstrationsobjekt zur Gewinnung und Anwendung Erneuerbarer Energien verwendet.
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Bild 1 zeigt die mobile Solartankstelle in Arbeitsstellung (Ohne die zusätzlichen Module)
mit den angekippten zwei Modulkassetten zu je 4 Solarmodulen mit 100 W pro Solarmodul,
flankiert von Schülern, Herrn König und Herrn Boudelal.
Wesentliche Bauteile und
Merkmale der mobilen Solartankstelle
Die mobile Solartankstelle besteht im wesentlichen aus vier Bauteilen:
1. Einachsanhänger
Eigengewicht
360 kg
2. gesamtes Solarmodulträgergestell
Eigengewicht 100 kg
3. 11 Solarmodulen
Eigengewicht ges. 108 kg
4. Akkuladestation, Messgeräte mit
Eigengewicht
15 kg
Stromversorgung
Der Einachsanhänger ist so ausgewählt, dass die
beim Straßentransport auf dem Solarmodulträger übereinandergeschobenen Modulkassetten,
nicht die Außenabmessungen des Anhängers überragen, damit keine weiteren
verkehrstechnischen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind. In dem Anhänger sind die
zusätzlichen Solarmodule und 8 Reserveakku für die E-Mobile transportsicher zu
verstauen.
Auf dem hinteren Teil des Anhängers sind, gut geschützt beim Transport durch die
Heckklappe des Anhängers, das Mess- und Anzeigegerät sowie die Akkuladestation
angeordnet. Dort wird die momentane, von angeschlossenen Verbrauchern (z.B. Akku)
aufgenommene elektrische Leistung in Watt „W“ angezeigt und die insgesamt
gewonnene elektrische Arbeit in Wattstunden „Wh“ erfasst. Mittig,
dazwischen, ist der Kurbelansatz für die Gewindespindel zum Ankippen der Solarmodule
montiert.
Der Einachsanhänger lässt sich
durch seine drei Räder (die beiden Achsräder und das Stützrad an der Deichsel) in alle
Himmelsrichtungen leicht drehen, so dass die Solarmodule manuell in die optimale
Ausrichtung zur Sonne gestellt werden können. Die Nachführung der Solarmodule zum
Azimutwinkel der Sonne wird also nicht auf, sondern mit dem Anhänger durchgeführt, und
erlaubt in unserem Fall eine einfache, interessante und obendrein sehr kostengünstige
Lösung.
Das Solarmodulträgergestell besteht aus
einem Untergestell und dem Modulrahmen- träger, in dem zwei Modulkassetten mit jeweils
vier 100 Watt Solarmodule übereinander geschoben werden können (Transportstellung). Der
Modulrahmenträger lässt sich durch eine spindelgetriebene Hubvorrichtung stufenlos bis
auf 30° aufrichten. Die Spindel kann manuell mit einem Ratschenschraubenschlüssel oder
einer Bohrmaschine (Akkuschrauber) gedreht werden. Je nach Drehrichtung verändert der
Modulrahmenträger seinen Winkel gegen die Horizontale bzw. zur aktuellen Sonnenhöhe.
Die Spindel ist so eingerichtet, das
die Haftreibung zwischen Spindel und Spindelmutter ein selbstständiges runterschrauben
des Modulrahmenträgergestell verhindert. Damit wird ein ungewolltes Abkippen des
Modulrahmenträgers verhindert (Unfallschutz).
Bevor der Modulrahmenträger angekippt wird, sind die beiden Modulkassetten auf ihre
Betriebsstellung zu ziehen und die zwei zusätzlichen 100 W Solarmodule und das 60 W Modul
für die Stromversorgung der Messgeräte sind an entsprechenden Einhängevorrichtungen zu
arretieren.
Zehn Solarmodule von jeweils 100 W ergeben eine mögliche
Spitzenleistung von 1000W. Acht dieser Module sind zu jeweils 2 x vier Module
parallel geschaltet und entsprechend in den beiden Modulkassetten angeordnet. Jede der
beiden Modulkassetten hat eine Spitzenleistung MPP von 400 W bei einer
Systemspannung von ca. 40 V. Die Kabelausgänge beider Modulkassetten werden über zwei
gegeneinander geschaltete Leistungsdioden wiederum parallel geschaltet und über die
Anzeigeelektronik in die Ladestation eingespeist. Die Spitzenleistung addiert sich auf 800
W, die Systemspannung bleibt bei ca. 40 V. Die beiden Leistungsdioden werden mittels eines
Kühlkörpers und zusätzlich ab einer bestimmten Erwärmung mit einem
temperaturgesteuerten Lüfter gekühlt. Hierzu wird direkt aus den Modulen die nötige
Lüfterleistung von ca. 2 W gezogen.
Die Parallelverkabelung der Solarmodule kann von ihrer technischen Ausführung her nicht
ohne Weiteres oder aus versehen zu einer Reihenschaltung der Module verändert werden.
Diese Vorsichtsmaßnahme ist notwendig, weil sonst die Systemspannung die
Kleinschutzspannung von 50 V Gleichstrom gefährlich überschreiten könnte. Da die
mobile Solartankstelle in einer Schule beheimatet ist und dort auch betrieben wird, ist
die maximale Schutzkleinspannung konsequent einzuhalten.
Die zusätzlichen 2 x 100W Module und
das 60W Modul werden durch nicht verwechselbare oder verbindbare Stecksysteme in das
Elektrische System eingekoppelt sodass die Nennleistung auf 1000W aufgestockt wird. Das 60W Modul versorgt die Ladestation für das
Mess- und Anzeigegerät.
Ladestation, Mess-
und Anzeigegeräte mit Stromversorgung
Die Anzeigeelektronik wird durch
einen mit Solarstrom geladenen Akku versorgt.
Die Akkuladestation SLX 2085
bedarf keine zusätzliche Stromversorgung. Sie begrenzt die maximale Ladestromstärke auf
5 A pro Akku. Da an die Ladestation 8 Akku gleichzeitig anzuschließen sind, ergibt
das bei einer Lade- Schlussspannung von etwa 14,3 V einen solar zu deckenden
Leistungsbedarf von ca. 570 W.
Bei vollem Sonnenschein ist das kein Problem. Die Solarmodule stellen sogar weitere
ca. 430 W bereit, die ungenutzt bleiben, wenn keine anderen Verbraucher zu versorgen sind.
Der Leistungsüberschuss verringert sich in dem Maße wie die Sonneneinstrahlung abnimmt.
Wenn die Einstrahlung weiter sinkt, steuert die Ladestation automatisch die optimale
Ladung
der Akku durch Verringerung des Ladestroms oder Abkopplung einzelnen Akku.
Die gemessenen Ladezeiten sind bei optimalen Bedingungen ca. 7 bis 8 Stunden bis zur
Vollladung.
Die mobile
Solartankstelle muss in regelmäßigen Abständen von einer anerkannten Fachfirma
überprüft werden.