Das Wasser einer Quelle für ein Dorf
im Hochland von Madagaskar
In Mahalavolona, im madagassischen Hochland, fließt eine gefasste Quelle Tag und Nacht unterhalb des Dorfes. Das Verteilerreservoir liegt 18 Meter höher und 500 Meter weiter entfernt. Dazwischen: weder Stromnetz noch Generator, sondern die Sonne. So entsteht dieses Projekt in LE LAB, der Anwendung zur Dimensionierung von Solarpumpensystemen, mit echten Screenshots und Zahlen.
Der Bedarf, wie die Gemeinde ihn formuliert
Das Dorf ist gewachsen, und die vorhandene Schwerkraftwasserversorgung reicht nicht mehr aus. Die gute Nachricht steht bereits: Die gefasste Quelle füllt per Schwerkraft ein Pufferbecken von 32 m³ am Fuß des Dorfes. Es bleibt der Aufstieg: täglich 32 m³ zum Verteilerreservoir zu fördern, das über den Häusern liegt, damit das Wasser anschließend von selbst zu den Zapfstellen hinabfließt.
Besonderheit des Standorts: keine Bohrung. Die Pumpe taucht direkt in das Pufferbecken ein, 2 Meter unter der Oberfläche. Und keine zuverlässige Stromversorgung in der Nähe: Das Pumpen im Rhythmus der Sonne, ohne Batterien, drängt sich von selbst auf.
Die Eingabedaten in LE LAB
Wenige Minuten Eingabe genügen. Die Referenzstadt für die Sonneneinstrahlung ist Antananarivo, rund hundert Kilometer entfernt, auf demselben Hochland und in derselben Höhenlage wie der Standort. Die eingegebene Tiefe beträgt nur 2 m, da die Pumpe im Becken eingetaucht ist; die Förderhöhe von 21 m deckt den Höhenunterschied und die Höhe des Reservoirs ab. Die Gesamtförderhöhe wird automatisch berechnet: 46 m, wovon die Hälfte aus den Druckverlusten der Leitung stammt. Auf 500 Metern wiegt das Rohr genauso schwer wie die Steigung: Genau das muss eine Dimensionierung erfassen.
Die Zusammenfassung vor der Berechnung: Neun Antworten genügen, die Gesamtförderhöhe wird für Sie berechnet.
Was LE LAB vorschlägt
Drei Module. Um das Wasser für ein ganzes Dorf zu fördern, fällt die Wahl auf eine LORENTZ PS2-1800 mit dem Pumpenende C-SJ5-12, versorgt von 3 Modulen zu 450 Wp, also 1.350 Wp in einem einzigen Strang. Durchschnittliche Produktion: 45 m³ pro Tag, einfach weil die Förderhöhe moderat bleibt und die Sonneneinstrahlung des Hochlands großzügig und gleichmäßig ist. Das ist die Sparsamkeit, die einem gut dimensionierten Pumpen im Rhythmus der Sonne eigen ist: keine Batterien, sehr wenige Module, kein Kraftstoff.
Die Lösung auf einen Blick: Pumpe, Solarfeld und durchschnittliche Produktion.
Module fast flach, ohne Verlust
Auf dieser Breite beträgt der berechnete optimale Winkel 21°, mit den Modulen nach Norden ausgerichtet, da wir uns auf der Südhalbkugel befinden. Doch ein niedriges, wenig geneigtes Gestell lässt sich vor Ort einfacher bauen und bietet dem Wind weniger Angriffsfläche, ein echtes Thema in einem zyklongefährdeten Land. Die Winkeleinstellung von LE LAB beziffert diese Abwägung.
Bei 11° bleibt die Jahresproduktion bei 100 % des Optimums: Das einfache Gestell kostet nichts, und diese Neigung genügt, damit der Regen die Module spült.
Die Produktion, Monat für Monat und Stunde für Stunde
Die monatliche Produktion wird dem Bedarf gegenübergestellt, auf Basis von sechzehn Jahren realer Sonneneinstrahlung der Region. Der Tiefpunkt liegt im Juni, dem südlichen Winter: 39,7 m³ pro Tag, immer noch 24 % über den geforderten 32 m³. Der Rest des Jahres bewegt sich zwischen 40 und 49 m³. Die eingeblendete Niederschlagskurve erzählt die andere Hälfte des Klimas: von 475 mm im Januar bis 46 mm im September ist die lange Trockenzeit genau der Zeitraum, in dem das Quellwasser kostbar wird.
Alle Monate liegen über der Bedarfslinie, auch der südliche Winter. Der kritische Monat wird angezeigt, nicht verborgen.
Der typische Julitag, Stunde für Stunde: Die Pumpe steigt in den Stunden mit voller Sonne auf 5,5 m³/h und produziert 39,5 m³, also 23 % Marge auf den Bedarf.
Das 20 m³ Reservoir auf dem Prüfstand
LE LAB simuliert den Wasserspeicher Tag für Tag über sechzehn Jahre reales Wetter. Mit dem alleinigen Reservoir von 20 m³ sind 354 von 365 Tagen vollständig gedeckt. Die 11 unvollständigen Tage eines durchschnittlichen Jahres liefern dennoch 78 % des Bedarfs, und das fehlende Volumen über das Jahr summiert sich auf 76 m³ von 11.688, also 0,6 %. Die ungünstigste Phase der sechzehn simulierten Jahre: sechs Tage schwacher Sonne im April 2009.
Die Referenzwerte beziffern die Fortsetzung, falls die Gemeinde null Fehltage anstrebt: 57 m³ würden die unvollständigen Tage auf höchstens einen pro Jahr begrenzen, 80 m³ würden jeden Tag der sechzehn Jahre decken.
Die Herstellerkennlinien am realen Betriebspunkt
Die Q/H-Kennlinien der Pumpe, erstellt aus den offiziellen LORENTZ-Daten, mit hervorgehobener Förderhöhe des Projekts: 5,9 m³/h bei voller Leistung auf der Kurve der 46 m. Die Pumpe verträgt bis zu 7,7 m³/h und 70 m: Das System arbeitet komfortabel innerhalb seines Bereichs, ein Garant für Langlebigkeit.
Fördermenge nach verfügbarer Leistung, je Förderhöhe. Die gelbe Kurve ist die des Projekts, bei 46 m.
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