Orangen, Weizen, Bohnen, Oliven – damit Obst, Getreide oder Hülsenfrüchte auch in heißen und trockenen Gebieten wachsen, müssen sie regelmäßig bewässert werden. Das Wasser dafür stammt häufig aus tiefen Brunnen. In Ägypten setzen viele Bauern bislang Dieselgeneratoren ein, um ihr Land zu bewässern. Ein Modellprojekt im oberägyptischen Wadi El Natrun zeigt, dass es auch anders geht. Ein Photovoltaik-(PV)-Inselsystem sorgt hier für die Bewässerung eines Weizenfelds. Den Strom liefern konzentrierende Photovoltaik-Module (CPV siehe Bild), die wegen ihres höheren Wirkungsgrades und ihrer besonderen Bauweise wesentlich weniger Fläche einnehmen als konventionelle PV-Module: Fresnel-Linsen bündeln die Sonnenstrahlen auf stecknadelkopfgroße Mehrfachsolarzellen. Um das Gesamtsystem möglichst kostengünstig zu gestalten, haben die Entwickler auf teure Batterien zum Zwischenspeichern des Solarstroms weitestgehend verzichtet. »Wo es kein öffentliches Stromnetz gibt, arbeiten PV-Anlagen aufgrund ihrer niedrigen Betriebskosten heute wirtschaftlich. Problematisch sind nur die hohen Investitionskosten am Anfang, an denen die Batterien einen erheblichen Anteil haben«, erklärt Jakob Wachtel vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. »Indem wir den größten Teil der erzeugten Energie direkt nutzen, können wir teure Speicherkapazitäten einsparen«, ergänzt sein Kollege Alexander Schies.
Ein ausgeklügeltes Energie-Management überwacht die Erzeugung des Stroms und sorgt dafür, dass er immer sofort dahin fließt, wo er gerade gebraucht wird: Zur Tauchpumpe, um das Wasserreservoir aufzufüllen, zur Bewässerungspumpe, wenn es Zeit ist, das Feld zu bewässern oder zur Entsalzungseinheit. Lediglich für den Betrieb der CPV-Tracker und des Messsystems speichern die Entwickler einen Teil des Sonnenstroms in einer relativ kleinen Batterie zwischen. »Diese Reserve brauchen wir, um die CPV-Module morgens in Position zu fahren«, erläutert Jakob Wachtel. Anders als konventionelle Silizium-Solarmodule liefern konzentrierende PV-Systeme nur dann Strom, wenn sie exakt nach Sonnenstand ausgerichtet sind.
Alle Komponenten der Bewässerungsanlage sind mit Mikrocontrollern ausgestattet, über die sie ihre Zustandsdaten an das Energie-Management-System übermitteln und von diesem gesteuert werden können. Die Form der Kommunikation beschreibt das am ISE entwickelte Universal Energy Supply Protocol (UESP), das speziell auf diese Art des Energie- und Lastenmanagements ausgelegt ist. UESP wird derzeit als Anwendungsprofil für netzunabhängige Energieversorgungssysteme in das CANopen-Protokoll CiA454 der CiA (CAN in Automation) Organisation integriert.
Quelle: Fraunhofer Gesellschaft
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