Verwendung von Solarstrom beim Einsatz von Zeitraffer-Systemen

Solarbetriebene Zeitraffer-Kameras

Die permanente Stromversorgung ist eine entscheidende Voraussetzung und mitunter ein Problem bei der Planung von Zeitrafferprojekten. Nicht immer ermöglicht die gegebene Infrastruktur den direkten Anschluss des Systems an das Stromnetz. Der folgende Artikel beschreibt, wie wir mit Hilfe von Solarmodulen den Betrieb der Kameras dauerhaft aufrechterhalten können.

Funktionsweise von Solarmodulen

Solar- oder Photovoltaikmodule wandeln das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Dabei hat der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen starken Einfluss auf die Effizienz der Systeme. Optimale Bedingungen sind bei einem Winkel von 90° gegeben. Je geringer dieser Wert, desto stärker nimmt die Leistung der Solarzellen ab.

Die Bewegung der Erde um die Sonne, ihre Eigenrotation und die Neigung der Erdachse sorgen dafür, dass sich der Einfallswinkel des Lichts über das Jahr hinweg verändert. Am 21. Juni steht die Sonne am nördlichen Wendekreis und am 22. Dezember am südlichen Wendekreis im Zenit (90°). In der Zeit von Juni bis Dezember verschiebt sich dieser optimale Einfallswinkel vom nördlichen zum südlichen Wendekreis und in der zweiten Jahreshälfte entsprechend entgegengesetzt.

Dies zeigt, dass starre Solarmodule über das komplette Jahr hinweg nicht den optimalen Einfallswinkel nutzen. Folgende Tabelle beschreibt in Bezug auf Breitengrad und Monat den entsprechenden Einfallswinkel der Sonnenstrahlen zum optimalen Zeitpunkt (12 Uhr mittags). Die Angaben der Breitengrade beziehen sich auf die Nordhalbkugel (0° entspricht dem Äquator und 90° dem Nordpol) und können im negativen Bereich von 0° bis -90° (Südpol) auf die Südhalbkugel übertragen werden.

Um nun auf den Solarzellen den perfekten Einfallswinkel von 90° zu generieren, muss der Anstellwinkel der Module entsprechend angepasst werden. Dieser errechnet sich aus der Differenz von 90° und dem aktuellen Einfallswinkel der Sonnenstrahlen. Folgendes Beispiel soll dies grafisch verdeutlichen.

Optimale Effizienz von Solarmodulen zum Betrieb von Zeitraffer-Systemen

Für Zeitraffer-Systeme, die ausschließlich mit Akkus betrieben und über Solarmodule geladen werden, ist es wichtig, dass die Energie der Sonne so effizient wie möglich genutzt wird. Unsere Zeitraffer-Systeme arbeiten rund um die Uhr, um dem Kunden jederzeit Änderungen im Aufnahmezeitplan oder an den Kameraeinstellungen zu ermöglichen. Dies bedeutet aber auch, dass nachts die Akkukapazität ausreichen muss, um das System ohne Problem in Betrieb zu halten. Dies kann in den Wintermonaten oft nur funktionieren, wenn die Akkus am Ende des Tages voll aufgeladen sind.

Wir erreichen dies, indem wir den Anstellwinkel der eigentlich starren Module in gewissen Zeitabständen (beispielsweise jeden Monat) anpassen (lassen). Die daraus resultierenden Vorteile können an der oben gezeigten Tabelle abgelesen werden.

Bei einem festen Zeitraffer-System, das bei 50° nördlicher Breite mit einem Anstellwinkel von 26.5° installiert wird, fallen im Juni die Sonnenstrahlen nahezu in einem 90° Winkel auf die Solarzellen. Einen Monat später reduziert sich dieser Wert aber schon auf 82.2° und wieder einen Monat später auf 74.3°.

180° – Einfallswinkel auf der Erde – Anstellwinkel = Einfallswinkel auf Solarmodul:

Juni:         63,5° + 26,5° = 90°
Juli:          55,7° + 26,5° = 82,2°
August:    47,8° + 26,5° = 74,3°

Das entspricht einer Leistungsabnahme von circa 8.5% jeden Monat bezogen auf den optimalen Wert im Juni. Im Dezember hätte man nur noch eine Leistung von rund 50%. Passen wir jeden Monat den Anstellwinkel des Systems an die aktuelle Sonneneinstrahlung an, so erreichen wir, dass die monatliche Leistungsabnahme fast auf 0% fällt.

Juni:        63,5° + 26,5° = 90°
Juli:         55,7° + 34,3° = 90°
August:   47,8° + 42,2° = 90°

Einplanen von Sicherheits-Reserven im Zeitraffer-System

Zeitraffer-Kamera im Winter

Wird beispielsweise der Einsatz unserer Zeitraffer-Kamera über einen kompletten Jahres-Zeitraum geplant, so müssen für den Betrieb im Dezember und Januar entsprechende Leistungsreserven berücksichtigt werden. Denn in diesen Monaten ist die Anzahl der Sonnenstunden pro Tag am geringsten. Hierzu muss das Solarmodul im Gegensatz zu den Sommermonaten ein vielfaches an Fläche und Leistungsreserven aufweisen, um den Akku nahezu auf 100% halten zu können. Ebenso muss der Akku entsprechend größer dimensioniert sein, damit das Zeitraffer-System mehrere Tage ausfallfrei operieren kann – also für den Fall, dass keine Sonne vorhanden ist oder schneebedingt keine Energierückgewinnung durch das Solarmodul erfolgen kann.

Unsere Systeme zeigen online den aktuellen Ladestand des Akkus und senden eine Warn-Nachricht bei zu niedrigem Akkustand an den Kunden. So können im Vorfeld entsprechende Maßnahmen im Notfall eingeleitet werden, ohne einen Ausfall in Kauf nehmen zu müssen.

Sie planen ein Zeitraffer-Projekt und ziehen eine Lösung mittels Solarstrom in Erwägung? Mit unseren autarken Zeitraffer-Systemen und der richtigen Planung verhelfen wir Ihrem Projekt zum Erfolg!

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