Projekt 07159/01

Entwicklung von mit Photovoltaik versorgten Notrufsäulen

Projektträger

SoWiTecFrank Hummel
Grießstr. 26
72820 Sonnenb√ľhlZielsetzung und Anlass des Vorhabens Bisher werden Notrufs√§ulen entweder an das Stromnetz angeschlossen (was teilweise sehr teuer ist) oder die Energie wird √ľber Batterien bereit gestellt. Diese Batterien werden j√§hrlich ausgetauscht. Zus√§tzlich zu diesen Batteriekosten ergeben sich Kosten f√ľr das Personal und Kosten f√ľr die Entsorgung der Batterien. Das neue Konzept der Energieversorgung mit Sonnenenergie √ľber Photovoltaikzellen bietet hier, bei entsprechender Konzeption und Auslegung, wesentliche Vorteile. Ein Austausch der Batterien wird nur noch etwa alle 5 Jahre notwendig, die Kosten f√ľr Personal und f√ľr die Batterien und deren Entsorgung sind dadurch wesentlich geringer. Die Batterie kann zudem kleiner ausgelegt werden. Das neue Konzept bietet daher betriebswirtschaftlich gro√üe Vorteile. Das System soll so ausgelegt werden, da√ü auch bestehende S√§ulen nachtr√§glich damit ausger√ľstet werden k√∂nnen. Die Auslegung des Systems mu√ü, um den jederzeit sicheren Betrieb zu gew√§hrleisten, sehr detailliert durchgef√ľhrt werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Bj√∂rn-Steiger-Stiftung ist an dem Einsatz der Photovoltaik zur Stromversorgung ihrer Notrufs√§ulen unter den Randbedingungen der technischen Zuverl√§ssigkeit und der Einhaltung der wirtschaftlichen Vorgaben interessiert. Da die Wirtschaftlichkeit berechnet werden kann und nur abh√§ngig von der gew√§hlten Konfiguration ist, mu√ü vorab der Nachweis der technischen Zuverl√§ssigkeit erbracht werden. Dies wurde durch einen Feldtest mit zehn verschiedenen Systemkonfigurationen erbracht. Dabei wurden unter anderem verschiedene Photovoltaikmodule, Batterien und Montagetechniken erprobt. Die Systemauslegung erfolgte auf Basis eines speziell f√ľr diesen Anwendungsfall erstellten Simulationsprogrammes. Das Energieversorgungssystem wurde mit einem Me√üdatenerfassungssystem ausger√ľstet, in dem alle relevanten Daten abgespeichert, regelm√§√üig ausgelesen und ausgewertet werden. Der Feldtest wurde von Oktober 1996 bis Juni 1997 durchgef√ľhrt. Dadurch wurden die einstrahlungs√§rmsten und k√§ltesten Monate f√ľr den Nachweis der technischen Zuverl√§ssigkeit ber√ľcksichtigt. Zudem wird der Feldversuch noch durch spezielle Batterietests, welche vom Zentrum f√ľr Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-W√ľrttemberg in Ulm durchgef√ľhrt wurden, erg√§nzt. In diesem Test wurde das Temperaturverhalten der Batterien untersucht. Ergebnisse und Diskussion Der Feldtest wurde mit verschiedenen Konfigurationen bez√ľglich Solargenerator, Batterie und der Montage- bzw. Integrationstechnik durchgef√ľhrt. Insgesamt 10 unterschiedliche photovoltaische Energieversorgungssysteme wurden in funktionsf√§hige Notrufs√§ulen integriert. Alle Systeme wurden mit Hilfe des Simulationsprogrammes so ausgelegt, da√ü √ľber den kompletten Testzeitraum die Versorgungssicherheit gew√§hrleistet sein sollte. Die jederzeitige Versorgungssicherheit wurde nur mit 4 Systemen erreicht. Alle anderen Systeme konnten aus unterschiedlichen Gr√ľnden zeitweise den Energiebedarf nicht decken. Mit den vorgegebenen Randbedingungen bez√ľglich Belastung und Spannung war die Systemauslegung korrekt und dazu geeignet, fast alle Anforderungen ohne Einschr√§nkungen zu erf√ľllen. Lediglich einzelne Komponenten des Gesamtsystems zeigten w√§hrend des Tests deutliche M√§ngel. Bei Einsatz anderer Bauteile w√§re die Versorgungssicherheit auch w√§hrend des Feldtests gegeben gewesen. Eine allgemeine Systemoptimierung l√§√üt sich durch Einsatz eines Ladereglers mit deutlich geringerem Eigenbedarf sowie durch Anpassung der Systemspannung an die in der Notrufs√§ule notwendige Spannung erreichen. Diese sollte Spannungen von 5 bis 7 V bzw. im ung√ľnstigeren Fall (in dieser Spannungsklasse sind nur wenige Akkumulatoren erh√§ltlich) von 7 bis 10 V zulassen. Parallel sollte der Verbrauch der Notrufs√§ule weiter reduziert werden. Es zeigt sich aber, da√ü f√ľr das System Notrufs√§ule aufgrund der Belastungsart und dem Einsatz im Freien unter teilweise extremen Umgebungsbedingungen die einzelnen Komponenten eine Mindestgr√∂√üe haben sollte. Die Batteriekapazit√§t sollte 1 Ah und die Modulleistung 0,5 bis 1 W nicht unterschreiten. Speziell Module mit sehr geringer Leistung (Ausnahme amorphe Technik) sind nur aufwendig herzustellen und daher kaum preisg√ľnstiger. Auch bez√ľglich der Qualit√§t ist bei kleinen Leistungen mit einer Verschlechterung zu rechnen, auch in diesem Fall bilden amorphe Module eine Ausnahme. Die Kapazit√§t der Batterie ist wiederum von der Gr√∂√üe des Verbrauches und der Modulleistung abh√§ngig. Daher wird hier als Untergrenze 1 Ah empfohlen. Kleinere Akkumulatoren sind am Markt kaum erh√§ltlich. Der Montageort der Module an der Notrufs√§ule hat keinen merklichen Einflu√ü. Sowohl auf dem Dach als auch auf der R√ľckseite herrschen in etwa die selben Einstrahlungsverh√§ltnisse. Dabei bietet die R√ľckseite sogar etwas g√ľnstigere Eigenschaften, da speziell in den Wintermonaten mit einer h√∂heren Einstrahlung zu rechnen ist und Schnee die Module nicht bedeckt. Zudem erscheint hier eine Montage einfacher. Der Feldtest hat gezeigt, da√ü sich Theorie und Praxis oft deutlich voneinander unterscheiden. Eigenarten einzelner Komponenten k√∂nnen √ľber Rechenmodelle nicht erfa√üt werden, da diese stets von normal arbeitenden Bauteilen ausgehen. Somit konnten durch den Feldtest zahlreiche wichtige und f√ľr den sp√§teren Einsatz unerl√§√üliche Erfahrungen gesammelt werden. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Derzeit wird ein zweiter Feldversuch direkt an Bundesstra√üen mit 10 Notrufs√§ulen mit einem photovoltaischen Energieversorgungssystem durchgef√ľhrt. Dieser soll die Ergebnisse des ersten Feldversuches best√§tigen. Danach ist geplant das System in Serie zu bauen. Die Einf√ľhrung des Systems wird √ľber Pressemitteilung und Pressekonferenz erfolgen. Fazit Mit den Erkenntnissen des Feldversuches l√§√üt sich nun f√ľr den Anwendungsfall der Notrufs√§ule eine ideale Konfiguration erstellen, welche auch zu besseren wirtschaftlichen Werten f√ľhren wird. Die h√∂heren Investitionskosten von 500 - 700 DM amortisieren sich im Vergleich zum reinen Batteriebetrieb innerhalb von 3 - 5 Jahren. Bei einer Betriebsdauer der Notrufs√§ule von 15 Jahren ergibt sich somit ein Kostenvorteil von etwa 1500.- bis 2000,- DM zugunsten des photovoltaischen Systems. Als weiterer Vorteil ist die hohe Umweltvertr√§glichkeit zu nennen. Wesentlich weniger Batterien sind zu entsorgen und deutlich geringerer Betreuungsaufwand mit den entsprechenden Anfahrtswegen ist notwendig. Das Konzept wurde so gestaltet, da√ü die Funktionsf√§higkeit und die Betriebssicherheit auch in anderen klimatischen Regionen (andere Einstrahlungswerte und Temperaturen) gew√§hrleistet ist

√úbersicht

Telefon

07128/3673

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Bundesland

Baden-W√ľrttemberg

Fördersumme

48.828,37 ‚ā¨

Förderzeitraum

21.11.1995 - 13.09.2000