Automatisierungspyramide und Feldbusse
Wetterstation an der HS Pforzheim
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Energiebilanz


Die Energiebilanz wurde für den Monat mit der erwartungsgemäß geringsten Sonneneinstrahlung, den Dezember, berechnet. Dies beruht auf der Annahme, dass ein problemloser Betrieb der Wetterstation für das gesamte Jahr möglich ist, wenn dieser für den Dezember gewährleistet wird.

 

Globalstrahlung:  

 

Die unten dargestellte Grafik weist für den Raum Pforzheim eine Monatssumme der Globalstrahlung von ca. 25 kWh/m² auf.


Globalstrahlung Dezember 2001

Monatssummen in kWh/m²

 




Ausrichtung des Solarmoduls:

 

Die Ausrichtung des Solarmoduls erfolgt, wie oben gefordert, für den Dezember optimiert.

 

Das folgende Diagramm zeigt den Sonnenstandsverlauf des sonnenschwächsten Tages im Jahr, den 21. Dezember.





In der Grafik ist zu erkennen, dass die Sonne einen maximalen Einfallswinkel von ca. 18° erreicht. Um sicher zu gehen, dass die im Dezember vorhandene Sonneneinstrahlung optimal genutzt wird, muss das Solarmodul möglichst im 90° Winkel zur Sonne ausgerichtet werden. Bei dem Einstrahlungswinkel wurde von der strahlungsintensivsten Tageszeit, d.h. zwischen 11 und 12 Uhr, ausgegangen. Der Winkel zwischen Sonnenstrahlen und Solarmodul wirkt sich folgendermaßen auf die aufgenommene Energie aus:

 

 

Die Formel zeigt, dass beispielsweise bei einer Abweichung von 10° immer noch 98,5% der Sonnenenergie aufgenommen werden kann. Als Ergebnis der angestellten Betrachtungen wurde ein Innenwinkel des Solarmoduls von 70° festgelegt. Dies bedeutet, dass bei Jahressonnenhöchststand (ca. 65° Einfallswinkel, 180kWh/m² Globalstrahlung/ Monat) 70 % der Sonnenenergie aufgenommen wird, was einer 5 mal größeren Energieaufnahme gegenüber der im Dezember entspricht.

 


Berechnung:

Monatliche Sonneneinstrahlung für Dezember: 25 kWh/m²
Größe des Solarmodul: 0,3 m²
Wirkungsgrad des Solarmoduls: 10 %
Stundenmittel der Sonneneinstrahlung im Dezember:
Stundenmittel bezogen auf die Fläche des Moduls:
Umgesetzte Leistung des Solarmoduls pro Stunde:

 

Die maximale Leistungsaufnahme des Mikrocontrollers wird 1 Watt erwartungsgemäß nicht überschreiten.

 

Die Selbstentladung der Batterie ist so gering, dass sie bei dieser Betrachtung zu vernachlässigen ist.

 

Diese Bilanz besagt, dass theoretisch ein autarker Betrieb der Wetterstation auch im sonnenärmsten Monat möglich ist.