2021: Performancetests an unseren Testanlagen DE02 und DE03
Im April 2021 konnten wir trotz der anhaltenden Corona-Pandemie zwei neue Testanlagen auf dem Experimentierfeld der TU Darmstadt aufbauen. Einem strengen Hygienekonzept folgend und mit negativen Testergebnissen des gesamten Aufbauteams haben wir die alte Testanlage DE01 durch zwei neue SoWaDi-Anlagen DE02 und DE03 ersetzt.
Mithilfe der zwei identischen Anlagen haben wir in den Sommermonaten eine Reihe von Versuchen durchgeführt. Dafür wurden beide Anlagen mit dem neuen MONA-Messsystem ausgerüstet, um wichtige Daten wie Wasseroutput und Temperaturen in der Anlage automatisch zu messen. Im Abstand von ungefähr zwei Wochen nahm die Projektgruppe insgesamt sechs Umbauten an der Testanlage DE03 vor, während DE02 im Originalzustand als Vergleichsanlage verblieb. Somit konnten wir im Verlauf des Sommers die Auswirkungen der konstruktiven Veränderungen auf die Leistung der Anlagen im Direktvergleich testen und Erkenntnisse darüber gewinnen, wie die SoWaDi-Anlage weiter optimiert werden kann, um die Performance zu steigern und die Kosten zu senken.
2020: Entwicklung des Messsystems MONA
Im Sommer 2020 wurde gemeinsam mit der TU Darmstadt ein Messsystem für die SoWaDi-Anlage entwickelt und getestet.
Das Messsystem, das wir liebevoll MONA nennen, misst neben dem Wasserumsatz der Anlage, verschiedener Temperaturen an mehreren Stellen des Systems und der eingestrahlten Sonnenenergie auch alle relevanten Umweltgrößen, die sich auf die Effizienz der Anlage auswirken, wie zum Beispiel Wind, Druck und Umgebungstemperatur. Das Messsystem führt die Messungen automatisiert durch und sendet die Daten jede Nacht per Mobilfunk und E-Mail an die Projektgruppe. Durch eine kleine Solarzelle und Batterie ist das System vollkommen autonom. Dadurch ermöglicht uns MONA, in der aktuellen Testphase die Daten von mehreren Anlagen gleichzeitig hochaufgelöst zu sammeln und auszuwerten. So können sowohl Systemausfälle einzelner Anlagen in Zukunft genauer untersucht, als auch die Effizienz der Anlagen allgemein gesteigert werden.
Ein Prototyp von MONA wurde im Rahmen eines studentischen Projektes im Juni 2020 an die bereits seit 2019 vorhandene Testanlage DE01 in Darmstadt angebaut. Nach Messung der Anlagenaktivitäten über einen Monat hinweg wurde das Messsystem auf Herz und Nieren geprüft. Durch die Auswertung der Messungen konnten das Messsystem und die teilweise selbst entwickelten Sensoren weiter optimiert werden, sodass zukünftige MONA Messsysteme günstiger von der Gruppe gebaut werden können.
2020: Aufbau und Instandsetzung von Testanlagen in Tansania
Anfang 2020 machte sich ein vierköpfiges SoWaDi-Team auf den Weg nach Tansania, um dort die bereits bestehenden SoWaDi-Anlagen erneut instand zu setzen, neue Anlagen zu bauen und diese mit Messtechnik auszustatten, um Daten über ihre langfristige Performance zu gewinnen.
Das Projektteam reparierte zunächst die beiden Anlagen aus der vorherigen Ausreise im Jahr 2017 in Mwanga. Hier war es unter anderem durch die hohen Temperaturen im Inneren der Anlage zu Brüchen in den Glasscheiben zur Isolierung des Absorbers gekommen. Außerdem entstanden in Kidia die Anlagen TZ04, TZ05, TZ06: TZ03 und TZ05 an der dortigen Primary School und die anderen beiden bei Privatpersonen – Mr Maruchu und Mr Njau. Beide waren Teil des Aufbauteams der ersten beiden Anlagen an der Primary School. Jede Anlage hat nun einen Verantwortlichen, der sich um die Wartung kümmert und das Team in Darmstadt regelmäßig mit Daten versorgt.
Ein weiteres Ziel der Ausreise war nämlich, Langzeitdaten dieser neuen Anlagen zu beschaffen, um möglichst viele Daten zur Bewertung zu haben. Diese ausgiebige Datenerhebung und -auswertung ist deshalb so wichtig, weil sie grundlegende Informationen über Lebensdauer und Performance der Anlage liefert. Darauf basierend wird im nächsten Schritt eine Verbreitungsstrategie ausgearbeitet.
Wichtig war dem SoWaDi-Team, Menschen zu finden, die sich für die Anlagen verantwortlich fühlen und bereit sind einen beständigen Kommunikationskanal zu der Gruppe in Darmstadt zu halten, um einen stabilen Datenaustausch zu ermöglichen. Dies ist essenziell, da es noch keinerlei Daten darüber gibt, wie sich die Anlage auf Dauer verhält. Wir wollen also herausfinden, ob die Leistung im Laufe der Nutzungsdauer abnimmt und wie sehr sie mit dem Standort variiert, welche Auswirkungen bestimmte Wetterzustände haben und wie beständig die einzelnen Bauteile sind.
2019: Aufbau der Testanlage DE01
Im Frühjahr 2019 hat unsere Projektgruppe einen dauerhaften Stellplatz für eine Testanlage auf dem Experimentierfeld an der TU Darmstadt erhalten. Dort wurde im Sommer 2019 die erste Testanlage DE01 errichtet und kann in Zukunft für weitere Testreihen verwendet werden.
Anhand der Testanlage DE01 wurde 2019 die Glaskonstruktion der Anlage weiterentwickelt und getestet. Durch die hohen Temperaturen, die im Inneren der Anlage vorherrschen (bis zu 160°C) waren in der Vergangenheit Schäden an den Testanlagen in Tansania entstanden. Um teure Schäden an den Anlagen zu vermeiden, wurde ein Glasbruch durch Überhitzung der Anlage in Darmstadt nachvollzogen und analysiert. Daraufhin konnte die Konstruktion angepasst werden und die Gefahr teurer Anlagenschäden reduziert werden.
2018: Prototyp eines Wärmeübertragers
Im Frühjahr 2018 wurde – neben einem Testaufbau der SoWaDi-Anlage – im Rahmen einer Projektarbeit am Fachgebiet für Technische Thermodynamik der TU Darmstadt ein Wärmetauscher konzipiert.
Das Ziel des Wärmetauschers ist es, die Menge des täglich durch die SoWaDi Anlage desinfizierten Wassers zu erhöhen. Dies wird realisiert, indem das bereits abgekochte Wasser das noch kalte, verunreinigte Wasser ohne Vermischung erwärmt, bevor es in den Auffangbehälter läuft. Dadurch wird die Eingangstemperatur des abzukochenden Wassers erhöhet, sodass weniger Sonnenenergie benötigt wird, um die Siedetemperatur zu erreichen.
Nach der Auslegung durch theoretische Überlegungen und numerische Simulationen wurde das erfolgversprechendste Konzept gebaut und anschließend im Labor getestet. Die Ergebnisse lassen eine mittlere Steigerung des Outputs von ungefähr 6 Liter Wasser erhoffen. Das Design des Wärmetauschers ist kostengünstig und wie die Anlage aus einfachen Materialien aus dem Sanitärbereich herstellbar. Der Test an der SoWaDi Anlage selbst steht noch aus.
2017: Aufbau von zwei Testanlagen in Tansania
2017 reiste ein dreiköpfiges SoWaDi-Team nach Tansania und leitete somit eine neue Phase für das Forschungsprojekt ein. Ziel war vor allem die Erprobung der Bau- und Betriebsanleitung durch unseren Projektpartner, dem Malage Vocational Training Center.
Zunächst traf sich das Projektteam mit einigen NGOs, um mit ihnen über die SoWaDi -Anlage zu diskutieren, sie im besten Fall von ihren Vorteilen überzeugen und neue Partner zu gewinnen. Diese Treffen boten die Möglichkeit, sich sehr wertvolles Feedback von Menschen einzuholen, die sich fast täglich mit der Wasserversorgungssituation in Tansania beschäftigen.
Ein weiteres Ziel der Ausreise war die Prüfung der Anleitung auf Verständlichkeit. Dies geschah beim Anlagenaufbau durch die Berufsschüler. Nach einer kurzen Einführung in die Funktionsweise der Anlage durch das Projektteam im Rahmen eines Workshops bauten die Schüler unsere ersten Testanlagen in Tansania TZ01 und TZ02 in zwei Gruppen auf. Dabei war es uns vor allem wichtig zu beobachten, ob es Verständnisschwierigkeiten gab und diese so genau wie möglich zu identifizieren, um die Anleitung im weiteren Projektverlauf anpassen und so verständlich wie möglich machen zu können.
Langfristig soll die Anlage möglichst ohne Mitwirkung des SoWaDi-Teams von jedem und jeder aufgebaut werden können.
2014: Mikrobiologische Untersuchungen
Im Sommer 2014 haben wir alle Verbesserungen der 2013 durchgeführten thermischen Untersuchungen in eine neue Konstruktion überführt und diese als erste finale Version in einem weiteren Prototypen realisiert. Anschließend wurden mit Unterstützung des Instituts IWAR der TU Darmstadt und der Entega Untersuchungen zur Mikrobiologie durchgeführt.
Mithilfe einer zeitgeschalteten Pumpe und Ventilen wurde die Anlage automatisiert betrieben. Dabei wurde auch sehr stark verschmutztes Wasser als Input für die Anlage verwendet, um die Funktionstüchtigkeit der Anlage auch für Verschmutzungen sicherzustellen, die wesentlich stäker sind, als in der normalen Benutzung vorgesehen ist. Über einen Zeitraum von mehreren Monaten wurden meist mehrmals täglich verschiedene Parameter – u.a. behandelte Wassermenge, Konzentration der Pathogene, Trübung und pH-Wert – aufgenommen.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in einer Bachelor-Arbeit aufgeführt und finden sich zusammengefasst in Technische Daten unter Abschnitt 6.2 und 6.3.
Wir möchten uns herzlich beim Dezernat 5 der TU Darmstadt sowie bei den unterstützenden Instituten TTD, SurfaceScience und IWAR bedanken.
2013: Thermische Untersuchungen
Im Sommer 2013 haben wir unseren ersten Prototypen auf dem Dach des Center of Smart Interfaces der TU Darmstadt aufgestellt und mit Messtechnik ausgestattet.
Der Prototyp wurde mit einem geschlossenen Wasserkreislauf betrieben, bei dem das ausgestoßene Wasser gesammelt und über ein Elektroventil regelmäßig wieder dem Einlaufbehälter zugeführt wurde. Mittels eines Drucksensors wurde dabei der Wasserdurchfluss gemessen.
An dem Prototypen zeichneten wir außerdem die solare Einstrahlung auf, sowie Temperaturen an verschiedenen Stellen im Wasserkreislauf und auf dem Absorberblech. Über die folgenden Wochen und Monate konnten wir damit die Berechnungen validieren und die Konstruktion verbessern. Die Messwerte sind teilweise in der wissenschaftlichen Publikation aufgeführt. Der Fokus bei dem Betrieb des Prototypen lag auch auf potenziellen Schwachstellen in der Anlage und Erkenntnisse hinsichtlich Alterung der Materialien und notwendige Wartungsmaßnahmen.
Im darauffolgenden Sommer haben wir mit dem Prototypen alternative Konstruktionen und Materialien getestet. Dadurch konnten wir weitere Alternativen für den Absorberaufbau und die Abdeckung testen sowie die Erfahrungen aus dem Prototypenbau hinsichtlich der eingesetzten Fertigungsverfahren auswerten.