6.5.

Monatshock Mai

Es wurde über den Schleppwettbewerb und diverse Modellflug Veranstaltungen berichtet die demnächst stattfinden, und es konnte erfreulicherweise wiederum ein neues Mitglied aufgenommen werden.

Des weiteren wurde von der Arbeitsgruppe "Solaranlage" über das Projekt "Solaranlage" berichtet. Durch die neue Gesetzeslage und der darauf hin neu evaluierten optimierten und erweiterungsfähigen Anlage wird es nun, durch die nun leider doch benötigen Baubewilligungen, zu einer Kostenüberschreitung von ca. CHF 600,-- kommen. Die anwesenden Mitglieder konnten sich in einer lebhaften Diskussion nicht auf einen Entschluss zur Bewilligung einer Kostenüberschreitung einigen. Aufgrund der Statuten wird es nun zu einer ausserordentlichen Generalversammlung am Monatshock im Juni kommen an dem über einen Nachtragskredit in Höhe von CHF 1000,-- zu entscheiden ist.

Es werden hierzu separate Einladungen durch den Vorstand verschickt. Interessierte Mitglieder sind nun aufgefordert der Einladung Folge zu leisten, um dem Projekt zum Erfolg zu verhelfen.

Um alle Mitglieder auf einen gemeinsamen Informationsstand zu bringen und die ausserordentliche GV zügig abschliessen zu können, nachstehend eine Erläuterung über das optimierte Projekt und die Hintergründe die nun zur Budgetüberschreitung führen

Bewilligtes Projekt

Neu evaluiertes Projekt

Bewilligungsfreie Montage eines 1m² Solarpanels mit einer Ladeleistung von ca. 15A pro Tag

Montage über der Türe, bzw. Süd-Ost-Seite des Hüttlis durch die Gemeinde vorgeschrieben, weil durch Reflektionen des Panels Fahrzeuge auf der Autobahn geblendet bzw. behindert werden könnten.

Das zu dem Zeitpunkt des Antrages an die GV einzig verfügbare Solarpanel mit einer Fläche von max. 1m² das bewilligungsfrei montiert werden konnte, und durch den vorgeschrieben Standort ergab sich eine positionsbedingte relativ schlechte Wirkungsbilanz, die beim Projektantrag jedoch bereits berücksichtigt wurde. In der Arbeitsgruppe "Solaranlage" wurde in einer Überarbeitung und neu Berechnung des bewilligten Projektes daraufhin entschieden, das dies nur durch den Einsatz von 5-6 Batterien mit total 325 - 390 Ah ausreichend kompensiert werden konnte, um die schlechte Wirkungsbilanz, vor allem im Winter, durch den vorgeschriebenen Montageort zu kompensieren und die benötigte Energie für die Beleuchtung für einen ausreichend langen Zeitraum von ca. 3-4 Wochen sichergestellt werden kann.

Die Beschaffung der zusätzlich benötigten Batterien lag innerhalb des beantragten Budgets

Eine Erweiterung dieser Anlage ist nicht möglich.

Am 18. März wurde vom Kantonsrat im Amtsblatt das revidierte Baugesetz publiziert, das die bewilligungsfreie Montage von Solaranlagen mit reflektionsfreier Oberfläche erlaubt, sofern Sie der Dachneigung folgen und nicht auf geschützten Bauten oder Objekten erfolgt.

Auf Grund dieser überraschenden Wendung wurde von der Arbeitsgruppe "Solaranlage" der Entschluss gefasst, ein neues Projekt zu evaluieren, das in Wirkung und Effizient wesentlich besser und vor allem Ausbaufähig ist.

Es wurde eine Anlage mit 2 Hochleistungs-Solarpanels und einer Fläche von 3m² evaluiert die einen Batteriepool von 3 Batterien mit 3 Spezialbatterien von total 330 Ah über einen Hochleistungsregler speisen sollte.

Mit diesen Panels, die in Serie geschaltet eine Spannung von 54 V unter Last generieren, kann auch unter schlechten Witterungsbedingungen (Nebel, Sonnentiefstand im Winter) eine mehr als doppelt so hohe Spannung als mit dem 1m² Panel generiert werden und sichert so die notwendige Ladespannung von > 15V auch unter widrigen Witterungsumständen. Zusätzlich fällt durch die nun mögliche Dachmontage die Verschattung des 1m² Panels durch das Hüttendach weg.

Um die Batterien zu schonen und die zu erwartenden Ladezyklen/Lebensdauer von ca. 1500 Zyklen (Volle Entladung/Ladung (Keine Tiefentladung !!) sicherzustellen wurde auf mind. 3 Batterien Wert gelegt.
Beispiel: Entnahme von 100 Ah bei 2 Batterien à 100 Ah bedeutet eine Entladung von 50%, bei 3 Batterien à 100 Ah nur 33% = Erhöhung der Lebensdauer durch Reduzierung der nötigen Ladezyklen)

Der neu gewählte Hochleistungsregler arbeitet wesentlich effizienter und mit weniger Verlusten, als die ursprünglich gewählte einfachere Variante, die aus Kostengründen gewählt werden musste. Zudem ist er in der Lage auch die volle Leistung eines maximalen Ausbaus auf 12m2 sicher zu verarbeiten

In Zusammenarbeit mit einer auf Solaranlagen spezialisierten Firma wurde das Konzept überprüft und von den dortigen Techniker als gut und effizient befunden. Die gewählte Anlage incl. Zubehör ist zwar teurer als Projekt 1, jedoch konnte durch Verhandlung und das Entgegenkommen der Firma das Angebot unterhalb des von der GV beschlossenen Budgets platziert werden.

Bevor wir die Anlage bestellten, sprachen wir nochmals auf der Gemeinde vor um sicherzustellen, dass die Bewilligungsfreiheit auch tatsächlich stimmt.

Leider wurden wir dabei von der Gemeinde auf einen kleinen, aber sehr wichtigen Umstand aufmerksam gemacht:
Die Bewilligungsfreiheit bezieht sich nur auf Gebäude innerhalb der Bauzone. Ausserhalb der Bauzone unterliegen Solaranlagen nach wie vor der Bewilligungspflicht. Das Hüttli liegt in der Landwirtschaftszone, und für Bewilligunen in diesem Bereich gilt nicht das Kantonale Gesetz, sondern diese unterliegen dem Bundesgesetz. Nach Auskunft des Mellorationsamtes in Sarnen sind Solaranlagen bis 12m² aber zu bewilligen, sofern es sich nicht um besonders geschützte Objekte oder Bauten unter Denkmalschutz handelt. Auf eine mögliche Vorprüfung verzichteten wir, weil diese nicht kostenfrei ist, und zusätzliche Kosten in Höhe von CHF 250,-- CHF verursacht ohne später mit der Baubewilligung verrechnet werden zu können.

Die nun nötigen Baubewilligungen verursachen Kosten auf Gemeinde- und kantonaler Ebene von ca. 600,-- CHF plus zusätzlichen Kosten für Grundbuchauszug und GIS-Auszug von ca. CHF 100,--.

Die zu beantragende Baubewilligung wird auf jeden Fall auf die maximale mögliche Fläche von 12m² ausgelegt sein, auch wenn in einer ersten Ausbaustufe nur 3 m² installiert werden. Sollte eine Erweiterung der Anlage an der nächsten oder übernächsten ordentlichen Generalversammlung abgelehnt werden, dann verfällt die Baubewilligung mit dem bis zum Verfall installierten Umfang. Sollte jedoch einer Erweiterung zugestimmt werden, muss keine neue Baubewilligung, mit daraus folgenden Zusatzkosten im jeweils gleichen Umfang, beantragt werden.

An der ausserordentlichen Generalversammlung wird daher ein Nachtragskredit von CHF 1000,-- beantragt.

Durch die Verzögerungen einer nötigen Abstimmung an der ausserordentlichen GV mit den anschliessenden Bearbeitungsfristen auf der Gemeinde und im Kanton, die auch noch in die Ferienzeit fällt, sowie der nötigen Ausschreibung im Amtsblatt mit den entsprechenden Referendumsfristen rechnen wir nun mit einem möglichen Baubeginn nicht vor Oktober.

Die geplante Anlage sieht montiert schematisch folgendermassen aus

Berechnungsgrundlagen

Die Dachneigung unseres Hüttlis von ca. 45^o ist ein akzeptabler Kompromiss zu den optimalen Neigungen von 30^o Sommer bzw. 72^o Winter.

Die nachfolgenden Informationen und Berechnungsbeispiele entstammen dem Projekt "Solarförderung Schweiz" die durch den Bund gefördert wird. Diese Daten dienten als Grundlage für unsere Berechnungen und Dimensionierung der Anlage.
Im Nachstehend genannten Projekt wird von einem etwa 30% höheren Verbrauch (Es wurden ja zwischenzeitlich ja schon neue Bedürfnisse geweckt :-)) ausgegangen, als die ursprünglichen Anforderungen.

Energie die ein 100 Watt Panel pro Woche erzeugt in Wattstunden (Wh)

Zürich Breite.47.2°N, Länge 8.3°O 413 müM (Wh/Woche)
	Jan	Feb	Mrz	Apr	Mai	Jun	Jul	Aug	Sep	Okt	Nov	Dez
0°	308	578	1040	1463	1848	2002	2118	1771	1271	732	347	231
Süd 30°	424	770	1232	1579	1848	1925	2079	1887	1502	886	462	347
Süd 45°	462	770	1271	1540	1733	1771	1925	1810	1502	924	462	385
Süd 60°	462	770	1232	1425	1540	1540	1694	1617	1425	924	501	385
Südwest/Südost 30°	385	693	1155	1540	1810	1925	2079	1848	1425	847	424	308
Südwest/Südost 45°	385	693	1155	1463	1694	1771	1925	1733	1386	847	424	347
Südwest/Südost 60°	385	693	1078	1348	1540	1579	1733	1579	1309	809	424	308
West/Ost 30°	308	539	963	1386	1694	1848	1964	1656	1194	693	347	231
West/Ost 45°	308	539	924	1271	1579	1694	1810	1540	1117	655	308	231
West/Ost 60°	270	462	847	1155	1425	1540	1656	1425	1040	578	270	193

Berechnung des monatlichen Stromverbrauchs

1.1 Multiplizieren Sie Spannung mal Strom jedes Verbrauchers
Beleuchtung 1 Lampe: 0.9 A x 12V = 11W

1.2 Multiplizieren Sie die Leistung jedes Verbrauchers mit der Zeit in Stunden die der Verbraucher täglich eingeschaltet sein wird
Täglicher Bedarf ist 4 Stunden: 11W * 4 = 44Wh

1.3 Addieren Sie alle Wattstunden aller Verbraucher
3 Lampen = 132 Wh

1.4 Multiplizieren Sie die Wh aller Verbraucher mit der Anzahl Tage pro Woche wo die Anlage gebraucht wird.
5 Tage * 132 Wh = 660 W/h/ Woche * 4 Wochen = 2640 Wh/Monat

Berechnen der zu produzierende Energie

Zwischen den Verbrauchern und den Stromerzeugern ist eine Batterie die Verluste verursacht. Eine neue Batterie hat einen Wirkungsgrad von ca. 85%, eine ältere z.B. 70%. Teilen Sie die oben berechnete Arbeit in Wh durch den Wirkungsgrad der Batterie.

Produzierte Energie: 2640 Wh * 0.85 = 2244 Wh / Monat

Berechnen der Grösse von Solarpanel

Die Grösse des Solarpanels hängt von Ort, Jahreszeit, Neigewinkel und Himmelsausrichtung des Moduls ab.
Definieren Sie sich in welchen Monaten die Anlage in Betrieb ist. Entnehmen Sie aus der oberen Tabelle den Wert mit der tiefsten Zahl.
(z.B. Ort Zürich, 45°, Ausrichtung Süd-Ost, der Dezember hat die tiefste Zahl in diesem Fall: 347 Wh)

Beispielrechnung:
Unsere Panels mit total 412 W Leistung würde in einer Woche
347 * 4.12 = 1429.64 Wh * 4 Wochen = 5718.56 W/h pro Monat produzieren

Es ist nötig die Anlage grösser zu dimensionieren, damit Sie auch funktioniert wenn ein Monat nicht dem metereologischem Mittelwert entspricht. Ein Faktor von 1.1 bis 1.4 je nachdem wie sicher Ihre Anlage funktionieren muss ist empfehlenswert.

2251 Wh * 1.4 = 3165 Wh

Wir erwirtschaften entsprechend der oben genannten Berechnung einen theoretischen Überschuss von ca. 2500 Wh.
Wenn wir jedoch noch Verschmutzung, Verschattung durch die Berge und langanhaltenden Nebel mit einer Verlustleistung von zusätzlich 30% einberechnen, so ist der produzierte Überschuss noch 1750 Wh. Dies bedeutet, dass mit der geplanten Anlage die geforderte Sicherstellung der Beleuchtung garantiert werden kann, auch wenn noch 3 zusätzliche Verbraucher installiert werden.

Berechnen der Grösse des Akkumulators

Standardmässig wird der Akkumulator so dimensioniert dass die Anlage 5 Tage weiterläuft, auch wenn es keine Sonne hat.
Nach diesen 5 Tagen sollte der Akku nicht mehr als ca. 30% entladen sein, d.h. 70% der Kapazität sollte noch vorhanden sein.

Nehmen Sie die Wh aus Punkt 1.3: Wh x 5 Tage / 3 x 10 / 12V

Unser Projekt: 132 Wh x 5 Tage / 3 x 10 /12 Volt = 183 Ah SOLL-Kapazität
Wir haben in unserem Projekt einen Ausfall von 10 Tagen kalkuliert, daher haben wir 3 Batterien mit ca. 330 Ah IST-Kapaziät geplant

Bestimmen der Kabelquerschnitte

Der minimale Kabelquerschnitt wird durch die Erwärmung des Kabels bei einem Kurzschluss und durch die maximal tolerierbaren Verluste bestimmt. Als Richtwert gilt, belasten Sie die Kabel nicht mit mehr als 4A pro 1 mm². Bei kleinen Leitungslängen in Wohnwagen, Booten, Ferienhäusern etc. reichen normalerweise 2.5 mm²

Die Berechnung der Kabelverluste:
Leitungslänge (m) / Querschnitt (mm2) x 0.0178 (Ohm/m/mm2) x Strom (A) x Strom(A) = Verluste in Watt

In unserem neuen Projekt:
Kabel 20m hin und zurück 4mm² Strom 10A: 20/4x0.0178x100 = 2.8 Watt Verlustleistung

Vergleichsberechnungen Solaranlage

Als Vergleichswert für die Produktion wurde ebenfalls wieder Zürich genommen mit dem schlechtesten Wert des Jahres.
Für das Hüttli wurde noch zusätzlich (geschätzte) 30% Produktionskapazität abgezogen durch eine erwartete Verschattung die durch die umliegenden Berge verursacht werden weil die Sonne im Tal erst später aufgeht als in Zürich.

Stromproduktion Winter


Vergleichsberechnung Solarpanel
Lampen Anzahl	Leistung Watt	Spannung Volt	Tägl. Betrieb/h	Ampere Stunde	Total Wh	Total Wh/Tag
4	11	12	4	0.92	44	176

Anzahl Tage	Strombedarf Tag Ah	Bedarf W/h Monat	Bedarf Ah Monat	Zu Produzier- ende Energie Batteriekorr.	Korrektur Faktor1.4 Zu Prod. Energie
20	14.7	3520	294.0	4141	5798

Produktion Watt/ 1 m2 / 100 W pro Woche in Zürich / S0 45^o			Batterieverlust Neue Batt.	Batterieverlust Alte Batt.
347			0.85	0.75

	Frei: 120 W	Mit Bewilligung:	206.0 W pro Panel
	1.0 m²	1 Panel	2 Panel	4 Panel	6 Panel	8 Panel
Nom. Leistung W	120.0	206.0	412.0	824.0	1236.0	1648.0
Nennspannung V	16.9	27.1	54.2	54.2	54.2	54.2
Nennstrom A	7.1	7.6	7.6	15.2	22.8	30.4
Prod. Lstg. Woche W/h	416.4	714.8	1429.6	2859.3	4288.9	5718.6
Prod. Lstg. Monat W/h	1665.6	2859.3	5718.6	11437.1	17155.7	22874.2
Prod. Strom Monat Ah	138.80	238.27	476.55	953.09	1429.64	1906.19
Verschattung 30 % Berge	97.16	166.79	333.58	667.17	1000.75	1334.33

Inst. Batt-Kapazität Ah	660.00	330.00	330.00	330.00	330.00	330.00
Batt. Neu Korr.-Faktor 0.85
Nötige Batt. Kapazität Ah plus Tage Reserve
0	483.1	316.3	149.6	-184.0	-517.6	-851.2
5	585.8	419.0	252.2	-81.4	-414.9	-748.5
10	688.5	521.7	354.9	21.3	-312.3	-645.9
Batt. Alt Korr. Faktor 0.75
Nötige Batt. Kapazität Ah plus Tage Reserve
0	531.5	364.7	197.9	-135.7	-469.3	-802.9
5	634.1	467.3	300.5	-33.0	-366.6	-700.2
10	736.8	570.0	403.2	69.6	-264.0	-597.5

Legende für den Bereich "Nötige Batteriekapazität"
- Die Werte bezeichnen die aus den Batterien bezogene Kapazität am Ende eines Monats.
- 0 Tage Reserve bedeutet: Die installierte Batteriekapazität reicht einen Monat aus, weil neben dem Verbrauch
gleichzeitig wieder neu produzierter Strom eingespeist wird.
- Blaue Felder: Der Verbrauch hat die installierte Batteriekapaziät nicht erreicht
- Rote Felder: Der Verbrauch hat die installierte Batteriekapazität überschritten
- Minus-Werte: Es wurde mehr Strom produziert als gespeichert werden kann

Der Korrekturfaktor für eine alternde Batterie wird nach ca. 5 Jahren erwartet

Stromproduktion Sommer


Vergleichsberechnung Solarpanel
Lampen Anzahl	Leistung Watt	Spannung Volt	Tägl. Betrieb/h	Ampere Stunde	Total Wh	Total Wh/Tag
4	11	12	4	0.92	44	176

Anzahl Tage	Strombedarf Tag Ah	Bedarf W/h Monat	Bedarf Ah Monat	Zu Produzier- ende Energie Batteriekorr.	Korrektur Faktor1.4 Zu Prod. Energie
20	14.7	3520	294.0	4141	5798

Produktion Watt/ 1 m2 / 100 W pro Woche in Zürich / S0 45^o			Batterieverlust Neue Batt.	Batterieverlust Alte Batt.
1771			0.85	0.75

	Frei: 120 W	Mit Bewilligung:	206.0 W pro Panel
	1.0 m²	1 Panel	2 Panel	4 Panel	6 Panel	8 Panel
Nom. Leistung W	120.0	206.0	412.0	824.0	1236.0	1648.0
Nennspannung V	16.9	27.1	54.2	54.2	54.2	54.2
Nennstrom A	7.1	7.6	7.6	15.2	22.8	30.4
Prod. Lstg. Woche W/h	2125.2	3648.3	7296.5	14593.0	21889.6	29186.1
Prod. Lstg. Monat W/h	8500.8	14593.0	29186.1	58372.2	87558.2	116744.3
Prod. Strom Monat Ah	708.40	1216.09	2432.17	4864.35	7296.52	9728.69
Verschattung 30 % Berge	495.88	851.26	1702.52	3405.04	5107.56	6810.09

Inst. Batt-Kapazität Ah	660.00	330.00	330.00	330.00	330.00	330.00
Batt. Neu Korr.-Faktor 0.85
Nötige Batt. Kapazität Ah plus Tage Reserve
0	483.1	-368.1	-1219.4	-2921.9	-4624.4	-6326.9
5	585.8	-265.5	-1116.7	-2819.2	-4521.8	-6224.3
10	688.5	-162.8	-1014.1	-2716.6	-4419.1	-6121.6
Batt. Alt Korr. Faktor 0.75
Nötige Batt. Kapazität Ah plus Tage Reserve
0	531.5	-319.8	-1171.1	-2873.6	-4576.1	-6278.6
5	634.1	-217.1	-1068.4	-2770.9	-4473.4	-6176.0
10	736.8	-114.5	-965.7	-2668.3	-4370.8	-6073.3

Sie sehen im oben genannten Beispiel ab 4 Panel eine enorme "Überproduktion".

Diese Überproduktion könnte z.B. genutzt werden, um eine neue, speziell für Solaranlagen optimierte, Kühltruhe zu betreiben. Ein Betrieb dieser Kühltruhe ist aber nur sinnvoll möglich, wenn mind. 4 Panel installiert sind. Die Kühltruhe benötigt im Dauerbetrieb ca. 1800 Ah pro Monat.

In den Wintermonaten Dez./Jan. müsste, auch bei voller Installation aller 8 Panels, sofern die Witterungsbedingungen gleich schlecht sind wie in Zürich erwartet, die Kühltruhe Zeit-/Tageweise abgeschaltet werden oder über eine Zeitschaltuhr betrieben werden, um den Strombedarf zu reduzieren.

Die jetzt installierte Kühltruhe, die jedoch derzeit mit Gas betrieben wird, benötigt ca. 5760 Ah pro Monat und kann mit einer auf 12m² voll ausgebauten Solaranlage auch im Sommer, unter den allerbesten Bedingungen, nicht dauerhaft betrieben werden !!

Für weitere Informationen steht die Arbeitsgruppe "Solaranlage" gerne zur Verfügung.