1) In der vorliegenden Arbeit ist das Betriebsverhalten eines für praktische Versuche zur Verfügung stehenden Solar-Pumpen-Systems unter mitteleuropäischen Verhältnissen durch eigene Messungen am Standort Weihenstephan untersucht worden, um anschließend aus den gewonnenen Erkenntnissen ableiten zu können, inwieweit es bei der Bewässerung in landwirtschaftlichen Kulturen eingesetzt werden kann. Es handelt sich um einen Solargenerator, der 288 runde, monokristalline Silizium-Solarzellen mit 100 mm Durchmesser besitzt und eine angeschlossene tragbare Tauchschwimmmotor- Pumpe mit Strom versorgt. 2) Die Leistung eines Solargenerators ist abhängig von der am Betriebsort auftreffenden Strahlungsleistung der Sonne, die sich ständig in Abhängigkeit vom tages- und jahreszeitlichen Sonnenstand sowie vom Witterungszustand der Atmosphäre verändert. 3) Das mittlere tägliche Sonnenenergieangebot am Standort Weihenstephan schwankt im Jahresverlauf zwischen ca. 1 kWh/m2 im Dezember - Januar bei einer mittleren täglichen Sonnenscheindauer von ca. 1 Stunde und ca. 5,3 kWh/m² im Juni - Juli bei einer mittleren täglichen Sonnenscheindauer von ca. 8 Stunden. 4) Monokristalline Silizium-Solarzellen wandeln die am Betriebsort eingestrahlte Sonnenenergie mit einem Wirkungsgrad von 10 v.H. in elektrische Energie um. Im Dezember - Januar kann von einer 1 m2 großen Solarzellenfläche durchschnittlich pro Tag ca. 0,1 kWh elektrische Energie, im Juni - Juli ca. 0,5 kWh, photovoltaisch erzeugt werden. 5) An einem nahezu wolkenlosen Sommertag steigt die Globalstrahlungsleistung deutlich mit dem Lauf der Sonne während des Tages auf maximal ca. 1000 W/m² und fällt dann bis zum Abend wieder ab. Dagegen wird die einfallende Sonnenstrahlung bei einer geschlossenen Wolkendecke bereits in der Atmosphäre aufgefangen, so daß zur Mittagszeit nur noch ca. 100 W/m2 bis zur Erdoberfläche gelangen. Monokristalline Silizium-Solarzellen wandeln die Globalstrahlungsleistung mit einem Wirkungsgrad von ca. 10 v.H. in elektrische Leistung um. 6) Die Ausrichtung des Solarschirms zum Sonnenstand hat einen Einfluß auf die Leistung des Solargenerators und damit auch auf die Pumpenleistung. Wird der Solargenerator auf einen drehbaren Ständer montiert, so kann er manuell oder mit Hilfe eines kleinen Elektromotors in gewissen Zeitabständen geringfügig gedreht und so der Einstrahlungsrichtung der Sonne im Tagesverlauf mit geringem technischen Aufwand nachgeführt werden. Dadurch erhöht sich die Tagespumpleistung an einem klaren bis leicht bewölkten Sommertag am Standort Weihenstephan um ca. 30 v.H. gegenüber der starren, exakt nach Süden ausgerichteten Aufstellung des Solarschirms, die morgens und abends nicht mit der Einstrahlungsrichtung der Sonne übereinstimmt. Die Ausführungen in dieser Arbeit beziehen sich ausschließlich auf den Solarpumpenbetrieb bei einer unter 35 Grad geneigten und der Einstrahlungsrichtung der Sonne im Tagesverlauf nachgeführten Aufstellung des Solargenerators. 7) Beim praktischen Solarpumpenbetrieb ändert sich mit der Sonneneinstrahlung sowohl die Förderhöhe als auch die Fördermenge ständig. 8) Der Betriebsdruck von 0,5 bar stellt bei einer Fördermenge von 1,9 m³/h für das zur Verfügung stehende Solar-Pumpen-System am Betriebsort Weihenstephan ungefähr einen mittleren erreichbaren Betriebspunkt dar, weil der Wasserdruck von 0,5 bar in etwa der höchstmögliche Wert ist, der während der längsten Zeit der Sonnenscheindauer noch erreicht und überschritten wird. Die Pumpenwerte von 0,5 bar und 1,9 m³/h werden beispielsweise an einem klaren bis leicht bewölkten Sommertag am Standort Weihenstephan bereits um ca. 8.15 Uhr bei einer Sonneneinstrahlung von 200 W/m² erreicht, steigen bei konstanter Größe der Wasserausflußöffnung bis auf maximal ca. 0,6 bar und 5,0 m³/h bei 1000 W/m² um ca. 13 Uhr an und fallen dann anschließend bis um ca. 18.30 Uhr wieder auf 0,5 bar und 1,9 m³/h ab. Dieser mittlere erreichbare Betriebspunkt soll nur als ein Orientierungswert genannt werden, mit dessen Hilfe sich die Einsatzmöglichkeiten des Solar-Pumpen-Systems besser abschätzen lassen. 9) Beregnungsmaschinen mit neuentwickelten Wasserverteilvorrichtungen, die mit einem niedrigen Betriebsdruck arbeiten und das Wasser den Pflanzen erdnah zuteilen sowie das arbeitswirtschaftlich weiterentwickelte Tropfbewässerungsverfahren, das einen besonders effektiven Energie- und Wassereinsatz ermöglicht, erfordern zur Zeit von den in landwirtschaftlichen Kulturen Mitteleuropas einsetzbaren Bewässerungsverfahren die niedrigsten Pumpenwerte. Diese beiden Bewässerungsverfahren ermöglichen auch bei schwankender Förderhöhe und Fördermenge eine gleichmäßige Wasserverteilung auf dem Feld - das verbesserte Einzelregnerverfahren jedoch nur unter der Voraussetzung, daß eine Steuerung der Geschwindigkeit des Regnerwageneinzugs bzw. Maschinenvorschubs entsprechend den Druckverhältnissen in der Wasserverteilvorrichtung erfolgt. Die vom Solar-Pumpen-System am Standort Weihenstephan im Sommer erreichten mittleren Pumpenwerte von 0,5 bar und 1,9 m³/h reichen aber nicht aus, um die erwähnten Bewässerungsverfahren betreiben zu können. 10) In abgelegenen Gebieten ohne ausgebautes Energieversorgungsnetz und mit einem doppelt so hohen Sonnenenergieangebot wie in Mitteleuropa werden vereinzelt bereits heute Solar-Pumpen-Systeme eingesetzt. Solar-Pumpen-Systeme können nahezu wartungsfrei und ohne Betriebsstoffe an jedem gewünschten Einsatzort arbeiten und überall dort mit wirtschaftlichem Erfolg eingesetzt werden, wo das Sonnenenergieangebot besonders hoch ist, die Pumpenarbeit einen besonders hohen Nutzen bringt und gleichzeitig keine billigeren Alternativen zum Solarpumpenbetrieb realisierbar sind. Die zukünftige Bedeutung dieser neuen Technologie hängt ganz entscheidend von der Kostenentwicklung bei photovoltaischen Systemen ab. Mit erheblichem Aufwand wird weltweit daran gearbeitet, die Herstellkosten für Solarzellen zu senken. Es werden neue Halbleitermaterialien gesucht, die billiger herzustellen sind und einen höheren Wirkungsgrad bei der photovoltaischen Energieumwandlung ermöglichen. 11) Die Einsparung von Wasser und Energie steht im Mittelpunkt des Interesses bei der Weiterentwicklung der zur Zeit bekannten Bewässerungsverfahren. Es gibt zur Zeit aber noch kein speziell für den Solarpumpenbetrieb entwickeltes Bewässerungsverfahren. Auch muß auf die technische Möglichkeit hingewiesen werden, die Solargeneratorleistung und Pumpenbauart ganz speziell auf das gewünschte Bewässerungsverfahren abzustimmen, was im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich war. Das in vielen sonnenreichen Gebieten übliche Oberflächenbewässerungsverfahren kann mit dem zur Verfügung stehenden Solar-Pumpen-System betrieben werden. Dabei kann auch eine andere Pumpe verwendet werden, die bei geringerer Fördermenge eine größere Förderhöhe ermöglicht.     «

1) In der vorliegenden Arbeit ist das Betriebsverhalten eines für praktische Versuche zur Verfügung stehenden Solar-Pumpen-Systems unter mitteleuropäischen Verhältnissen durch eigene Messungen am Standort Weihenstephan untersucht worden, um anschließend aus den gewonnenen Erkenntnissen ableiten zu können, inwieweit es bei der Bewässerung in landwirtschaftlichen Kulturen eingesetzt werden kann. Es handelt sich um einen Solargenerator, der 288 runde, monokristalline Silizium-Solarzellen mit 100 mm...     »