Das Wasser einer Quelle für ein Dorf
im Hochland von Madagaskar
In Mahalavolona, im madagassischen Hochland, fließt eine gefasste Quelle unterhalb des Dorfes. Das Verteilerreservoir liegt 18 Meter höher und 500 Meter weiter entfernt. Die Studie behandelt eine vollständig solare Versorgung, ohne Stromnetz und ohne Generator.
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: 38 m, wovon 41 % aus den Druckverlusten der Leitung stammen. 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
Vier Module. Um das Wasser für ein ganzes Dorf zu fördern, fällt die Wahl auf eine LORENTZ PS2-1800 mit dem Pumpenende HRE-32, einem Schraubenrotor, versorgt von 4 Modulen zu 515 Wp, also 2.060 Wp in einem einzigen Strang. Durchschnittliche Produktion: 44,0 m³ pro Tag, von 38,1 m³ im Juni bis 48,5 m³ im Oktober. LE LAB empfiehlt knapp bemessene drei Module; die Studie behält vier, über die Pro-Anpassung des Solarfelds, damit Juni und Juli über den Bedarf steigen. So klein bleibt das Feld, 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 PVGIS-Einstrahlungshistorie der Region. Der Tiefpunkt liegt im Juni, dem südlichen Winter: 38,1 m³ pro Tag, über den geforderten 32 m³; der Juli folgt mit 39,3 m³. Die übrigen Monate bewegen sich zwischen 40,4 und 48,5 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.
Mit dem vierten Modul liegen alle Monate über der Bedarfslinie, Juni und Juli eingeschlossen. Der kritische Monat wird angezeigt, nicht verborgen.
Der typische Augusttag, Stunde für Stunde: Die Pumpe steigt in den Stunden mit voller Sonne auf 5,5 m³/h und produziert 43,0 m³, also 34 % Marge auf den Bedarf.
Das 20 m³ Reservoir auf dem Prüfstand
LE LAB simuliert den Wasserspeicher Tag für Tag über sechzehn Jahre PVGIS-Wetterhistorie. Mit dem alleinigen Reservoir von 20 m³ sind 355 von 365 Tagen vollständig gedeckt. LE LAB weist dennoch eine unzureichende Deckung aus, denn es bleiben unvollständige Tage: 10 in einem durchschnittlichen Jahr, die immer noch 73 % des Bedarfs liefern. Das fehlende Volumen über das Jahr beschränkt sich auf 83 m³ von 11.688, also 0,7 %. Die ungünstigste Phase der sechzehn simulierten Jahre: vom 2. bis 11. Januar 2009, 10 Tage schwacher Sonne.
Die Referenzwerte beziffern die Fortsetzung, falls die Gemeinde null Fehltage anstrebt: 61 m³ würden die unvollständigen Tage auf höchstens einen pro Jahr begrenzen, 91 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: 5,5 m³/h auf der Kurve der 38 m, am Maximum der Pumpe. Die HRE-32 verträgt bis zu 5,8 m³/h und 50 m: Die Förderhöhe des Projekts bleibt unter dieser Grenze, die Fördermenge liegt am oberen Ende des Bereichs.
Fördermenge nach verfügbarer Leistung, je Förderhöhe. Die gelbe Kurve ist die des Projekts, bei 38 m.
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