Von Mai bis August 2020 führten die Studierenden Steffen Bißwanger, Leon Dungs, Sara Konrad, Nikola Milenkovski und Alexander Zinn an der TU Darmstadt ein Projekt im Rahmen ihres Studiums in Kooperation mit unserem Projekt SoWaDi durch. Ziel war die Entwicklung eines autarken Messsystems, das die Bestimmung der Anlageneffizienzen im Feld ermöglicht. Dies soll durch die automatisierte Datenerhebung von Sonneneinstrahlung, Wasseroutput und Umweltbedingungen erreicht werden.

Im Folgenden lesen Sie einige Aufzeichungen aus dem Laborbuch der Studierenden. Dort haben sie ihren Fortschritt aufgezeichnet und beschrieben, wie sie die Herausforderungen überwunden haben, die ihnen während des Projektes begegnet sind.

Phase 1: Auswahl der Komponenten

09.04.2020    09:45

Heute haben wir uns zunächst einmal kennengelernt, online versteht sich, und uns mit der Solarthermischen Wasserdesinfektionsanlage vertraut gemacht, mit der wir im Laufe des Projektes arbeiten werden. Zwei unserer Teammitglieder kennen die Anlage schon gut. Wir anderen lernen sie erst kennen. Um ein geeignetes Messsystem zu entwickeln, ist es wichtig, die Funktion der Anlage und die Bedingungen, in denen sie eingesetzt wird, gut zu verstehen.

08.05.2020   15:15

Wir konnten uns schon vor einiger Zeit darauf einigen, welche Größen wir messen wollen. Die wichtige Frage ist jetzt: Wie?
Heute besprechen wir unsere neusten Ideen, mit welchen kostengünstigen Sensoren und Konstruktionen wir die besten Ergebnisse bekommen können. Eine besondere Herausforderung ist die Messung der Wassermenge, die aus der Anlage herauskommt. In der Vergangenheit wurden schon einige Versuche durchgeführt, die an unterschiedlichen Problemen gescheitert sind. Temperaturschwankungen von Tag zu Nacht haben zu unzuverlässigen Ergebnissen von Wägezellen geführt und ein Sensor mit beweglichen Teilen ist beim Einsatz in Wind und Wetter verkantet.
Aber wir hatten eine neue Idee: Eine abgeschnittene Glasflasche mit kleinem Loch im Deckel kann umgedreht als Auffangbehälter und Anstauvorrichtung für die minütlichen Wasserschwalls aus der Anlage dienen. Wir messen dann die Zeit, bis die Glasflasche nach einem Schwall wieder leer wird.

23.05.2020   17:18

Wir sind nun endlich so weit: Nach 5 Stunden Besprechung haben wir für alle Sensoren, die Recheneinheiten des Systems, die Datenübermittlung und die Stromversorgung passende Komponenten ausgewählt. Jetzt können wir nur noch warten bis die Bestellung ankommt und hoffen, dass alles zusammenpasst.

31.05.2020    13:15

Gerade haben wir die Nachricht erhalten, dass das erste Paket angekommen ist. Jetzt kann die richtige Arbeit beginnen.

Phase 2: Programmierung und Bau des Messsystems

31.05.2020   14:45

Bis auf ein Teammitglied hat bisher noch niemand von uns mit den Microcontrollern gearbeitet, die wir für das Projekt verwenden wollen: Arduinos.

Nachdem wir uns das Programmierinterface auf dem Computer eingerichtet haben, können wir endlich das erste Programm auf den Arduino laden.

31.05.2020  14:46

Der Arduino fängt an zu blinken. Hurra! Mal sehen ob es genauso einfach wird, die Sensoren anzuschließen und auszulesen.

02.06.2020   12:37

Den SD Kartenleser, die Strommessgeräte zur Messung der Sonnenintensität und die einfachen Thermometer konnten wir ohne Probleme zum Laufen bringen. Die etwas komplizierteren Thermometer für die höheren Temperaturen zeigen bisher nur merkwürdige Werte an. Woher die kommen, können wir uns nicht erklären. Ein Thermometer zeigt uns 65°C und ein anderes 9°C an, beide Temperaturen sind definitiv nicht korrekt.

02.06.2020    19:36

Gerade sind wir auf eine Möglichkeit gestoßen, die merkwürdigen Werte zu korrigieren. Ein Wert in der Berechnungsformel ist eine Vergleichsspannung. Beim Nachmessen dieser Spannung an den Sensoren ist uns aufgefallen, dass diese für jeden Sensor individuell anders ist. Nachdem wir diese nun in die Software eingearbeitet haben, zeigen alle Thermometer plausible Werte.

13.06.2020   09:42

Wir befinden uns nun schon mitten im Juni, das Wetter bietet optimale Bedingungen, um das neue Messsystem auszutesten. Es wird also höchste Zeit, dass wir das Messsystem endlich an die Anlage anbauen. Deshalb arbeiten wir mit Hochdruck daran, die Platine für das Messsystem fertigzustellen. Wir löten alle Verbindungen von Hand. Hoffentlich geht unser Plan auf. Auch die Datenübermittlung per Mobilfunk funktioniert immer noch nicht. Nachdem wir mittlerweile schon ein besseres Modul bestellt haben und immerhin eine Verbindung zum Mobilfunknetz bekommen konnten, haben wir es leider immer noch nicht geschafft, die Daten automatisch zu verschicken. Langsam drängt die Zeit. Wenn wir das nicht schaffen, könnte das gesamte Projekt scheitern.

14.06.2020   21:06

Nach zwei Tagen harter Arbeit ist die Platine fertig gelötet. Das Messsystem kann endlich in die Schutzhülle eingebaut werden, in der es später an der Anlage vor Regen geschützt ist. Auch mit der Versendung der Daten haben wir wichtige Fortschritte gemacht. Die Mikrocontroller kommen jetzt langsam an die Grenzen ihrer Rechenkapazität, weitere Änderungen werden immer schwieriger. Zum Glück gilt es jetzt aber nur noch, ein paar kleinere Softwareprobleme zu beheben, und dann können die Messungen bald starten.

Phase 3: Anbau des Messsystems an die Anlage

20.06.2020   09:16

Es ist so weit: Heute können wir das Messsystem heute endlich anbauen. Es läuft jetzt schon seit gestern durchgängig und ist einsatzbereit.

20.06.2020   22:03

Wir warten jetzt schon seit 3 Minuten gespannt auf die Daten vom ersten Tag. Jetzt kommt der Moment der Wahrheit. Wenn heute alles ohne Probleme geklappt hat, sind wir zuversichtlich, dass das Messsystem auch die nächsten drei Monate weiterarbeiten kann, bis im Oktober zu wenig Licht verfügbar sein wird.

20.06.2020   22:04

Die ersten Daten haben uns erreicht. Uns fällt ein Stein vom Herzen. Wir haben es geschafft und uns erst mal eine Pause verdient. Sobald wir genug Daten haben, können wir uns an die Auswertung setzten und einen vollständigen Bericht verfassen.

Ausblick:

Dem Team ist es mit den Messungen über einen Zeitraum von 30 Tagen gelungen herauszufinden, welche Sensoren für die Messungen relevant und geeignet sind. In Zukunft wird es also möglich sein, ein kostengünstiges Messsystem zu bauen, dass alle wichtigen Messungen durchführen kann. Fast das gesamte Team wird in Zukunft das Messsystem ehrenamtlich bei Ingenieure ohne Grenzen weiterentwickeln. Das neue Messsystem taufen wir auf den Namen MONA (Monitoring Offgrid Node for Assessment of SoWaDi Performance). In Zukunft wird MONA beim Sammeln von Langzeitdaten in Tansania und bei der Weiterentwicklung der Anlage in Darmstadt helfen. Im Gegensatz zu ihrer Mutter ist MONA etwas kleiner und kompakter, und auch nicht mehr so durchsichtig, eben perfekt gerüstet, um eine Weltreise anzutreten.