Um ernst zu sein, genügt Dummheit, während zur Heiterkeit ein großer Verstand unerläßlich ist. (William Shakespeare, englisch Dramatiker)

Meine kleine Solarstromanlage
von Jakob I. Rott; im Mai 2009

Für meine Bewerbung bei der SICK Summer University möchte ich ein kleines Projekt vorstellen, welches ich seit einiger Zeit auf der Dachterrasse unseres Reihenhauses ausbaue. Es handelt sich hierbei um eine funktionierende Miniaturausgabe einer stromerzeugenden Photovoltaikanlage. Anfänglich bestand es nur aus einem 2,6W amorphen Solarmodul, welches ich vor knapp vier Jahren bei einem großem Elektronikfachmarkt erstand, einem 1,6Ah Bleigel - Akkumulator und einem Solarladeregler.
Wie sich die Anlage im Laufe der Zeit entwickelte, wie sich die gewonnene Energie sinnvoll im eigenen Zimmer gebrauchen lässt und wie die Solarmodule befestigt sind, möchte ich im Nachfolgenden erläutern. Bitte nehmen Sie sich zum Lesen der Ausführungen einige Minuten Zeit und wenden sich bei aufkommenden Fragen bitte per E-Mail an mich. Dafür möchte ich mich im Vorhinein bedanken.
Da mir als Schüler das nötige Budget fehlt, es jedoch mein Wunsch war, den größten Teil dieses Hobbys selbst zu realisieren und das Projekt komplett aus eigener Tasche zu finanzieren, ist es unmöglich mit einer kostspieligen, großflächigen Photovoltaikanlage einzusteigen. Doch bringt der Mangel an finanziellen Mitteln oftmals eine kreative, gegebenenfalls sogar bessere Lösung als ein fertiges Produkt aus dem Fachhandel und wenn nicht, so ist der Weg das Ziel.

Wie ich vor knapp drei Jahren auf die Idee kam, mein erstes Solarmodul zu kaufen, weiß ich heute leider nicht mehr. Jedoch war ich schon immer von Elektrizität fasziniert und wollte nicht nur den Stecker in der Steckdose sehen, sondern das, was dahinter passiert. In der Solartechnik fand ich einen Weg dieses Geheimnis zu lüften und habe seitdem einiges dazu gelernt, auch mithilfe eines befreundeten Elektrikers. Diese, meinen Horizont erweiternden Errungenschaften, wurden mir gerade in meiner vorherigen Jahrgangsstufe in der Schule nützlich, es war mir so schnell und besser möglich mein bisheriges - wie man so schön sagt - gefährliches Halbwissen umzuwandeln in eine gute Grundlage, auf die ich in kommenden Zeiten zugreifen kann.

Im Moment besteht mein Miniaturkraftwerk aus drei Solarmodulen (2,6W, 10W, 7W; Nennspannung ca. 13V), einem Solarladeregler, einigen Metern Kabel und einem 27 Ah Bleigel Akku, welcher die gewonnene Energie bis zum Verbrauch speichert. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei den Modulen – allein aus räumlichen und finanziellen Gründen – nicht um sehr Große handelt und sich dies auch noch mit dem Wasserschaden des dritten Modules paart, hält sich der Ladestrom leider derzeit recht gering. Bei guter Sonneneinstrahlung liegt dieser bei etwa 0,8A.
Doch auch diese Erzeugnisse lassen sich sinnvoll in meinem Zimmer einsetzten. So habe ich mir bei unserem Einzug ein 12 VDC Netz angelegt, da mir bei genauerer Betrachtung auffiel, dass viele meiner verwendeten Geräte genau diese Spannung benötigen. Das ermöglicht es mir einige AC/DC Netzteile – die, erschwerend hinzukommend sogar noch unnötig Wärme abgeben und damit auch Strom im Ruhezustand des Gerätes unnötig verbrauchen – aus meinem Zimmer zu entfernen. Ein kleiner Ausschnitt aus dem Anwendungsgebiet des 12V-Netzes sind externe Festplatten, ein Linksys Router mit eigenen Modifikationen, eine selbstkreierte Bettlampe aus Halogen- und LED-Lichterzeugern, ein Asus eee PC Netbook, ein Laptop, ein winziger Kühlschrank, eine Schreibtischlampe und vieles mehr. Für Geräte, die auf 230 V AC bestehen, steht auch ein 150 Watt Wechselrichter mit Schuko-Steckdose bereit. Im Sommer ist es mit Hilfe dieser Zutaten durchaus möglich, den am Abend benötigten Strom komplett mit dem unter Tags gewonnen zu decken. Zwar ist dies wohl noch kein Ergebnis, welches beeindruckende CO2 Entlastungen vorzeigen kann, doch bin ich mir sicher, dass ich den richtigen Pfad wähle.
Gerade in den letzten Wochen wurde am Morgen immer deutlicher, dass die Dächer der Nachbarhäuser - also wohl auch das unsere - im Vergleich zum derzeitigen Standort der Solarmodule deutlich mehr Sonnenlicht abbekommen. Da wir nur zur Miete wohnen und da ich sicher sein konnte, dass mir das Bohren in unser Dach untersagt werden würde, machte ich mich auf die Suche nach einer schraubfreien Lösung. Ich fand sie recht bald in einem eingestaubten Physikreferat aus der siebten Klasse. Damals sollte ich versuchen ein Perpetuum Mobile zu bauen, wofür ich zwei Versuche durchführte. Für den ersten Versuch zweckentfremdete ich mein damals neues 2,6W Solarmodul um zu zeigen, dass es nicht möglich ist mit Hilfe des Lichts der Glühbirne, welche durch das Modul erregt wird, die gleiche oder gar eine höhere
Leistung herauszukitzeln.

Der zweite Versuch stellte einen interessanten Aufbau einer Rampe, einer Kugel und eines starken Magneten (aus Neodym) dar. Der Magnet lag auf einem Holzquader, an welchem eine Rampe angelehnt Leider hatte auch dieses Perpetuum Mobile in der Praxis keinen Erfolg wurde. Diese hatte zwei Löcher durch welche die Kugel fallen und rollen sollte (vgl. Abbildung rechts). Die Magnete hatten es mir schon damals angetan, weswegen ich mir ein paar davon besorgte. Beim Aufräumen war mein Fundstück diese fast vergessene Sammlung an Magneten.

Mir kam eine Idee: Da unser (Flach-)Dach aus einem magnetischen Metall gefertigt ist und die Haftkraft der Neodym Magnete genügend ausreichend sein sollte, um ein Modul auch bei einem Windstoß zu tragen, wollte ich versuchen mittels ebenfalls magnetischen Winkeln oder einem ähnlichen Gegenstand (möglichst biegsam um den Winkel für optimalen Sonneneinfall zu optimieren) und mehreren Magneten zunächst das Kleinste der Module auf dem Dach zu montieren. Bei meinem nächsten Baumarktbesuch fand ich durch Zufall gleich ein geeignetes, gewinkeltes Bauutensil, welches normalerweise im Betonbau seine Anwendung findet. Mittels drei Schrauben verband ich zwei dieser Betonflachanker und entwickelte somit den ersten Prototypen meiner “Magnet-Solarmodul-Halterung”. Glücklicherweise passten die Bohrungen des entstanden Winkels genau auf jene der Solarmodule; dies erleichterte die Verbindung ungemein.

Am nächsten Tag zog das Erste der Module auf das Dach. Aufgrund einiger Bedenknisse meines Vaters, ob sechs Magnete tatsächlich das Gewicht des größeren Modules auch bei einem Unwetter tragen könnten (eventuelle Folge wäre das Herabsegeln eines Moduls vom Dach mit anschließender Kollision mit einem Lebewesen, woraufhin dauerhafte Schäden entstünden) verzögert sich die Montage von diesem. Nach längeren Diskussionen erklärt er sich nun doch damit einverstanden, sofern ich die Module zusätzlich mit einem Stahlseil absichere. Dieses Unterfangen ist noch in Arbeit: Das drei Millimeter dicke Drahtseil ist bereits an einem Gitter unter dem Dach befestigt, wartet aber noch auf die “Hochzeit” mit einem Modul.
Trotz einiger Regenfälle und mittelstarker Sommergewitter habe ich bisher mit dieser Art von Befestigung nur positive Erfahrungen gemacht.
In den Morgenstunden sind im Vergleich zum früheren Standort (angelehnt an Blumenkästen) große Mehrerfolge zu betrachten.
Alles in allem können sich die bisherigen Fortschritte sehen lassen, doch ist es keinesfalls ein vollends ausgereiftes System. Es gilt beispielsweise den Energietransport von der oberen Etage in mein ein Stockwerk darunter liegendes Zimmer zu erleichtern um gewonnenen Strom gleich in das dortige 12V Netz einzuspeisen.
Ein weiteres Ziel der Konstruktion und ein neues Gerät zum Integrieren in das Niedervoltnetz wäre ein sehr stromsparendes Board, beispielsweise das Efika-Board 5K2 (in Verbindung mit dem picoPSU-120 Netzteil, das mit einer Eingangsspannung von 12 VDC betrieben wird), welches erstaunliche Funktionen zeigt. Bereits in Planung ist die Eingliederung des Single Board Computers SBC65EC, welcher 32 programmierbare I/O Pins und einen Webserver besitzt und somit fähig ist allerhand zu steuern. Jedoch funktioniert meine bisherige Schaltung des SBCs mit dem Treiber IC und den Relais noch nicht so, wie ich mir es vorstelle.

Ich würde mich freuen weitere Erfahrungen bei den Unternehmungen während der Summer University sammeln zu können, die mir (nicht nur bei diesem Projekt) zu einem späteren Zeitpunkt helfen.