Amateurfunk mit grünem Strom
Amateurfunk mit grünem Strom
Zum Geschichtlichen
1983 wechselte das OV-Relais des OV T09 den Standort und zog auf den Hesselberg. Dort wurde es im Laufe der Jahre um eine Bake ergänzt. 1996 wurde die Anlage um ein ATV Relais und einen Interlinkdigipeater ergänzt. Im Jahre 1998 gab es zwischen dem Relaisverantwortlichen und mehreren Mitglieder des OV T09 immer größere Differenzen, da die Anlage im Bereich Fonie /ATV / Bake nicht mehr in den vorgeschriebenen Parametern arbeitete.
Im Frühjahr 1999 brach der Relaisverantwortliche mit dem T09 und verbündete sich mit dem Besitzer der Stromleitung. Durch einen Stromboykott versuchten die beiden ein Mitspracherecht am Standort Hesselberg Osterwiese zu erzwingen ... Der OV-Nördlingen kam dieser Forderung nicht nach..........
....... Und wir hatten keinen Strom.......
Nun wurden bei uns im OV Überlegungen angestellt, wie wir an Strom kommen. Um die Möglichkeiten abwiegen zu können, mussten wir in Erfahrung bringen wie viel Energie wir benötigen.
So wurden die einzelnen Betriebsarten bei RX und TX in der Stromaufnahme vermessen. Es wurde so ein mittlerer Strombedarf von ca. 50-55 Watt für die gesamten Systeme im Schnitt ermittelt. Die Spannung im System sollte 12V sein. So fallen keine Verluste durch Umwandeln der Spannungen an. Nach den Erfahrungen der letzten Jahre würden wir diesen Punkt heute nochmals genau überdenken. Spannungsschwankungen im System zwischen 11Vund 16V je nach Versorgung und Speicherzustand sind doch ein erhebliches Problem. Eine Systemauslegung mit 24V bei guten Wandlern mit teilweise 93% Wirkungsgrad ergeben ein stabileres System. Diese Wandlungsverluste werden dadurch wett gemacht, dass die Spannungsversorgung der einzelnen Geräte einfach gehalten werden können. Bei 12V Systemen müssen alle Geräte bis ca. 10,5V funktionsstabil sein.
Dann wurde die einzelnen Möglichkeiten erörtert wie man an Energie kommt. Es wurden Strom- Aggregate mit Gas oder Diesel überdacht. Auch wurde an neue Techniken wie Brennstoffzellen gedacht. Diese Systeme wurden aber Aufgrund von Kosten und Wartungsaufwand wieder verworfen. Bei den Fotovoltaik-Solarzellen wurde uns die Problematik der geringen zur Verfügung stehenden Fläche (max. 6mx1,5m) schnell bewusst. Mit dieser kleinen Fläche sind nur kappe 700Watt Peak möglich. Bei maximalen 4-5 Sonnenstunden im Winter ist das viel zu wenig um einen Dauerbetrieb mit Speicherung zu erhalten. Als weitere Möglichkeit stand dann die Windkraft im Raum. Aber auch hier war der kleine Aufstellraum die Problematik. Hier stellte sich aber das Problem, dass bei schönem Wetter kaum Wind vorhanden ist. Auch wenn sich die Anlage auf einen Berg befindet. Als Lösung unseres Problems war nur eine Kombination aus Schlecht- und Schönwetter Energiegewinnung sinnvoll. So wurde beschlossen für Schönwetter die Fotovoltaik- Solarzellen und für das Schlechtwetter das Windrad anzuschaffen. Nun war der Grundstock gelegt und die Probleme gingen erst eigentlich los. Solarzellen in passender mechanischer Größe und Wirkungsgrad wurden schnell gefunden.
Ein OM aus dem OV fertigte die Halterung aus Alu an und übergab uns Diese als Spende. Die einzige Problematik war der Stellwinkel.
Die Tatsache, dass die Sonne am Standort Hesselberg im Winter um 12:00Uhr maximal 17,5° über dem Horizont steht, half uns bei der Entscheidung. Es wurde ein Winkel von 65° gewählt. So werden die wenigen Winter Sonnenstunden maximal ausgenutzt. Im Sommer haben wir weniger Leistung, aber doch erheblich mehr Stunden.
Nun musste die erzeugte Energie in die Speicher gebracht werden. Bei der Suche geeigneter Laderegler mussten wir schnell erkennen, dass die meisten europäischen Laderegler PLUS als Ground benutzen und MINUS zur Regelung takten (N-Kanal Fet's haben einen geringen RI -> weniger Verlustleitung). Dies konnten wir bei unserem MINUS auf Ground System nicht brauchen. So wurden viele Laderegler aussortiert. Fündig wurden wir in dem Land, wo Ground auf PLUS liegt. Denn die hatten komischerweise Regler mit Ground auf MINUS. In den USA. So bestellten wir den ersten ProStar 30 der Firma MORNINGSTAR. Dieser kann 30 Ampere Ladestrom und stellt am Lastausgang 20A zur Verfügung. Durch die Unterspannungsabschaltung bei 11,3V am Regler werden die Akkus gegen Tiefentladung geschützt und durch die Überspannungsabschaltung bei 16V wird die Last am Lastausgang geschützt. Später wurden die ersten drei Solar-Paneel durch weitere drei Solar-Paneel inklusive einem weiterem Solarregler ergänzt.
Bei der Festlegung der Parameter für das Windrad wurde uns auch schnell klar, dass wir auf mechanische Feinheiten wie Blattverstellung oder Helikopter Stellung (Wegklappen des Rotorkopfes bei Überwind) verzichten wollen. Wir benötigen etwas kleines wirksames und Stabiles mit eigener Regelung. So ist die Wahl auf den AIR403 gefallen. Dieser hatte eine simple einfache Regelung, die den Ladevorgang durch abruptes lautes Abbremsen (getakteter Kurzschluss des Generators) unterbrach. Dies hatte auch zur Folge, dass eine der drei Phasen nach ca. 4 Jahren bei einem Starekn Wind durchbrannte. Damals wurde der AIR403 durch einen mechanisch baugleichen AIR-X ersetzt. Dieser hat eine Microcontroller Regelung und bremst heute sanft und effizient ab.
Mit seinen drei High-Speed Blättern, die eine Scheibe im Durchmesser von 1,15m bestreichen und bis zu 2000zu/min drehen, erzeugt der 64cm lange und 5,85kg schwere Windgenerator 400 Watt bei 12,5m/s. Bei Böen wurden auch schon Spitzenwerte von über 700 Watt gemessen.
Der Aufstellort am Standort wurde an der Mastspitze (Leider zwischen den Antennen) gewählt. Wie an der Grafik ersichtlich ist, ergibt sich an Hindernissen das Problem der Leeseite. Da unsere Anlage leicht hinter der Bergkante liegt mussten wir sicherstellen das Windrad auch wirklich in den Luftstrom zu stellen.
Beim Transport von solchen Strömen ist eine ausreichende Absicherung der Leitungen notwendig. So ergab es sich von alleine, dass sich die Anzahl der Sicherungen immer mehr erhöhte.
Bei der Absicherung der einzelnen Pfade ist eine Trennung zwischen Eingang und Ausgang notwendig. Wie auf dem Bild dargestellt ist oben links alles für den Zugang und rechts für den Abgang einzeln absichert. Unten links ist die Überwachung verbaut. Später mehr dazu.
Jetzt musste die gewonnene Energie für die Zeit ohne Energiezufuhr noch gespeichert werden. Schnell wurde uns klar, dass dies eine nicht gerade geringe Kapazität bedeutet, wenn wir zum Beispiel 1 Woche ohne Zufuhr überbrücken wollen. Bei der ersten Bestückung wurden 6x 100AH bei 12V Akkus zusammengeschalten. Diese wurden dann um zwei weitere vom gleichen Bautyp ergänzt. Hier hatten wir Glück, da wir die passenden Akkus als Spende von einem OM erhielten. So konnten wir bei 800AH / 5A (Durchschnittsentnahme) ca. 160 Stunden = 6,6 Tage speichern.
Die "passenden" Akkus sind hier das Stickwort. Auto- oder LKW-Batterien sind auf Grund ihres Aufbaues nicht als Solar Batterien geeignet. Hier sind Batterien deren Platten hoch stehen notwendig. Weiterhin müssen die Akkus mit den im Verhältnis geringen Lade und Entlade Ströme zur hohen Kapazitäten zurechtkommen. Dies können im allgemeinen nur Solar-Akkus. Bei normalen Autobatterien kommst es Aufgrund der geringen Ströme zu keiner Elektrolyten Umlagerung, so dass die Bleiplatten doch sehr schnell sulfatieren und hochohmig werden. Der erste Satz Akkus hat fast 8 Jahre gehalten und wurde dann gegen gebrauchte 24Blöcke ja 2x2V Zellen mit insgesamt 1280AH getauscht. Diese konnten wir nach einem TIP von einem OM günstig erwerben. Leider sind diese jetzt nach 3 Jahren auch wieder hochohmig geworden. Dennoch haben die Akkus im Bezug zu den Erstehungskosten voll ihre Erwartungen erfüllt. Der neue Satz Akkus (6x2V bei 960AH) steht bereit und werden diese Tage in der Anlage verbaut.
Wenn jetzt die ganze Anlage in Betrieb ist, will man auch wissen, ob alles in Ordnung ist. Dadurch wurde ein den ersten Zügen eine simple Überwachung der Spannung realisiert. Hier im Bild der Prototyp im Steckbrett, der die Spannung jede Minute als Packet-Radio Broadcast die Spannung in Tal sendete.
Der damalige PIC Prozessor auf der einfachen Leiterkarte (Digivolt I) wurde dann von einem Atmel Prozessor 90S4433 und 4 Mess Verstärker zur Stromermittlung abgelöst. So konnte damals nicht nur Spannung sondern auch die aktuellen Ströme im Packet-Radio gesehen werden.
Im Frühjahr 2006 wurde die etwas schwache 2kb CPU durch einen ATMega128 auf Adapterplatine ersetzt. Seit diesem Zeitpunkte stehen folgende Werte zur Verfügung, die in einer MYSQL Datenbank seit März 2006 gespeichert werden. Diese können über das Internet in verschiedenen grafischen Darstellungen für den Zeitraum der letzten 24 Stunden abgefragt werden.
Solar1 (Die ersten 3 Solar Paneel),Solar2 (Die ersten 3 Solar Paneel),Windrad ,Abgabe
Dazu die Werte Aktuell, Minimum in der letzen Minute, Maximum der letzten Minute und das Mittel aus 60 Sekunden.
So stehen auch die Leistungswerte Watt/Minute, Watt/Stunde, Watt/Tag für die einzelnen Pfade zur Verfügung.
Grafische Darstellung der Ströme:
Grafische Darstellung der Spannung: