Photovoltaische Hubkolbenpumpe mit hohem Wirkungsgrad für Enwicklungsländer: Fid-Bau Portal

Photovoltaische Hubkolbenpumpe mit hohem Wirkungsgrad für Enwicklungsländer

Bohner, T. / Fritzsche, A. / Schneller, D.

Bevölkerungswachstum und steigender Lebensstandard haben auch in ländlichen Gebieten von Entwicklungs- und Schwellenländern den Wasserbedarf erhöht. Hier könnten photovoltaisch angetriebene Hubkolbenpumpen zum Einsatz kommen. Ziel des vorliegenden Projekts ist die Steigerung der täglichen Wasserförderung bei gegebener Größe des Solargenerators mittels eines wesentlich verbesserten Systemwirkungsgrades. Bei der beschriebenen neuen Anlage erspart die Anordnung eines Gleichstrommotors den Frequenzumrichter und läßt einen breiten Drehzahlbereich zu. Die Maximalwertregelung des Solarzellenfeldes wird durch einen mechanischen Kurzzeitspeicher (Schwungrad) ersetzt. Damit wird der Drehzahlschwankung der Pumpe begegnet, die sich aus der Antriebskinematik und dem Saug- und Förderhub der einfach wirkenden Kolbenpumpe ergibt. Die Untersetzung zwischen Motor und dem Antriebsrad ist als zweistufiger, einfach wartbarer Riementrieb ausgebildet. Soweit die für den Verschleiß der Kolbenringe maßgebende mittlere Kolbengeschwindigkeit es zuläßt, wurde mit der Anordnung eines koaxialen Windkessels direkt über der Kolbenpumpe die Hubfrequenz auf 120 U/min gesteigert. Ein kleiner Membrankompressor mit wenigen Watt Antriebsleistung sorgt für die Druckerhaltung im Windkessel. Mit dieser Drehzahlsteigerung ist auch für eine tägliche Fördermenge von über 100 m³ nur ein Bohrloch von 150 mm Durchmesser erforderlich. Die Anpassung der Pumpendrehzahl an die örtlich gegebene Förderhöhe erfolgt durch die Verstellung des Kurbelradius, also des Pumpenhubes, an einer verstellbaren Kurbel auf der Welle des Antriebsrades. Die Anlage kann als Tiefbrunnenpumpe bis zu Förderhöhen von 100 m eingesetzt werden. Zur Förderung von angestautem Flußwasser über einer Rohrleitung zu höher gelegenen landwirtschaftlichen Nutzflächen entfällt die lange Kolbenstange und die Pumpe kann direkt am Pumpenrahmen befestigt werden. Die elektrischen und elektronischen Komponenten wurden für den Betrieb in tropischen und wüstenähnlichen Regionen ausgelegt. Der Pumpenbetrieb erfordert keine Bedienung. Pflege und Wartung erfordern nur eine Einweisung des lokalen Betreibers. Einsatzerfahrungen und Meßergebnisse werden aufgezeigt sowie die Wirtschaftlichkeit erörtert.