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Energie für Afrika
Solarstrom für die Ramah Schule
in Rushango, Uganda
12 Danksagung 2
12 Danksagung 3
Impressum
Brücke zum Leben e.V.Internationales HilfswerkHeidestraße 28
D-71665 Vaihingen/EnzTelefon: 07042 / 77324E-Mail: info (at) brueckezumleben.deInternet: www.brueckezumleben.de
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Brücke zum Leben e.V.VR-Bank Uffenheim-Neustadt e.G.Kto. 324477BLZ 76069559BIC: GENODEF 1NEAIBAN: DE05760695590000324477
12 Danksagung 4
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis........................................................................................................................ 4
Abbildungsverzeichnis................................................................................................................. 5
1 Einleitung mit Aufgabenstellung.....................................................................................6
2 Mögliche alternative Energiequellen...............................................................................8
3 Zusammenstellung der Komponenten für die PV-Anlage.................................................9
4 Vorläufige Inbetriebnahme zu Testzwecken in Deutschland..........................................10
5 Verpackung, Transport und Logistik..............................................................................12
6 Beschreibung der örtlichen Gegebenheiten...................................................................15
7 Montage der Anlage vor Ort..........................................................................................16
7.1 Dacharbeiten............................................................................................................16
7.2 Arbeiten im Technikraum.........................................................................................19
7.3 Arbeiten außerhalb des Gebäudes..........................................................................20
8 Anlagenaufbau und Beschreibung der Komponenten....................................................21
8.1 Inselwechselrichter..................................................................................................21
8.2 Solarwechselrichter..................................................................................................23
8.3 Batterien...................................................................................................................24
8.4 Batteriesicherungskasten.........................................................................................25
8.5 Solarmodule.............................................................................................................26
8.6 Schaltschrank...........................................................................................................27
8.7 Verteilerkasten.........................................................................................................29
9 Schaltschrankaufbau und Funktionsweise.....................................................................30
10 Inbetriebnahme und Übergabe der PV - Anlage.............................................................32
11 Fotos des Anlagenaufbaus............................................................................................34
12 Danksagung.................................................................................................................. 41
12 Danksagung 5
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Kartenausschnitt Uganda mit dem District Ibanda..........................................................7Abbildung 2: Montage der Komponenten im Schaltschrank..............................................................10Abbildung 3: Einbau der Kabelverbindungen......................................................................................11Abbildung 4: Ersteinrichtung der Steuergeräte..................................................................................11Abbildung 5: Transportverpackung des Schaltschranks......................................................................12Abbildung 6: Verladung der Komponenten im LKW...........................................................................13Abbildung 7: Verpackung der Batterien in Gitterboxen......................................................................13Abbildung 8: Schulgebäude mit Blechdach für die Montage der Solarmodule..................................15Abbildung 9: Arbeiten für die Verstärkung der Dachkonstruktion.....................................................16Abbildung 10: Befestigung der Stockschrauben.................................................................................17Abbildung 11: Befestigung der Modulschienen..................................................................................17Abbildung 12: Befestigung der Module auf den Schienen..................................................................18Abbildung 13: Transport des Schaltschranks über eine Rampe in den Technikraum.........................19Abbildung 14: Verlegung der Erdkabel................................................................................................20Abbildung 15: Batterien auf dem Batteriegestell................................................................................24Abbildung 16: Schuldach mit Solarmodulen.......................................................................................26Abbildung 17: Schaltschrank (Außenansicht)......................................................................................27Abbildung 18: Schaltschrank (Innenansicht).......................................................................................28Abbildung 19: Verteilerkasten.............................................................................................................29Abbildung 20: Schaltplan Gesamtanlage.............................................................................................31Abbildung 21: Schaltplan Innenbereich Schaltschrank.......................................................................31Abbildung 22: Einweihungsfeier – Ansprache der Ingenieure............................................................32Abbildung 23: Einweihungsfeier – Ansprache eines Behördenvertreters..........................................33Abbildung 24: Einweihungsfeier – Schlüsselübergabe........................................................................33Abbildung 25: Bau einer provisorischen Rampe für den Schaltschrank.............................................34Abbildung 26: Erste Inneninspektion unseres Containers in Kampala...............................................35Abbildung 27: LKW mit Container auf dem Schulgelände..................................................................35Abbildung 29: Entladung des Containers............................................................................................36Abbildung 30: Improvisierte Entladung des Schaltschranks...............................................................36Abbildung 31: Dachmontage der Solarmodule...................................................................................37Abbildung 32: Dachmontage der Solarmodule...................................................................................37Abbildung 33: Guter Arbeitsfortschritt dank fleißiger Hände und gutem Werkzeug.........................38Abbildung 34: Westrichtung fertig gestellt.........................................................................................38Abbildung 35: Licht im Klassenraum – Erstaunen und Freude...........................................................39Abbildung 36: Mannschaft, Technologie und Sponsoring aus Deutschland.......................................39Abbildung 37: Die Hauptakteure – auf dem Banner und darunter.....................................................40Abbildung 38: Noch ein Foto mit dem Schulleiter..............................................................................40Abbildung 39: Schüler, Lehrer, Eltern und viele Gäste sagen DANKE.................................................42
12 Danksagung 6
1 Einleitung mit Aufgabenstellung
Viele abgelegene Gegenden Zentralafrikas besitzen heutzutage noch keinen Anschluss
an das öffentliche Stromnetz. Meist ist die nächstgelegene Mittelspannungsleitung et-
liche Kilometer weit, und wegen der fehlenden finanziellen Mittel eine Elektrifizierung
entlegener Landesteile mittelfristig nicht absehbar.
In unserem Fall liegt das Ugandische Dorf Rushango und die von uns dort betreute
Grundschule (0°08’15“N 30°35’20“ O) in einer geschätzten Entfernung von etwa 7 km
bis zur nächstgelegenen Mittelspannungsleitung und entsprechendem Niederspan-
nungstransformator. Wegen der mangelhaften Netzinfrastruktur und Engpässen bei
der nationalen Kraftwerksleistung, sind häufige Netzausfälle die Folge. Dadurch ge-
währleistet selbst ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz keine dauerhaft zuverläs-
sige Stromversorgung. In der Ramah-Primärschule in Rushango, die teilweise als Inter-
nat geführt wird, findet auch in den Abendstunden bei eintretender Dämmerung noch
Unterricht statt. Außerdem befinden sich auf dem Schulgelände ein Verwaltungsge-
bäude und Schlafräume der internatsmäßig untergebrachten Kinder, die bei eintreten-
der Dunkelheit nicht beleuchtet sind.
12 Danksagung 7
Abbildung 1: Kartenausschnitt Uganda mit dem District Ibanda
Durch eine örtliche Elektrifizierung ist es möglich, alle notwendigen Räume ausrei-
chend mit Licht zu versorgen und damit die Qualität des Unterrichts und die Bedingun-
gen in den Schlafräumen und im Verwaltungsgebäude nach Anbruch der Dunkelheit
erheblich zu verbessern. Überdies können kleinere elektrische Verbraucher (Laptops,
Ladegeräte für Handys, Kühlschrank, usw.) zuverlässig mit Strom versorgt werden.
12 Danksagung 8
2 Mögliche alternative Energiequellen
Für eine Insellösung ist der Einsatz eines Generators denkbar. Dieser ist vor Ort relativ
kostengünstig und einfach zu erwerben, ohne größeren Aufwand zu installieren und
schnell in Betrieb zu nehmen. Allerdings ist diese Lösung als Dauerbetrieb im Unterhalt
teuer und nicht nachhaltig, da der teure Kraftstoff aus fossilen Quellen stammt und
von der Schulleitung zugekauft werden muss (eine Tankstelle befindet sich nicht im
Ort). Hinzu kommt die regelmäßige Wartung des Verbrennungsmotors mit entspre-
chendem Ölwechsel, der ebenfalls mit Kosten und der Entsorgungsproblematik des Al-
töls verbunden ist. Schließlich ist noch der Teillastbetrieb des Generators zu nennen,
der diese Art der Stromerzeugung teuer macht.
Als zweiter möglicher nachhaltiger Lösungsansatz ist die Biogasanlage zu nennen. Die-
se bezieht die Primärenergie aus Biomasse, Fäkalien und sonstigen organischen Sub-
straten, die in einem speziellen Prozess zu Biogas umgewandelt werden. Dieses kann
durch ein BHKW in Strom und Wärme umgewandelt werden. Dadurch wäre zwar eine
kontinuierliche Betriebsweise möglich, jedoch in unserem Fall technologisch zu auf-
wendig und mit erheblichen anfänglichen Investitionskosten sowie erhöhten War-
tungs- und Unterhaltskosten verbunden.
Als dritter Lösungsmöglichkeit bietet sich die autarke Solarstromanlage an. Diese be-
zieht ihre Primärenergie direkt aus Sonnenlicht, das über Module in elektrischen Strom
umgewandelt wird. Dieser wird über geeignete Umformer in Batterien gespeichert, um
bei Bedarf in lichtarmen Tagesabschnitten für Verbraucher zur Verfügung zu stehen.
In unserem Fall wurde die letztgenannte Lösung, eine Photovoltaikanlage, umgesetzt,
da mit vertretbaren, anfänglichen Investitionskosten und überschaubarem Installati-
onsaufwand, eine vollkommen nachhaltige und nahezu wartungsfreie Stromversor-
gung der Schule gewährleistet werden kann.
12 Danksagung 9
3 Zusammenstellung der Komponenten für die PV-Anlage
Auf eine Anfrage des gemeinnützigen Vereins „Brücke zum Leben“ e.V. wegen Firmen-
sponsoring antwortete als erste die Firma SolarWorld AG in Bonn. Im Ergebnis erhielt
der Verein die Zusage über 40 Solarpaneele mit einer Gesamtleistung von 2,6 kW. Dar-
über wurde ein Sponsoringvertrag abgeschlossen. Die Auslieferung erfolgte im Jahr
2013.
Nach der Zusage von SolarWorld AG startete ein Mitarbeiter des Vereins, der sich in
PV-Anlagen auskannte, eine Anfrage an die Firma SMA Solar Technology AG in Nieste-
tal. Nach Klärung der Bedingungen erhielt der Verein die Zusage einer Sachspende
über 1 Solar-Wechselrichter, 1 Batterie-Wechselrichter, 1 Batfuse, 1 Sunny Remote
Control und 1 Sunny Webbox. Über diese Sachspende wurde ein Sponsoringvertrag ab-
geschlossen. Die Auslieferung erfolgte ebenfalls im Jahr 2013.
Von der Firma Solartechnik Stiens GmbH & Co. KG in Kaufungen erhielt der Verein die
gesamten Befestigungselemente für die Aufdachmontage der Solarpaneele als Sachs-
pende.
Die Firma Rittal GmbH & Co KG in Herborn spendete einen afrikatauglichen Schalt-
schrank.
Durch eine großzügige Geldspende der Deutsche Bahn Stiftung in Berlin konnten die
erforderlichen Akkumulatoren bei Firma Hoppeke in Brilon und der Container-Trans-
port in Afrika bezahlt werden.
Das Geld für den Containerkauf, den Transport in Deutschland und die Seefracht bis
Mombasa, Kenia, stellte uns die Firma Euroexport SNC aus Italien zur Verfügung.
12 Danksagung 10
4 Vorläufige Inbetriebnahme zu Testzwecken in Deutschland
Der fertig aufgebaute Schaltschrank mit seinen Komponenten wurde noch in Deutsch-
land vor dem Versand testweise in Betrieb genommen. Dazu wurden zunächst die Bat-
terien vorläufig miteinander verbunden, an den Sunny Island angeschlossen, dieser
erstmalig parametriert und erfolgreich in Betrieb genommen.
Danach konnte auch der an eine örtlich verfügbare Photovoltaikanlage provisorisch an-
geschlossene Sunny Boy im lokalen Inselnetz zugeschaltet werden. Anschließend wur-
de die Kommunikation beider Wechselrichter mit dem Datenlogger Sunny Web Box
und dem angeschlossenen Modem eingerichtet und getestet. Auch die temperaturge-
steuerte Lüftung des Schaltschranks wurde auf ihre korrekte Funktionsweise über-
prüft.
Im gleichen Zug konnten die Batterien wieder vollständig geladen werden, um eine
Tiefentladung während des Transports zu vermeiden, nachdem sie schon mehrere Wo-
chen nicht geladen worden waren.
Abbildung 2: Montage der Komponenten im Schaltschrank
12 Danksagung 11
Abbildung 3: Einbau der Kabelverbindungen
Abbildung 4: Ersteinrichtung der Steuergeräte
12 Danksagung 12
5 Verpackung, Transport und Logistik
Für den Transport aller beschriebenen Komponenten ist ein üblicher 20’ Standardcon-
tainer zum Einsatz gekommen. Die Solarmodule wurden mitsamt ihrer Originalverpa-
ckung sorgfältig in zwei Standardgitterboxen verstaut. Die Batterien mitsamt Batterie-
gestell kamen ebenfalls in einer Gitterbox unter und wurden mit Schaumstoff passend
gepolstert und mit Spanngurten verzurrt. Das gleiche wurde mit den Montagekompo-
nenten des Aufdachgestells, sonstigen Werkzeugen, Montagemitteln und Kleinteilen
durchgeführt.
Abbildung 5: Transportverpackung des Schaltschranks
12 Danksagung 13
Abbildung 6: Verladung der Komponenten im LKW
Abbildung 7: Verpackung der Batterien in Gitterboxen
12 Danksagung 14
Der Schaltschrank wurde auf einer eigens angefertigten Palette platziert und zunächst
mit Bläschenfolie und danach mit passenden Sperrholzplatten verkleidet und mit
Spanngurten verzurrt. Die Schienen des Aufdachgestells mussten wegen ihrer Maße
separat auf einer Sonderpalette untergebracht werden.
Die einzelnen Kollis wurden per LKW am 18.12.2014 abgeholt, in ein Bremer Contai-
nerpackzentrum transportiert und dort von einer Fachfirma im Container seefest ver-
staut und gesichert. Der Container ging in Bremerhafen am 31.12.2014 auf die Seerei -
se. Am 25.02.2015 wurde der Container im Bestimmungshafen Mombasa (Kenia) ge-
löscht und erreichte am 17.03.2015 die Hauptstadt Kampala.
Die Zollformalitäten erwiesen sich als sehr bürokratisch und zeitaufwendig, so dass
trotz großer Anstrengungen unsererseits (Felicitas und Gerhard Köbele, Mario Di Fran-
ca und Armin Dröge als Montageteam) bei der örtlichen Spedition und den Ugandi-
schen Zollbehörden unser Container erst am 28.03.2015 seinen Bestimmungsort Rus-
hango erreichte.
12 Danksagung 15
6 Beschreibung der örtlichen Gegebenheiten
Die bereits erwähnte Schule befindet sich auf NN + 1.270 m Ortshöhe, etwa 30 km
nördlich des Äquators in einer tropisch gemäßigten Klimazone mit Temperaturen, die
im Jahresverlauf zwischen 10 und 30 ° C schwanken. Es gibt zwei ausgeprägte Regen-
zeiten, die erste von Mitte März bis Ende Mai und die zweite von Anfang Oktober bis
Ende November.
Abbildung 8: Schulgebäude mit Blechdach für die Montage der Solarmodule
Die Schulgebäude bestehen aus gemauerten Ziegelsteinen, die nicht verputzt werden.
Die Dachkonstruktion besteht aus Holz – Dreieckbindern, über die Pfetten in Längsrich-
tung gelegt wurden. Die Dachhaut besteht aus verzinktem und beschichtetem Well-
blech, das mit speziellen Nägeln auf den Pfetten befestigt ist. Die Dachneigung beträgt
etwa 20 °.
Die Firstrichtung des für unsere Anlage verwendeten Schulgebäudes verläuft von Nord
nach Süd, so dass die entsprechenden Dachflächen jeweils nach Osten und nach Wes-
ten ausgerichtet sind.
In unserem Fall wurde im gleichen Gebäude im Vorfeld ein Technikraum mit den
Grundmaßen 4,3 m x 2,4 m vorgesehen, der ausschließlich für die Unterbringung des
Schaltschranks, der Batterien und des Verteilerkastens reserviert ist. Er ist mit nur ei-
nem Fenster ausgestattet, das mit einer Konstruktion aus Eisenstäben vergittert und
mit Fensterläden aus robustem Stahlblech von innen verschlossen werden kann.
Der Hauptzugang ist ebenfalls mit einer Tür aus Eisenstäben samt Schloss und einer zu-
sätzlichen Außentür aus Stahlblech mit einem zweiten Schloss gesichert. Die Innen-
wände wurden passend verputzt und gestrichen während der Boden mit einem tragfä-
higen Betonestrich versehen wurde. In einer Ecke des Raumes war für den Erdungs-
spieß eine Aussparung im Betonboden vorgesehen.
12 Danksagung 16
7 Montage der Anlage vor Ort
7.1 Dacharbeiten
Für die Dacharbeiten wurde jeweils auf der Ost- und der Westseite des Gebäudes ein
einfaches Gerüst aufgebaut, das aus Baumstämmen, Querhölzern und breiten Brettern
bestand. Auf dem Dach wurden mit Hilfe von Gurten Kanthölzer angebracht um Trittsi-
cherheit zu gewährleisten. Bevor die Montage des Solar-Generatorgestells beginnen
konnte, wurden von örtlichen Helfern zusätzliche Kanthölzer unter die Dachhaut einge-
zogen. Dies war notwendig, da die Abstände der vorhandenen Holzunterkonstruktion
für unser Gestell unpassend waren.
Abbildung 9: Arbeiten für die Verstärkung der Dachkonstruktion
Als erstes wurden die Löcher für die Stockschrauben zur Befestigung des Gestells durch
das Blechdach in die aus Hartholz bestehenden Kanthölzer gebohrt. Dies war mit
Schwierigkeiten verbunden, da die Hölzer nicht gerade ausgerichtet waren und damit
der Bohrer ins Leere traf, wodurch im Nachgang Anpassungen an der Holzunterkon
12 Danksagung 17
struktion notwendig wurden. Das Eindrehen der Stockschrauben erwies sich als müh-
sam, was hauptsächlich dem Härtegrad des verwendeten Holzes zuzuschreiben war.
Mit Hilfe von speziellen Verschraubungen, konnten die Aluminiumschienen des Ge-
stells schnell und trotz größerer Unebenheiten passend ausgerichtet werden.
Abbildung 10: Befestigung der Stockschrauben
Abbildung 11: Befestigung der Modulschienen
12 Danksagung 18
Die Modulmontage im Anschluss war schnell und unproblematisch. Für die Solarkabel
beider Modulfelder wurde eine Dachdurchführung vorgesehen und die Kabel mit ei-
nem flexiblen Kunststoffrohr als Schutz im Bereich der Durchführung ummantelt. Die
einzelnen Schienen des Gestells wurden untereinander mit Erdungskabeln passenden
Querschnitts verbunden und an den Erdungsspieß im Technikraum angeschlossen. Ab-
schließend wurden die Innensechskantschrauben der Modulbefestigung mit einem
Zwei-Komponenten Epoxidkleber („Kaltmetall“) versehen, um Diebstahl zu verhindern.
Für die Montagearbeiten auf dem Dach selber standen zwei Helfer zur Verfügung,
während noch weitere Helfer bei Bedarf vom Boden aus unterstützten. Zwei Arbeitsta-
ge waren für die gesamten Dachmontagearbeiten nötig.
Abbildung 12: Befestigung der Module auf den Schienen
12 Danksagung 19
7.2 Arbeiten im Technikraum
Als erstes wurde das Batteriegestell in der Endposition unterhalb des Fensters am Bo-
den aufgestellt und die einzelnen Batteriezellen darauf gesetzt und zu einem späteren
Zeitpunkt untereinander verbunden.
Der noch verpackte Schaltschrank wurde dann über eine vorher hergerichtete Rampe
vom Vorplatz des Gebäudes in den Technikraum geschoben, die Verpackung entfernt
und ebenfalls in die Endposition gebracht. Die provisorische Rampe war notwendig, da
das Bodenniveau des Technikraums etwa 1,5 Meter über dem des Vorplatzes lag.
Die Rampe bestand aus Stein- und Erdmaterial, das provisorisch aufgeschüttet worden
war und auf das noch Dielen in passender Breite gelegt worden waren. Für Verschiebe-
arbeiten des Schaltschranks, standen während der gesamten Zeit zwei Hubroller zur
Verfügung, die bereits in Deutschland eigens für diesen Zweck gekauft wurden.
Abbildung 13: Transport des Schaltschranks über eine Rampe in den Technikraum
12 Danksagung 20
Als nächstes konnten die Batterien mit dem Schaltschrank verbunden werden. Nach-
dem der Verteilerkasten gesetzt worden war konnten alle restlichen Verkabelungsar-
beiten durchgeführt werden. Insbesondere sind hier die Verkabelung zwischen dem
Schaltschrank und dem Verteilerkasten, zwischen den Modulen auf dem Dach sowie
zwischen dem Schaltschrank und den Batterien und dem Erdungsstab zu nennen.
7.3 Arbeiten außerhalb des Gebäudes
In der Außenwand des Technikraumes wurde an geeigneter Stelle ein Wanddurch-
bruch mit Hilfe eines Trennschleifers, Hammer und Stemmeisen erstellt und das Erdka-
belbündel hindurchgeführt.
Für die Stromzuleitungen zu den einzelnen Gebäuden wurden im Boden Gräben mit ei-
ner Tiefe von etwa 40 cm ausgehoben, anschließend Erdkabel verlegt und die Gräben
mit dem Aushub wieder verfüllt. Die Wanddurchbrüche für die Einführung der Erdka-
bel in die jeweiligen Gebäude konnten ebenfalls schnell und unkompliziert realisiert
werden.
Abbildung 14: Verlegung der Erdkabel
12 Danksagung 21
8 Anlagenaufbau und Beschreibung der Komponenten
Die Solarstromanlage besteht im Wesentlichen aus folgenden Einzelkomponenten:
1 Inselwechselrichter (SMA Sunny Island 2224) 1 Solarwechselrichter (SMA Sunny Boy 3000 TL) 12 Batterien (Hoppeke 8 OPzV 1000) Batteriesicherungskasten 40 Solarmodulen (Solarworld SW80 Poly) 1 Schaltschrank (Rittal) 1 Verteilerkasten
Jede einzelne Komponente wird im Folgenden genauer beschrieben.
8.1 Inselwechselrichter
Der Inselwechselrichter ist die zentrale Komponente des Systems, die sowohl für das
Netzmanagement als auch für das Laden und Entladen der Batterien zuständig ist. Ge-
meinsam mit der Batterieanordnung, bildet der Sunny Island ein Wechselstromnetz in
das alle Komponenten - elektrische Verbraucher und der Solarwechselrichter – inte-
griert sind. Als Manager dieses Wechselstromnetzes, übernimmt der Sunny Island die
Überwachung aller netzrelevanten Parameter und ermöglicht eine unterbrechungs-
freie Stromversorgung der Verbraucher in der Schule.
In unserem Fall wird ein Einphasennetz betrieben. Dennoch kann das System zu jeder
Zeit durch zusätzliche Bauteile zu einem Dreiphasennetz aufgerüstet werden.
Wegen des Temperaturmanagements und guter Überlastfähigkeit, ist der Inselwech-
selrichter auch unter ungünstigen klimatischen Bedingungen einsatzfähig. Die zulässi-
gen Umgebungstemperaturen für den Betrieb des Inselwechselrichters liegen zwischen
-25 und 60 °C.
Die Nennausgangsspannung des Sunny Island 2224 liegt bei 230 V und einer Netzfre-
quenz von 50 Hz. Mit 25 °C Umgebungstemperatur ist eine Ausgangsleistung von 2200
W möglich, während bei 45 °C Umgebungstemperatur nur noch eine kontinuierliche
Ausgangsleistung von 1600 W erreicht werden kann.
12 Danksagung 22
Die Nenneingangsspannung liegt ebenfalls bei 230 V und 50 Hz Netzfrequenz mit ei-
nem weiten Toleranzbereich für beide Parameter.
Was die Batterien anbetrifft, liegt der Nennwert bei 24 V Gleichspannung, wobei Kapa-
zitäten zwischen 100 und 10000 Ah möglich sind. Das sorgfältige Batteriemanagement
sichert eine lange Lebensdauer der Batterien.
Der Betrieb des Sunny Island wird durch etliche Parameter bestimmt, die von den Sys-
temeigenschaften abhängig sind. Diese Parameter müssen bei der ersten Inbetrieb-
nahme passend eingestellt werden und dürfen im weiteren Betrieb nicht verändert
werden, außer es finden wesentliche, nachträgliche Änderungen im System statt. Die
Parameter sind durch eine Menüführung in unterschiedlichen Ebenen strukturiert, um
die Konfiguration durch eine Fachkraft zu erleichtern.
Die Anschlüsse im unteren linken Bereich sind für den Anschluss der Batterien vorgese-
hen, während die Wechselstrom Ein- und Ausgänge sich im unteren, rechten Bereich
des Wechselrichters befinden. Hier sind ebenfalls die Anschlüsse für die Datenübertra-
gung untergebracht.
Wesentlich ist auch der Temperatursensor, der passend zwischen den Batterien ange-
bracht sein muss, um kontinuierlich deren Temperatur zu überwachen und an den
Sunny Island zu übertragen.
Auf dessen Gehäuse sind drei Taster für die Bedienung des Gerätes angebracht, sowie
drei LED Leuchten mit veränderbarer Farbe, die den Status des Gerätes anschaulich
darstellen.
12 Danksagung 23
8.2 Solarwechselrichter
Der Solarwechselrichter Sunny Boy 3000TL sorgt für die Einspeisung von elektrischer
Energie in das System durch die Umwandlung von Gleichstrom der Solarmodule auf
dem Dach in netzkonformen Wechselstrom der örtlichen Hausinstallation. Diese elek-
trische Energie versorgt teilweise die örtlichen Verbraucher der Schule und sorgt auch
für die Aufladung der Batterien, je nachdem wie viel Leistung im Netz gerade benötigt
wird.
Der Wechselrichter sorgt automatisch für den optimalen Betriebspunkt des Solargene-
rators, wobei die Bewegung der Sonne während des Tages und die damit verbundene
Änderung des Einstrahlungswinkels auf den Solarmodulen berücksichtigt werden.
Sunny Boy 3000TL wird mit einer Nennspannung von 230 V, einer Netzfrequenz von 50
Hz und einer Ausgangsnennleistung von 3000 W betrieben. Hier wird einmalig der In-
selbetrieb bei der ersten Inbetriebnahme konfiguriert. Danach sind keine Betriebspara-
meter ohne weiteres mehr veränderbar. Die für den einwandfreien Betrieb der Anlage
notwendigen Parameter werden hier automatisch überwacht bzw. vorgegeben
12 Danksagung 24
8.3 Batterien
In unserer Anlage wurden 12 Zellen mit jeweils 2 V Nennspannung in Serie geschaltet
um somit 24 V Gleichspannung zu erreichen. In unserem Fall kamen Akkus vom Typ
HOPPECKE 8 OPzV 1000 zum Einsatz, die als Energiespeicher dienen. Dieser Typ ist für
Insellösungen speziell konzipiert und kann bei geeigneter Betriebsweise eine Lebens-
dauer von bis zu 15 Jahren aufweisen. Der Elektrolyt in Gelform garantiert einen kom-
plett wartungsfreien Betrieb.
Die Batterielebensdauer wird hauptsächlich von den unterschiedlichen Betriebsbedin-
gungen wie die Anzahl an Lade- und Entladezyklen, maximaler entnommener Kapazität
pro Entladezyklus und die Umgebungstemperatur bestimmt. Die Lebensdauer wird so-
mit erhöht, wenn die Zyklenanzahl auf ein Minimum reduziert, die entnommene Kapa-
zität pro Zyklus möglichst klein gehalten wird und das gesamte Equipment an einem
kühlen Ort ohne direkte Sonneneinstrahlung untergebracht ist.
Die einzelnen Zellen wurden ordnungsgemäß, vertikal auf einem robusten Gestell mit
stabilem Untergrund in einem kühlen, trockenen und zugangssicheren Raum aufge-
baut. Außerdem wurde großer Wert auf eine einwandfreie Isolation der elektrischen
Verbindungen gelegt, um jegliche Möglichkeit eines Kurzschlusses zu einem hohen
Grad auszuschließen.
12 Danksagung 25
Abbildung 15: Batterien auf dem Batteriegestell
12 Danksagung 26
8.4 Batteriesicherungskasten
Dieser Sicherungskasten ist mit hochstromfähigen Anschlüssen ausgestattet, um die
Batterieanordnung mit dem Inselwechselrichter zu verbinden. Im Inneren sind Panzer-
sicherungen eingebaut, die in unserem Fall den maximalen Gleichstrom auf 125 A be-
grenzen und bei einem Kurzschluss eine entsprechende Absicherung ermöglichen. Die
gleichstromseitige Kabelverbindung zwischen Batterien und Sunny Island (mit zwi-
schengeschaltetem Sicherungskasten) wurde aus flexiblem Kupferkabel mit einem
Querschnitt von 70 mm² erstellt. Die jeweiligen Enden wurden mit entsprechenden
Ringkabelschuhen versehen.
12 Danksagung 27
8.5 Solarmodule
Zuerst wurde ein bereits vorkonfektioniertes Aluminiumgestell mit Hilfe von passen-
den Stockschrauben auf der vorhandenen Dachkonstruktion des Schulgebäudes befes-
tigt, in dem auch der Technikraum untergebracht ist. Danach wurden die insgesamt 40
Module auf diese Unterkonstruktion aufgeschraubt.
Jeweils 20 Module sind elektrisch in einem String in Reihe geschaltet, so dass sich ins-
gesamt zwei Strings ergeben. Die Solarkabel wurden mit Hilfe eines geeigneten Leer-
rohres durch das Dach in den Technikraum geführt. Das Montagegestell wurde außer-
dem noch in geeigneter Weise geerdet.
Abbildung 16: Schuldach mit Solarmodulen
12 Danksagung 28
8.6 Schaltschrank
Der Schaltschrank dient als Gehäuse für die wesentlichen elektrischen und elektroni-
schen Bauteile wie Wechselrichter, Batteriesicherungskasten, Leitungsschutzschalter,
Lastabwurfschütz, Datenlogger (Sunny Web Box), Bedienungseinheit des Wechselrich-
ters (Sunny Remote Control) und Modem und hat die Aufgabe, die Einbauten vor
Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Außerdem dient er auch als Berührungsschutz und
soll dadurch Personen vor elektrischem Stromschlag schützen sowie Diebstahl der
obengenannten Komponenten verhindern.
Abbildung 17: Schaltschrank (Außenansicht)
12 Danksagung 29
Für die Kühlung der Einbauten sorgt ein temperaturgesteuerter Lüfter, der an der rech-
ten oberen Seite die Luft nach außen bläst. Die Lufteinlassöffnung mit Gitter und Filter-
matte befindet sich unten links, sodass der Schrankraum diagonal durchströmt wird.
Die Wechselrichter wurden, gemäß Anleitung des Herstellers, in der oberen Hälfte des
Schaltschranks untergebracht, während die Montage der übrigen Komponenten und
deren Verkabelung mit Hilfe von Kabelkanälen in der unteren Hälfte erfolgten.
Eine Hutschiene sorgt für die ordnungsgemäße Befestigung der Leitungsschutzschalter,
des Lastabwurfschützes, der Kabelklemmen, der Temperatursteuerung des Lüfters und
der Steckdosen für die Spannungsversorgung von Datenlogger und Modem. Eine wei-
tere Hutschiene wurde für die Befestigung von Sunny Web Box und Sunny Remote
Control vorgesehen. Das Modem und der Batteriesicherungskasten wurden direkt an
der Montageplatte des Schaltschranks befestigt.
Der Hauptschalter ist als Drehschalter ausgeführt und in etwa mittig an der linken äu-
ßeren Seite des Schaltschranks angebracht. Durch ihn kann die restliche Anlage außer-
halb des Schaltschranks spannungsfrei geschaltet werden.
12 Danksagung 30
Abbildung 18: Schaltschrank (Innenansicht)
12 Danksagung 31
8.7 Verteilerkasten
Dieser dient als Unterverteilung für die einzelnen Stromkreise der örtlichen Installation
außerhalb des Schaltschranks und ist mit mehreren Leitungsschutzschaltern, einem
Fehlerstromschutzschalter und zwei Stromzählern bestückt.
Abbildung 19: Verteilerkasten
12 Danksagung 32
9 Schaltschrankaufbau und Funktionsweise
In Abbildung 20: Schaltplan Gesamtanlage ist der Schaltplan der Gesamtanlage zu fin-
den. Der Schaltschrank ist als blaue strichpunktierte Linie abgebildet. Alle Einbaugeräte
im Schaltschrank können mit Hilfe eines Hauptschalters bei Bedarf (Wartungsarbeiten,
Notfall) vom restlichen Netz getrennt werden.
Der Sunny Island ist mit zwei Wechselstromanschlüssen (AC-1 und AC-2) und einem
Gleichstromanschluss (DC) versehen. In unserem Fall ist AC-1 an das lokale Netz ange-
schlossen, AC-2 dagegen ist nicht in Verwendung. Der B20A Leitungs-schutzschalter
vor dem AC-1 Anschluss verhindert eine Überlastung des Inselwechselrichters.
Der Sunny Island stellt außerdem einige Hilfskontakte zur Verfügung. Relais 2 wird da-
für verwendet, einen Lastabwurfschütz zu schalten, mit dessen Hilfe die Verbraucher
im Netz temporär von den Geräten im Schaltschrank getrennt werden. Dies geschieht
bei einer Restladung in den Batterien von 30%, wodurch deren Tiefenladung und irre-
versible Beschädigung verhindert werden soll. Die restliche Ladung wird dann für die
ausschließliche Versorgung der Verbraucher im Schaltschrank verwendet, bis der Solar-
wechselrichter wieder ausreichend Leistung einspeist.
Die Batterien sind über den Batteriesicherungskasten an den DC-Anschluss von Sunny
Island angeschlossen (Nennspannung 24 V=).
Der Solarwechselrichter (auf der linken Seite im Schaltschrank untergebracht) sorgt für
die Umwandlung des Gleichstroms, der von den Solarmodulen auf dem Dach generiert
wird, in netzkonformen Wechselstrom mit 230 V~ und 50 Hz Netzfrequenz. Er speist
direkt in das vorhandene Netz ein, mit den entsprechend angeschlossenen Verbrau-
chern. Bei Bedarf und entsprechendem solaren Leistungsangebot, werden die Batteri-
en nachgeladen. Der B16A Leitungsschutzschalter am AC-Anschluss des Sunny Boy
sorgt für dessen Absicherung gegen Überstrom.
Beide Wechselrichter sind über einen Datenbus untereinander und mit einem Daten-
logger (Sunny Web Box) verbunden. Hierdurch ist es möglich, wichtige Parameter auf-
zuzeichnen und entsprechend zu überwachen.
Die Bedieneinheit „Sunny Remote Control“ dient für die Parametrierung und Bedie-
nung des Sunny Islands bei Arbeiten im Schaltschrank.
Mit Hilfe des UMTS Modems, können wesentliche Daten der Anlage von der Sunny
Web Box ausgehend in das Internet für eine Fernüberwachung übertragen werden.
12 Danksagung 33
Die Temperatursteuerung ist mit einem entsprechenden Sensor ausgestattet, der im
oberen Bereich des Schaltschrankgehäuses kontinuierlich die Temperatur erfasst und
bei Überschreiten eines eingestellten Grenzwertes den Lüfter in Betrieb setzt.
Abbildung 20: Schaltplan Gesamtanlage
12 Danksagung 34
Abbildung 21: Schaltplan Innenbereich Schaltschrank
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10 Inbetriebnahme und Übergabe der PV - Anlage
Die Anlage wurde vor Ort zum ersten Mal am 29.03.2015 zu Testzwecken in Betrieb
genommen. Dabei war jedoch nur der Inselwechselrichter mit den Batterien verbun-
den. Im gleichen Zug wurden mit Hilfe eines Generators die Batterien wieder vollstän-
dig geladen. Am 31.03.2015 konnten beide Strings des Solargenerators auf dem Dach
an den Solarwechselrichter angeschlossen werden, wodurch die Anlage in den Regel-
betrieb überging.
Am 01.04.2015 wurde im Rahmen einer Einweihungsfeier in Anwesenheit des Schul-
vorstandes, der örtlichen Behörden, der Eltern und vieler Kinder die Anlage eingeweiht
und der Schule übergeben. Nach Beendigung unserer Arbeiten erfolgte noch eine tech-
nische Einweisung des Schulvorstandes in die Details des Betriebs. Eine passende An-
leitung in englischer Sprache wurde, nach unserer Rückkehr nach Deutschland noch
nachgereicht.
Abbildung 22: Einweihungsfeier – Ansprache der Ingenieure
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Abbildung 23: Einweihungsfeier – Ansprache eines Behördenvertreters
Abbildung 24: Einweihungsfeier – Schlüsselübergabe
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11 Fotos des Anlagenaufbaus
Abbildung 25: Bau einer provisorischen Rampe für den Schaltschrank
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Abbildung 26: Erste Inneninspektion unseres Containers in Kampala
Abbildung 27: LKW mit Container auf dem Schulgelände
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Abbildung 28: Entladung des Containers
Abbildung 29: Improvisierte Entladung des Schaltschranks
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Abbildung 30: Dachmontage der Solarmodule
Abbildung 31: Dachmontage der Solarmodule
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Abbildung 32: Guter Arbeitsfortschritt dank fleißiger Hände und gutem Werkzeug
Abbildung 33: Westrichtung fertig gestellt
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Abbildung 34: Licht im Klassenraum – Erstaunen und Freude
Abbildung 35: Mannschaft, Technologie und Sponsoring aus Deutschland
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Abbildung 36: Die Hauptakteure – auf dem Banner und darunter
Abbildung 37: Noch ein Foto mit dem Schulleiter
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12 Danksagung
Mit der Fertigstellung und Übergabe der Photovoltaikanlage in der Ramah-Schule in
Rushango ging ein ganz großer Wunsch der Verantwortlichen von Brücke zum Leben
e.V. in Erfüllung – so groß, dass er für uns unerfüllbar schien.
So erging es auch den Trägern des Schulvereins der Ramah-Schule, die sich der Tatsa-
che bewusst waren, dass eine Schule ohne Elektrizität auch in Afrika wenig attraktiv ist.
Das Licht ist nicht nur notwendig zum Lernen, sondern auch zur Aufrechterhaltung von
Ordnung und Disziplin bei zum Teil schon pubertierenden Kindern.
Das Wunder wurde Wirklichkeit durch das Zusammenspiel vieler Menschen mit klugen
Ideen, sozialer Gesinnung und fleißigen Händen.
Unser Dank gilt zuerst den Firmen, die in großzügiger Weise geeignetes Material oder
Geld zur Verfügung stellten:
SolarWorld AG, Bonn
SMA Solar Technology AG, Niestetal
RITTAL GmbH & Co. KG, Herborn
Solartechnik Stiens GmbH & Co. KG, Kaufungen
HOPPECKE Batterien GmbH & Co. KG, Brilon
Deutsche Bahn Stiftung gGmbH, Berlin
Euroexport SNC, Serravalle, Italien
Wir danken den drei jungen Ingenieuren
Andreas Herbolsheimer, der das Solarprojekt mit einer Spendersuche startete,
Mario Di Franca und Armin Dröge, die die PV-Anlage planten, Komponenten zusam-
menstellten, den Schaltschrank vormontierten, alle Teile seefähig verpackten und die
Anlage vor Ort installierten und erfolgreich in Betrieb nahmen.
Ebenso danken wir allen Helfern in Uganda, die dazu beitrugen, den Container noch
rechtzeitig auf die Baustelle zu bringen und die nach Kräften die Montage in Rushango
unterstützten.
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Danken wollen wir auch unserem himmlischen Vater, der uns Schutz gewährte und vor
körperlichem und materiellem Schaden bewahrte.
Die Dankbarkeit der Menschen vor Ort, Schüler, Lehrer, Eltern, Schulleiter und Behör-
denvertreter ist unbeschreiblich. Davon soll das nachfolgende Foto zeugen!
Abbildung 38: Schüler, Lehrer, Eltern und viele Gäste sagen DANKE
Es gibt hier an der Ramah-Schule in Rushango und an anderen Schulen in den Län-
dern, in welchen wir tätig sind, noch viel zu tun.
Wir wollen uns den Herausforderungen unseren Kräften entsprechend stellen und
bitten Sie weiter um Ihre wohlwollende Unterstützung.
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Vaihingen an der Enz im Oktober 2015
Gerhard Köbele, Dipl.-Ing., Vorsitzender
Felicitas Köbele, Abteilungsleiterin Ostafrika
Mario Di Franca, Dipl.-Ing., Mitarbeiter
Armin Dröge, B.-Eng., Mitarbeiter
