Die Elektrifizierungsrate in Tansania liegt bei rund 11%, in ruralen Gebieten haben nur 2% der tansanischen Bevölkerung Zugang zu Elektrizität. Diese Zahlen verdeutlichen die elektrische Unterentwicklung in Tansania. Durch den Einsatz von solaren Inselsystemen für Haushalte und kleine Betriebe, so genannte Solar-Home-Systems (SHS), ist es möglich Haushalte die aufgrund mangelnder Infrastruktur keinen Zugang zum öffentlichen Netz verfügen, mit Strom für Beleuchtung und Kleinelektrogeräte zu versorgen. Diese Technologie hat sich jedoch in Tansania, entgegen der propagierten
Langlebigkeit, als kurzlebig und problemanfällig herausgestellt. Die dadurch entstehenden Mehrkosten dieses teuren Energiesystems stellt für viele ein großes Problem dar, und wird zu einer Kostenfalle für die Ärmsten der Welt.
Zur möglichen Verbesserung wurden vor Ort innerhalb von zwei Monaten insgesamt 16 SHS - verteilt auf drei Regionen - begutachtet und analysiert. Die Erhebung wurde einerseits durch technische Analysen der SHS und andererseits durch Interviews mit den Anlagenbetreibern durchgeführt. Dabei wurden Erkenntnisse über die Störanfälligkeit
und Kurzlebigkeit der Anlagen gewonnen und daraus Optimierungsmaßnahmen zum Betrieb vorgeschlagen.
Die wichtigsten gewonnenen Erkenntnisse:
Nahezu alle untersuchten Systeme sind für den geforderten Stromverbrauch auf der Stromerzeugerseite (Photovoltaik Module) stark unterdimensioniert. Diese Unterversorgung führt bereits nach kurzer Betriebsdauer zur Übernutzung des SHS. Als kritische Komponente dabei wurde der Energiespeicher, ein Blei-Säure Akkumulator, identifiziert. Die täglich entnommene Energiemenge kann der unterdimensionierte Solar-Generator während der Ladezeit (Zeit der Sonneneinstrahlung) nicht zu Verfügung stellen. Die Folge ist ein Zyklenbetrieb bei kritisch niedrigem Ladezustand des Akkus. Diese
Akku-Betriebsführung beschleunigt die physikalisch bedingten Alterungsprozesse und führt zu einem vorzeitigen Ausfall des Energiespeichers. Diese Fehldimensionierung scheint in Tansania weit verbreitet zu sein. Lokale Solarenergie Anbieter mit teils europäischem Hauptsitz vertreiben unterdimensionierte Komplettpakete und die mangelhafte Dimensionierung wird auf diversen technischen Schulungen kommuniziert. Minderwertige Komponenten, mangelhafte Wartung und qualitativ minderwertig durchgeführte Installationsarbeiten begünstigen diesen Umstand und manifestieren sich in verringerten Generatorleistungen, Wackelkontakten, etc.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Vorwort
1.2 Problemstellung
1.3 Aufgabenstellung und Zielsetzung
1.4 Kooperationspartner und Teamwork
2 Grundlagen
2.1 Solare Inselsysteme und Solar-Home-Systems
2.2 Auswirkungen der Geographischen Lage Tansanias auf die solare Stromversorgung
2.2.1 Klima
2.2.2 Geographische Vorteile für SHS
2.2.3 Geographische Nachteile
2.3 Mikrofinanzierung
2.4 Energiespeicher - Bleiakkumulator
2.4.1 Funktionsweise
2.4.2 Typen von Bleiakkumulatoren
2.4.3 Kenngrößen und Eigenschaften
2.4.4 Lebensdauer
2.4.5 Alterungsprozesse
2.4.6 Für Photovoltaikanlagen geeignete Typen von Bleiakkumlatoren
2.5 Solarmodul
2.5.1 Photovoltaik
2.5.2 Kennwerte einer Solarzelle
2.5.3 Standard - Testbedingungen für Solarzellen
2.5.4 Alterungserscheinung von Solarmodulen
2.5.5 Eigenschaften der unterschiedlichen Solarmodule
2.5.6 Anforderungen an PV-Module für SHS in Tansania
2.6 Laderegler
2.6.1 Arten von Laderegler
2.6.2 Funktionen und Schutzmechanismen
2.7 Inverter
2.7.1 Typen von Inverter
2.7.2 Eigenverbrauch und Wirkungsgrad
2.7.3 Sicherheitseinrichtung
2.7.4 Inverter in kleine SHSs
2.8 Verkabelung
2.8.1 Litzen und Kabel
2.8.2 Klemmen
2.9 Erdung
2.10 Leuchtmittel und andere Engeräte
2.11 SHS Dimensionierung
2.11.1 Vorgehensweise
2.11.2 Berechnung des durchschnittlichen täglichen Energiebedarfs
2.11.3 Notwendige Akkukapazität K
2.11.4 Dimensionierung des Solargenerators
2.11.5 Inverter Dimensionierung
2.11.6 Ladereglerdimensionierung
2.11.7 Leitungsquerschnittdimensionierung
3 Untersuchung von SHS
3.1 Vorbereitung
3.2 Verwendete Messgeräte und Messgrößen
3.3 Gemessene Kenngrößen und Messaufbau
3.4 Durchführung
3.4.1 Typischer Untersuchungsablauf
3.4.2 Aufgetretene Probleme während der Messungen
4 Untersuchungsergebnisse
4.1 Allgemein
4.2 Komponenten
4.2.1 PV-Modul
4.2.2 Laderegler
4.2.3 Batteriezustand
4.2.4 Kabel
4.2.5 Verbraucher
4.2.6 Werkzeugausstattung/Know How der Techniker und damit verbundene Installationsqualität
4.2.7 Qualität von Batteriesäure
4.2.8 Diebstahl
4.2.9 Modifizieren des Systems
5 Auswertung der Ergebnisse
5.1 Ladezustand der Batterien
5.2 SHS Dimensionierung
5.2.1 Dimensionierungsergebnisse
5.2.2 Auslegungsfehler
5.3 Auswirkung minderwertiger Installationsqualität
5.4 Risiko von Großverbrauchern und Invertern
5.5 Probleme durch fehlende Erdung
6 Erkenntnisse und Empfehlungen
6.1 Produktentwicklung und Produktvertrieb
6.2 Installation und Service
6.3 Userverhalten und Trainingsmaßnahmen
7 Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Anforderungen an mikrofinanzierte Solar-Home-Systeme (SHS) in Tansania, um durch die Identifikation von Qualitätsmängeln und Anwenderproblemen die Auslegung sowie die Installationsqualität der Anlagen zu verbessern und somit deren Lebensdauer zu erhöhen.
- Technische Untersuchung und Evaluierung bestehender SHS vor Ort
- Analyse des Nutzerverhaltens und der Technikerkenntnisse
- Identifikation von Dimensionierungs- und Installationsfehlern
- Optimierung von Speichersystemen und Komponenten
- Entwicklung von Empfehlungen für den langfristig störungsfreien Betrieb
Auszug aus dem Buch
1.2 Problemstellung
Eine Kernkomponente und zugleich das, über den Lebenszyklus gesehen, teuerste Bauteil eines SHS ist die Batterie. Bei den in Tansania zur Anwendung kommende Energiespeicher handelt es sich um Blei-Säure Akkumulatoren, die für den Solareinsatz optimiert wurden. Dieser Batterietyp hat sich aufgrund des einfachen Aufbaus und des guten Preisleistungsverhältnisses in diesem Anwendungsgebiet etabliert, reagiert jedoch sehr sensibel auf die Stromentnahme. Aufgrund dieser Sensibilität schwankt die Lebensdauer je nach Handhabung zwischen 0,5 und 5 Jahren. Dieser Umstand zeigt, dass allein der richtige Umgang der Anlagenbetreiber mit Solarstrom die Lebensdauer des Solar-Home-Systems beträchtlich erhöhen kann. Grundkenntnisse über die Funktionsweise und der Wartung sind für den reibungsfreien Betrieb somit unumgänglich. Diese sollen durch eine Einweisung der Anlagenbetreiber gesichert werden. Voraussetzung dafür ist jedoch eine exakt nachvollziehbar aber einfach zu lesende Gebrauchsanweisung und eine standardisierte technische Einweisung durch den Aufsteller der Anlage, die in weiterer Folge einen qualitativen Betrieb der Anlage gewährleisten. Dies kann nur vor Ort verlässlich festgestellt werden. Die tatsächlichen Probleme, die bei Einweisung und Gebrauch eines SHS im tansanischen Alltag sichtbar werden, können so durch nutzergerechte Produktanpassung berücksichtigt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt das Vorwort, die Problemstellung sowie die Zielsetzung und die Kooperationspartner der Arbeit.
2 Grundlagen: Vermittelt technisches Basiswissen zu Solarsystemen, Komponenten, Dimensionierung und den geographischen Einflussfaktoren in Tansania.
3 Untersuchung von SHS: Erläutert die Vorbereitung, die Messinstrumente und den typischen Untersuchungsablauf vor Ort in den jeweiligen Regionen.
4 Untersuchungsergebnisse: Präsentiert die Ergebnisse der technischen Analysen und Sichtprüfungen, unterteilt in die verschiedenen Systemkomponenten.
5 Auswertung der Ergebnisse: Analysiert und bewertet die Messergebnisse, insbesondere hinsichtlich Ladezustand und Dimensionierungsfehlern.
6 Erkenntnisse und Empfehlungen: Formuliert praxisnahe Handlungsempfehlungen für die Zielgruppen Produktentwicklung, Installation und Nutzer.
7 Fazit und Ausblick: Fasst die zentralen Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf künftige Entwicklungen im Solarmarkt.
Schlüsselwörter
Solar Home Systems, Tansania, Bleiakkumulatoren, Photovoltaik, Dimensionierung, Mikrofinanzierung, Systemqualität, Batterielebensdauer, Laderegler, Inverter, Installationsqualität, Wartung, Solarenergie, Feldanalyse, Inselsysteme
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit?
Die Arbeit analysiert die technische Leistung und Zuverlässigkeit von Solar-Home-Systemen (SHS) in ländlichen Regionen Tansanias, um häufige Defekte und vorzeitige Ausfälle zu verstehen und Gegenmaßnahmen zu definieren.
Welche zentralen Themenfelder behandelt die Studie?
Die zentralen Felder sind die Lebensdauer von Energiespeichern (Bleiakkumulatoren), die korrekte systemtechnische Dimensionierung von Photovoltaikanlagen und der Einfluss von Installationsqualität und Nutzerverhalten auf die Systemperformance.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist es, durch die Untersuchung bestehender Anlagen Schwachstellen zu identifizieren und Optimierungsansätze zu entwickeln, damit die Solartechnik unter den Bedingungen in Tansania zuverlässiger arbeitet.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es handelt sich um eine empirische Arbeit, die auf technischen Messungen an 16 realen SHS-Anlagen in drei tansanischen Regionen sowie begleitenden Interviews mit den jeweiligen Nutzern basiert.
Welche Themen werden im Hauptteil ausführlich diskutiert?
Der Hauptteil befasst sich detailliert mit den Komponenten der SHS – wie Solarmodule, Akkumulatoren, Laderegler und Wechselrichter – sowie deren Auslegung und den Problemen, die durch minderwertige Installationen und unzureichende Nutzerinformationen entstehen.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit zusammenfassen?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Solar Home Systems, Tansania, Batterielebensdauer, Dimensionierung, Mikrofinanzierung und Systemqualität charakterisiert.
Warum spielt die Mikrofinanzierung für den Erfolg der SHS eine Rolle?
Da die Investitionskosten für die Zielgruppe hoch sind, ermöglichen Mikrokredite den Zugang zu Solarsystemen; die Finanzinstitute haben daher ein vitales Interesse daran, dass die Systeme langfristig funktionieren, um die Tilgung der Kredite zu sichern.
Warum sind viele der untersuchten Anlagen vorzeitig defekt?
Oftmals sind die Solargeneratoren stark unterdimensioniert, was zu einem chronischen Tiefentladungszustand der Batterien führt. Dies wird durch mangelhafte Installationsqualität, korrodierte Verbindungen und fehlende Wartung weiter verschärft.
- Citar trabajo
- Tobias Rothenwänder (Autor), 2009, Analyse, Evaluierung und Optimierung von mikrofinanzierten Solar Home Systemen in Regionen mit schwach entwickelter oder nicht vorhandener Energieversorgung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/174195
