Unsere Anlage in der Winterpause

Auf dem Experimentierfeld der TU Darmstadt steht unsere Testanlage DE01. Nachdem hier im Sommer 2020 ein Messsystem erfolgreich entwickelt und getestet wurde, das uns in den kommenden Sommern wichtige Daten zur Performance der Anlage liefern wird, wurde die Anlage nun in die Winterpause geschickt: Anders als in unseren Zielländern wie z.B. Tansania, scheint in Deutschland im Winter nur für wenige Stunden die Sonne, sodass die Anlage DE01 über den Winter keinen Output produzieren und somit auch keine verwendbaren Messdaten liefern kann. Um die Anlage während der Wintermonate vor Minustemperaturen, Eis, Schnee und Wind und hiermit verbundenem Verschleiß zu schützen, wurde sie nun von einem kleinen Team winterfest gemacht. Hierfür wurde das Wasser vollständig aus der Anlage gelassen, die empfindlichen Teile des Messsystems demontiert und die Anlage abgedeckt, um sie vor Feuchtigkeit zu schützen.

Die Arbeit an der Anlage haben wir außerdem dazu genutzt, ein kleines Video zu drehen, in dem wir das Projekt und die Anlage für die Erstsemesterbegrüßung der TU Darmstadt vorstellen. Wenn ihr also gerne einen kurzen Überblick über unsere Projektarbeit und Eindrücke vom Winterfestmachen der Anlage erhalten wollt, schaut doch gerne hier vorbei.

Dass unsere Anlage Winterschlaf macht, bedeutet aber nicht, dass sich auch unsere Projektgruppe schlafen legt. Im Sommer wurden mithilfe des neuen Messsystems bereits viele Daten gesammelt, die nun von unserer Performance-Gruppe ausgewertet werden, um SoWaDi in Zukunft noch effizienter zu machen. Außerdem arbeiten wir zurzeit an neuen Kooperationen zur Verbreitung unserer Anlage, damit vielleicht schon im kommenden Jahr weitere Testanlagen in Tansania oder anderen Zielländern gebaut werden können. Auch in Darmstadt soll im nächsten Frühjahr eine weitere Testanlage entstehen. Durch den Aufbau einer zweiten Anlage in Deutschland sollen technische Weiterentwicklungen im Realbetrieb getestet werden können. Hierfür werden an einer der beiden Anlagen technische Änderungen vorgenommen und die Leistung mit der unveränderten Referenzanlage simultan verglichen. Auch dieser Aufbau wird bereits von unserer Projektgruppe geplant und vorbereitet.

Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung der Effizienz

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.

Aufzeichnung unserer Veranstaltung “SoWaDi stellt sich vor”

Hallo zusammen!

Wie bereits im vorigen Blogeintrag angekündigt, hatten wir am 29.10.2020 die Möglichkeit einen Online-Vortrag für SoWaDi Unterstützer*innen und Interessierte zu halten.

Der Vortrag, den wir nun auch in Form eines Videos zur Verfügung stellen können, gibt sowohl einen Überblick über die Idee und die Historie unseres Forschungsprojektes, als auch über unsere Ausreise im Frühjahr 2020 und einen Ausblick in die Zukunft. Gehalten wurde er von drei Mitgliedern der Projektgruppe: Julius Breuer, Sara Konrad und Jan Erik Schliephake. Die Moderation übernahm Philipp Erdmann von der Darmstädter Regionalgruppe.

Der Vortrag dauert ungefähr 30 Minuten. Im Anschluss können Sie die gesamte Fragerunde von ca. 20 Minuten anhören. Leider fehlen aufgrund von technischen Schwierigkeiten die ersten 20 Sekunden des Vortrags. Das ist zwar sehr schade, aber schmälert den Vortrag inhaltlich keineswegs. 🙂

Wir bedanken uns bei allen, die teilgenommen und mit ihren Fragen für eine spannende Fragerunde gesorgt haben!

Sollten Sie weitere Fragen zum Vortrag oder dem Projekt haben, können Sie sich hier an uns wenden: https://www.sowadi.de/kontakt/

Credits:
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Einladung zu einem SoWaDi Online-Vortrag

Der Zugang zu sicherem Wasser ist seit 2010 weltweit als Menschenrecht anerkannt. Doch verunreinigtes Wasser stellt in weiten Teilen der Welt nach wie vor ein großes Problem für die Gesundheit der lokalen Bevölkerung dar. Deswegen entwickeln wir SoWaDi.

SoWaDi steht für Solar Water Disinfection: Die im Projekt entwickelten und erforschten Anlagen zur solaren Wasserdesinfektion nutzen Sonnenenergie zur Verbesserung der Wasserqualität. Seit 2010 entwickeln wir zusammen mit lokalen Partnern in ländlichen Gebieten Tansanias technische Lösungen, um die Wassersituation für Familien und an Schulen zu verbessern.

Das Ziel unseres Projekts ist es, dass möglichst viele Menschen Zugang zu keimfreiem Wasser erhalten, denn sauberes Wasser schützt vor Krankheiten wie Typhus und Cholera. Um dies zu erreichen, steht eine Bauanleitung kostenlos zur Verfügung. So kann jede*r die Anlage mit lokal verfügbaren, kostengünstigen Materialien selbst bauen und installieren.

Die Arbeit, die trotz der Corona-Pandemie weitergeht, findet in enger Kooperation mit unserem lokalen Projektpartner Kilimanjaro Childlight Foundation (KCF) statt. In Tansania wurden, zusammen mit örtlichen Schülergruppen und Familien, bereits sechs der Anlagen errichtet. Die Betreuer der Anlage vor Ort erfassen regelmäßig die Daten, die für eine stetige Optimierung der Anlagen gesammelt und ausgewertet werden. So wollen wir mögliche Schwachstellen aufspüren, die Effektivität verbessern und zu einer langfristigen und nachhaltigen Lösung der ländlichen Wasserversorgung beitragen. Im Juli konnte ein Team der KCF die Anlagen besuchen und sicherstellen, dass sie rechtzeitig zum Anfang der Trockenzeit wieder in Betrieb gehen können.

Wenn Ihr genauer wissen möchtet, wie unsere Anlage zur solaren Wasserdesinfektion funktioniert, wie wir die Forschungs- und Entwicklungsarbeit gemeinsam mit der KCF in Tansania trotz Corona weiterführen oder wenn Ihr weitere Fragen habt, dann nehmt an unserer Online-Veranstaltung „SoWaDi stellt sich vor: Sonnenenergie für sauberes Wasser“ am Donnerstag, den 29.10. um 19:00 Uhr teil! Um den Link zur Veranstaltung zu erhalten, schreibt bitte an: regina.berlinger@ingenieure-ohne-grenzen.org.