Autonome Energieversorgung
eines Gartenhäuschens
Bei dieser Projektarbeit handelt es sich um die autonome Energieversorgung eines Gartenhäuschens. Der Garten meiner Grosseltern ist elektrisch nicht erschlossen. Dadurch ist es im Gartenhäschen eher dunkel. Um nicht immer mit Taschenlampen und Akkuscheinwerfern arbeiten zu müssen wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit LED-Streifen und LED-Scheinwerfer verbaut. Ausserdem wurde das Gartenhäuschen mit einem kleinen Radio und einer 230V Steckdose zum Aufladen von Akkus ergänzt. Die Energie für sämtliche Verbraucher wird mittels Photovoltaik und bei aktuell höherem Energiebedarf, ergänzt durch ein Wasserrad, autonom erzeugt.
Als erstes habe ich den Schaltschrank montiert, dafür musste ich zunächst ein kleines Fundament betonieren, damit dieser auch geradesteht. Im Anschluss habe ich darin die Batterie und den PWM Regler provisorisch verbaut. Des Weiteren habe ich für das Solarpanel eine Halterung aus Holz gebaut, das Solarpanel darauf montiert und auf dem Dach verkabelt.
Als nächstes habe ich das Steuergerät und die LED-Streifen der Innenbeleuchtung, mit eigens dafür vorgesehenen Haltern, montiert.
Für die Verkabelung des Solarpanels und des Steuergerätes für die LED-Streifen, musste ich neue Stecker löten, da die beiliegenden Kabel zu kurz waren.
Anschliessend kam der Radio mit den Lautsprechern die Aussenbeleuchtung und der 230V AC Wandler. Für die Halterungen der Scheinwerfer habe ein Loch in das Wellblech gebohrt und verschraubt. Für die Kabel habe ich ebenfalls Löcher gebohrt und diese anschliessend mit Kitt wieder verschlossen. Die Lautsprecher des Radios sind jeweils gehängt, damit sie im Schaltschrank versorgt werden können.
Der AC Wandler wurde direkt an der Batterie angeschlossen.
Betreffend das Wasserrad habe ich die Gemeinde Giebenach informiert und um Weiterleitung der Information an den Pächter des Bachabschnitts gebeten. Es hat sich herausgestellt, dass der Kanton BL der Pächter ist und ich erhielt ein Merkblatt zur Desinfektion des Wasserrades nach jeder Verwendung. Das Merkblatt ist bei den Anhängen einsehbar
Die Entwicklung und der Bau des Wasserrads waren der Zeitaufwendigste Teil des Projekts. Den Dynamo habe ich gekauft, die Frage war dann wie bekomme ich die Kraft des Wassers auf die Achse des Dynamos. Da der Bach neben dem Gartenhäuschen nicht besonders viel Wasser führt und ich keine Verbauung machen kann musste das Wasserrad mit dem vorbeifliessenden Wasser betrieben werden. Meine Idee war ein transportables Gestell mit drei Querstreben. Zwei fix montierte unten und eine oben mit Kugellagern und dem Dynamo. An der Querstrebe oben montierte ich zwei Naben mit Speichen an deren Ende dann die Schaufeln befestigt wurden.
Die Kraftübertragung habe ich mit einer Nut in der oberen Querstrebe gelöst, in die ich dann ein Blech eingesetzt habe, das die Kraft der Naben auf die Querstrebe überträgt.
Das nächste Problem, das aufgetreten ist, war dass der untere Abstand des Gestells zu klein war. Die Naben liefen nicht rund und so standen die Schaufeln am Rahmen an.
Das Problem habe ich gelöst in dem ich den unteren Abstand des Rahmens vergrössert habe, dazu habe ich die Gewindestange und eine Distanzhülse ersetzt und 20 cm verlängert.
Anschliessend drehte sich das Wasserrad und ich konnte den ersten Versuch im Bach wagen. Dabei musste ich feststellen, dass das Bachbett einiges steiniger ist als gedacht. Ich habe mit Kies gerechnet, das Bachbett hat jedoch vorwiegend grosse Steine. Nach dem ich einige Steine zur Seite geräumt habe kamen die Schaufeln endlich ins Wasser. Bei einer Messung lieferte das Wasserrad zwischen 0.5 V und 1,3 V.
Dass war mir jedoch viel Zuwenig. Deshalb habe ich die Füsse des Gestells noch um die Hälfte eingekürzt. Ebenfalls bedingt durch die Annahme, dass der Grund eher kiesig ist, habe ich die Beine bis zu den unteren Querstreben ca. 15 cm gelassen, damit das Wasserrad hält und die Schaufeln nicht beschädigt werden. Nach dem Kürzen der Beine um etwa die Hälfte drehte sich das Wasserrad schon wesentlich schneller und lieferte bei einer erneuten Messung konstant knapp 2,0 V was schon eher meinen Vorstellungen entsprach.
Den so erzeugten Strom wird über ein an einem Seil aufgehängten Kabel über eine weitern PWM Regler zur Batterie geleitet.
Damit alles bedienbar ist habe ich eine Abdeckung erstellt in die der Radio, der Schalter für das Aussenlicht sowie das Bedienelement des Solar-PWM Regler verbaut wurden. Der AC Wandler bleibt im Schaltschrank und ist auch nur dort nutzbar.
Während der Arbeiten habe ich auch den Belastungstest gemacht. An dem Tag liefen Licht und Radio 6 Stunden. Nebenbei habe ich noch drei Mal einen 9V Akku mit 2Ah über den AC Wandler geladen. Die Kapazität der Batterie hat für alles gereicht. Der Ladestand hat sichtlich abgenommen, aber eine solche Belastung wird eher die Ausnahme sein und das Wasserrad war zu dem Zeitpunkt auch noch nicht in Betrieb.
Alles in allem war es ein interessantes und lehrreiches Projekt. Bis auf kleinere Probleme ist alles problemlos gelaufen. Für ein anderes Mal würde ich zu Beginn mehr Zeit in das Wasserrad investieren, da mir bei dem am ende die Zeit etwas davongelaufen ist.
