concentrating solar power

Konzept für ein Photovoltaik-Inselnetz

Zusammenfassung:

Der Verein „Freunde von Nkile “ hat es sich zum Ziel gesetzt die Fischer Gemeinde Nkile am Malawisee in Tansania mit Strom zu versorgen. Bisher gibt es in dem abgelegenen Ort keine Stromversorgung.

Im ersten Schritt soll dieses Jahr ein Photovoltaik-Inselnetz mit Batteriespeicher installiert werden. Für die Dimensionierung der PV-Anlage inklusive Speicher sind wir nach einer Bedarfsabschätzung zu folgenden Empfehlungen gekommen:

Elektrische Verbraucher:

Die elektrischen Verbraucher sind nachfolgend aufgeführt. In Summe schätzen wir  eine Spitzenleistung von 1,3 kW und einem Energieverbrauch von 4,5 kWh.

  • LED-Orientierungsleuchte für die Fischer (50 W)
  • Zwei Gefriertruhen zur hygienischen Lagerung der Fische (180 W)
  • Einen Kühlschrank für Medikamente (90 W)
  • Einen Kühlschrank für verderbliche Lebensmittel (90 W)
  • LED-Beleuchtung für das Dorfzentrum und den Vorplatz (500 W)
  • Zwei Laptops mit Bildschirmen (250 W)
  • Kommunikationseinheit (Signalverstärker, Modem, Router, Drucker, Telefon, etc.) (200W)
  • Zusätzliches (Optional z.B. Handyladestation, kleinere Arbeitsgeräte)

 

Berücksichtigung zukünftiger Erweiterung

Ein großer, fixer Kostenpunkt für den Aufbau der ersten Anlage sind die Reisekosten für den Aufbau und die Installation der Anlage. Es ist daher durchaus sinnvoll die Anlage tendenziell größer auszulegen. Ebenso sollte den Bewohnern in Nkile  die Möglichkeit gegeben werden, weitere bisher nicht berücksichtigte Verbraucher anzuschließen. Dies könnten beispielsweise zusätzliche Geräte sein, wie z.B. eine Handyladestation oder kleine Maschinen wie Bohrer oder Schleifmaschine. Die Mehrkosten für eine etwas größere PV-Anlage und einen stärkeren Wechselrichter fallen vergleichsweise gering aus.

Wechselrichter Leistung:

Wir planen einen Insel-Wechselrichter mit 2,3 kW. Dieser übersteigt die Mindestleistung um 1 kW und befindet sich in der Klasse kleiner Standardwechselrichter. Mit der größeren Wechselrichter-leistung können auch kleine Handwerksmaschinen angeschlossen werden oder ergänzende Stromverbraucher.

PV-Generator:

Ausschlaggebend für die Dimensionierung der Module ist die Ertrags- und Verbrauchsprognose eines Tages. Legt man den mittleren Energieertrag an einem Januartag (Januar ist der Monat mit dem geringsten Energieertrag) zugrunde, werden 6 Module benötigt. Wir empfehlen die Anzahl der Module deutlich auf 11 Stück anzuheben. Die Modulkosten fallen für das System eher gering aus, sodass durch mehr Module nur geringe Kosten aber ein größerer Nutzen entstehen. Eine höhere Modulleistung führt zu einem schnellen Aufladen des Speichers (der Speicher hat hohe spezifische Kosten), sodass auch bei wenigen Sonnenstunden der Akku vollständig aufgeladen werden kann.

PV-Speicher:

Der Speicher ist ein wesentliches Element für die Versorgungssicherheit des Gemeindehauses mit Strom. Eine hohe Versorgungssicherheit ist nur mit einem genügend großen Speicher zu gewährleisten. Dieser Versorgungssicherheit stehen die hohen Speicherkosten gegenüber. Es ist wichtig einen sinnvollen Kompromiss zu finden. Dieser wird nachfolgend erläutert.

Wetterbeschreibung:

Trotz häufigen und starken Regens und dementsprechend bewölktem Himmel hat man erfahrungsgemäß an vielen Tagen in der Regenzeit auch Sonnenstunden. Das vorliegende Konzept nutzt die wenigen Sonnenstunden, um die Batterie vollständig zu laden. Wir empfehlen aus Kostengründen einen Autonomietag (zum Vergleich: 2-3 Autonomietage in Europa üblich), d. h. die Anlage kann 24 Stunden den üblichen Verbrauch abdecken ohne das eine Aufladung durch Sonnenschein erfolgt.

Wir empfehlen den Speicher auf einen Autonomietag auszulegen. Damit können die Speicherkosten relativ gering gehalten werden. Gleichzeitig wird eine gute Versorgungssicherheit gewährt.

unbenannt

Abbildung 1: Autonomiegrad vs. Anlagenkosten (Kosten ohne Planungskosten)

Aufbau und Transport

Der Aufbau der Anlage in Nkile  wird durch mind. einen unserer Leute begleitet. Die Dorfbewohner werden beim Aufbau miteinbezogen.

Berechnungsgrundlage

Der Strombedarf wurde unter Berücksichtigung der Betriebszeiten der Gerätschaften ermittelt. Es wurde unterschieden in täglichen und nächtlichen Strombedarf. Bei der Leistung der Gerätschaften wurde von handelsüblichen aber energieeffizienten Gerätschaften ausgegangen.

Der Stromertrag wurde auf Basis des Modulwirkungsgrads und der erwarteten Modulausrichtung berechnet. Der Ertrag wurde für einen mittleren Strahlungsertrag eines Tages im Januar (Regenzeit) berechnet.

unbenannt

Abbildung 2: Strahlungsverlauf in Nkile  an einem durchschnittlichen Januartag