Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die F\u00f6rderung von Wasser aus Tiefbrunnen ist in vielen Gegenden ohne Netzanschlu\u00df von zentraler Bedeutung. Erstrebenswert ist hierbei ein umweltfreundliches und m\u00f6glichst wartungsfreies System mit einer hohen Verf\u00fcgbarkeit und Lebensdauer. Die meist eingesetzten Dieselaggregate erf\u00fcllen diese Kriterien nicht. Sie ben\u00f6tigen zum Betrieb laufend Treibstoff, der meist schwer zu beschaffen ist, genauso wie Ersatzteile. Ferner besteht die Gefahr, da\u00df Treibstoff oder Alt\u00f6l die Umgebung und die Brunnen ver-schmutzen. Eine umweltfreundliche Alternative stellen die photovoltaischen Pumpensysteme (PVPS) dar. Bei PVPS handelt es sich um Tauchpumpenanlagen ohne Batteriepufferung, bei denen die Sonnenenergie als Energiequelle dient und ein spezieller Wechselrichter die Anpassung zwischen Solargenerator und Antriebsaggregat vornimmt. Die Anlagen werden im Inselbetrieb (ohne Netzanbindung) eingesetzt und bestehen aus den Komponenten Solargenerator, Wechselrichter, Pumpe, Motor und hydraulisches System. Der Antriebsstrang besteht aus einer Kreisel- oder Exzenterschneckenpumpe. Bei Untersuchungen an der Universit\u00e4t der Bundeswehr M\u00fcnchen zur Wasserversorgung in abgelegenen Gebieten im Inselbetrieb zeigte sich, da\u00df durch den Einsatz von Exzenterschneckenpumpen in PVPS im Vergleich mit Kreiselpumpen der Einsatzbereich erweitert und die Tagesf\u00f6rdermengen im Teillastbereich und bei gr\u00f6\u00dferen Brunnentiefen (ab ca. 50m) erh\u00f6ht werden k\u00f6nnen. Hindernis dabei sind die bisher zur Verf\u00fcgung stehenden Wechselrichter, welche f\u00fcr den Anlauf von Exzenterschneckenpumpen meist nicht ausgelegt sind. Ausgehend von den Erfahrungen mit PVPS wurde ein Wechselrichter entwickelt, mit dem sowohl Kreisel- als auch Exzenterschneckenpumpen in PVPS ohne Batteriepufferung zuverl\u00e4ssig betrieben werden k\u00f6nnen. Ein solches System stellt eine betriebstechnisch und \u00f6kologisch optimale Wasserversorgung dar.<\/p>\n
Der wesentliche Grund f\u00fcr die Entwicklung des Wechselrichters besteht in der Erweiterung des Einsatzbereiches von PVPS durch die Verwendung von Exzenterschneckenpumpen.<\/p>\n
Welche Verbesserungen entstehen durch den Einsatz von Exzenterschneckenpumpen?
\nExzenterschneckenpumpen besitzen eine wesentlich steilere Pumpenkennlinie als Kreiselpumpen. Der F\u00f6rderdruck steigt bei ihnen schon im niedrigen Drehzahlbereich stark an und sorgt daf\u00fcr, da\u00df im Teillastbereich bei geringer Einstrahlung Wasser gef\u00f6rdert werden kann.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Allgemeine Daten des Wechselrichters:
\nFunktion: Betrieb von Exzenterschnecken- und Kreiselpumpen in Photovoltaischen Pumpensystemen ohne Batteriepufferung. Bei diesen Pumpenanlagen handelt es sich um Tauchpumpenanlagen, die Wasser aus einem Tiefbrunnen in einen Vorratsbeh\u00e4lter pumpen. Diese Anlagen werden im Inselbetrieb eingesetzt und bestehen aus den Komponenten Solargenerator, Wechselrichter, Motor, Pumpe und dem hydraulischen System. Am selben Solargenerator k\u00f6nnen andere Verbraucher angeschlossen werden. Die MPP-Regelung der Steuerelektronik regelt in diesem Fall die Motordrehzahl, so da\u00df die verbleibende Solargeneratorleistung f\u00fcr die Wasserf\u00f6rderung verwendet wird.<\/p>\n
Benutzerfreundliche Bedienung: Nach Anschlu\u00df des Solargenerators und des Motors wird ein Betrieb des Pumpensystems durch Einschalten des Hauptschalters automatisch gestartet. Die Sanftanlaufsteuerung gew\u00e4hrleistet ein zuverl\u00e4ssiges Hochlaufen des Motors mit minimaler Energie. Dadurch ist auch der Einsatz von Exzenterschneckenpumpen m\u00f6glich.<\/p>\n
MPP-Tracking (MPPT): Die MPP-Regelung (Maximum-Power-Point – Regelung) erm\u00f6glicht einen direkten Betrieb des Pumpenantriebs ohne Batteriepufferung. Dabei stellt die Regelung die momentan maximal m\u00f6gliche Drehzahl am Antrieb und somit maximale F\u00f6rderleistung ein. Die Mindestspannung f\u00fcr den Betrieb des Wechselrichters betr\u00e4gt 130V. Damit ist ein MPPT im Teillastbereich bei sinkender Leerlaufspannung gew\u00e4hrleistet. Die Regelung funktioniert temperaturunabh\u00e4ngig unter Verwendung der aktuellen Me\u00dfdaten Solargeneratorspannung und -strom. Dies garantiert eine hohe Regelgenauigkeit.<\/p>\n
Technische Daten:
\nLeistungsaufnahme: maximal 2,5kW
\nDer Einsatz des Wechselrichters ist in einem Bereich von 500W bis 2,5kW aufgrund des hohen Wirkungsgrades im Teillastbetrieb sinnvoll.
\nAusgangsspannung:
\n–\t3-phasig 220V (in der jetzigen Version)
\n–\tniedrigere Ausgangsspannungen sind m\u00f6glich
\nAusgangsfrequenz: 5 bis 80Hz; Einstellung durch die MPPT
\nSchutzklasse: IP65
\nmaximale Solargeneratorspannung: 410V DC
\nmaximale Umgebungstemperatur im Betrieb: -40 \u00b0C bis +70\u00b0C
\nAnzeigeelemente: 3 LEDs; Betrieb, \u00dcbertemperatur, Fehler
\nMa\u00dfe: 395mm – 265mm – 210mm
\nSchutzma\u00dfnahmen:
\n–\tTemperatur\u00fcberwachung der Leistungstransistoren und des Geh\u00e4useinneren
\n–\tAutomatisches Ausschalten bei \u00dcberschreiten der maximalen Temperatur
\n–\tBlitzschutz, Kurzschlu\u00dfsicher am Ausgang
\nInterface:
\n–\tserielle Schnittstelle RS232 zur Betriebsdatenerfassung
\n–\tKonfiguration des Wechselrichters (Programmierung des internen Eproms) und externe Steuerung
\nTechnische Besonderheiten:
\n– vollst\u00e4ndig galvanisch isolierte Leistungsstufe am Ausgang
\n– Leistungsfiler am Ausgang verbessert das System:
\n– keine \u00dcberspannungen und Spannungsspitzen am Motor
\n– Verhinderung von Besch\u00e4digungen der Motorwicklung
\n– Erh\u00f6hung der Lebensdauer
\n– Verbesserung der elektromagnetischen Vertr\u00e4glichkeit<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen:
\n1) Symposium Photovoltaische Solarenergie, Staffelstein, 1997
\n2) 2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Wien, 1998
\n3) Kapitel 1 bis 7 des Schlu\u00dfberichts BEPING (Bau eines Pumpen Inverters der Neuesten Generation)
\n bei der TIB (Technische Informationsbibliothek), Deutsche Forschungsberichte, Welfengarten 1B,
\n 30167 Hannover<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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