Bis 2025 möchte der Senegal seine CO₂-Emissionen im Vergleich zu 2018 um 37 Prozent senken. Hierbei spielt vor allem Solarenergie eine entscheidende Rolle.
Das westafrikanische Land besitzt für flächendeckende Photovoltaik allerbeste Voraussetzungen: Bei der Sonneneinstrahlung gibt es nur geringe Schwankungen. Tagsüber ist der Sonnenstand hoch, morgens und abends kommt es lediglich zu einer kurzen Dämmerung. Aufgrund des steilen Lichteinfalls erreichen Solarzellen bei waagerechter Ausrichtung hier bereits einen hohen Wirkungsgrad. Dem Erfolg der Solarenergie im senegalesischen Energiemix steht jedoch ein Widersacher im Weg: Staub aus der Sahara. Mit dem Nordostpassat gelangen mineralische Staubpartikel ins Land. Pro Jahr landen auf jedem Quadratmeter rund 200 Gramm Staub. Leistungseinbußen von mehr als 20 Prozent sind die Folge für die Solarparks.
Bisherige Reinigungsmaßnahmen erwiesen sich entweder als ausgesprochen mühsam oder als nicht nachhaltig. Daher entwickelte ein Team von Studierenden an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW Hamburg) in einem Bachelorprojekt ein neuartiges System für die Solarreinigung. Es trägt den Namen „SeneSet“, der sich aus dem Anfang des Landesnamens und dem Wort „set“ zusammensetzt. In Wolof, der verbreitetsten Umgangssprache des Landes, bedeutet es „sauber“. Das Team wird von Prof. Dr.-Ing. Anna K. Usbeck betreut, die als Professorin für Konstruktion und CAD am Institut für Konstruktion und Produktentwicklung (IKP) der HAW Hamburg tätig ist. Für den Prototypenbau nutzen die Studierenden den item Systembaukasten. Hierbei profitieren sie vor allem von der durchgängigen Modularität und dem geringen Gewicht der Profiltechnik.
Eine Idee – unbegrenzte Möglichkeiten
Flexibel, robust und hochwertig: Der item MB Systembaukasten ist seit über 40 Jahren die optimale Lösung für alle konstruktiven Aufgaben im Maschinen- und Betriebsmittelbau.
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Der Weg zu einer zeitsparenden und ressourcenschonenden Reinigungslösung
Seit einigen Jahren beschäftigt sich Anna Usbeck intensiv mit der nachhaltigen Energieerzeugung im Land, besonders mit Photovoltaik. Früh wurde ihr eines deutlich: „Es braucht für die Reinigung der Solarpanele eine neue, angepasste Technologie. Sie muss für die individuellen Bedingungen geeignet, bezahlbar und wartbar sein.“ Bisher werden im Senegal entweder manuelle Reinigungsgeräte mit meterlangen Stangen oder Dieseltraktoren mit Wasser und Bürsten eingesetzt. Doch diese Systeme sind entweder mühsam zu bedienen oder nicht nachhaltig. Die neue Reinigungslösung der Hamburger Studierenden hingegen ist effizient und reinigt ressourcenschonend. Der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) fördert das innovative Projekt mit ca. 50.000 Euro.
Den Rahmen von SeneSet bildet eine Konstruktion aus item Profilen, die sechs Meter lang und ungefähr eineinhalb Meter breit ist.
SeneSet ist folgendermaßen aufgebaut: Den Rahmen bildet eine Konstruktion aus item Profilen, die sechs Meter lang und ungefähr eineinhalb Meter breit ist. Acht kleine Fahrwerke mit Rollen stützen das Gerät. Auf den Rollen lässt es sich von einem Solarpanel zum anderen transportieren. Eine Roboterlösung kam aus verschiedenen Gründen nicht infrage: Da sich nichtgeführte Reinigungsroboter auf der Fläche selbstständig orientieren müssen, benötigen sie zusätzliche Sensorik. Durch Staub und Korrosion kann die Sensorik jedoch leicht ausfallen. Auch die Regelung wäre hier komplexer. Zudem müsste sich ein autonomer Roboter auf den Panels bewegen, was je nach Steigung sehr aufwändig und oft auch langsamer ist. Nicht zuletzt soll SeneSet im Senegal produziert werden: „Daher möchten wir möglichst wenig Komponenten verbauen, die nicht vor Ort beschafft und dort von den Ingenieuren implementiert werden können“, sagt Anna Usbeck.
Berechnung zeigt das Potenzial: 20 statt 174 Arbeitsstunden
Dank eines Kurbelantriebs bewegt sich ein Teil des Systems mit rotierender Walze im rechten Winkel zur Fahrtrichtung, also in Längsrichtung des Rahmens. Eine Bürste nimmt dabei den Staub auf. Für den Wechsel von einer Solarpanel-Reihe zur anderen wird das System angehoben und neu platziert. Es lässt sich von Hand, aber auch mit einem Hochleistungs-Akku-Schrauber antreiben. Hier ist das Team noch mit Optimierungsmaßnahmen beschäftigt, damit der Schrauber möglichst lange am Stück läuft. Auch die Art der Bürste ist noch nicht endgültig festgelegt. An einem Prüfstand werden demnächst Nass- und Trockenreinigungsvarianten mit verschiedenen Bürsten beziehungsweise Gummi- und Textilstreifen getestet. Bei diesem Konzept ist das Reinigungsmodul austauschbar, sodass später unterschiedliche Varianten einsetzbar sind. Berechnungen sprechen allerdings schon jetzt eine deutliche Sprache: Bei konventioneller Reinigung der 6.960 Solarpanels per Hand werden etwa im Solarpark in Diamniadio 174 Arbeitsstunden benötigt. Mit SeneSet wären es nur noch 20 Stunden.
Mit Solinger Profiltechnik zum Praxistest in den Senegal
„An der HAW Hamburg arbeiten wir oft mit Profilen der Firma item, weil sie leicht sind und die Längen haben, die wir benötigen. In der Vorentwicklung oder beim Prototypenbau lassen sie sich sehr gut verwenden. Hier ändert sich immer noch einiges und aufgrund der Verbindungstechnik kann man alles einfach anpassen“, betont Professorin Usbeck. Daneben nennt sie den Leichtbau und die Steifigkeit als Vorteile der item Profiltechnik. Zunächst wurden Profile mit den Maßen 30 x 30 mm genutzt. Hier zeigte sich, dass sich der Rahmen aufgrund der beachtlichen Länge von sechs Metern leicht durchbog. Daher wurde eine entsprechende Anpassung vorgenommen. Zudem ist eine weitere Variante mit den Maßen 60 x 30 mm in Planung, um diesem Effekt vorzubeugen. Diese soll zusätzlich mit item Rollen ausgestattet werden, während zuvor Skateboard-Rollen im Einsatz waren. Für SeneSet und zwei Studierende aus dem Bachelorprojekt ging es im Februar 2023 in den Senegal. Das auseinandergebaute System für die Solarreinigung wurde dafür während des Flugs in einem Container untergebracht. Im Zwei-Megawatt-Solarpark von Diamniadio fand der erste Praxistest statt, etwa 30 Kilometer Luftlinie östlich von Dakar entfernt. Mit der nahegelegenen Ecole Supérieure Polytechnique de Dakar (ESP in Dakar) besteht ein enger Austausch. „Wir müssen noch etwas optimieren, aber SeneSet funktioniert auf jeden Fall“, sagt Professorin Usbeck zum Ergebnis.
Die Studierenden aus dem Senegal sind von item als Anbieter begeistert und haben die Profile direkt in ihre Konstruktion eingebaut. Man kann wirklich sagen, dass die technische Sprache global ist.
Bald darauf folgte ein zweimonatiger Gegenbesuch von Dozenten und Master-Studierenden der ESP: Die jungen Gäste begannen ebenfalls mit der Entwicklung eines Prototyps. Dabei machten sie zum ersten Mal Bekanntschaft mit Profilen von item, wie Professorin Usbeck berichtet: „Die Studierenden aus dem Senegal sind von item als Anbieter begeistert und haben die Profile direkt in ihre Konstruktion eingebaut. Man kann wirklich sagen, dass die technische Sprache global ist.“ Sie entschieden sich für Profile mit dem Maß 40 x 40 cm. Diese haben den Vorteil, dass sie steifer als die Profile mit 30 x 30 cm sind. Darüber hinaus verfügen sie über breitere Nuten, sodass zusätzlich das Zahnstangenprofil von item eingebracht werden kann. Der Reiniger der senegalesischen Studierenden soll nämlich nicht mit Zahnriemen, sondern mit einem Motor über ein Zahnrad am Reinigungsschlitten angetrieben werden. Bei der Konstruktion des Rahmens haben sie direkt das kostenfreie item Engineeringtool genutzt. Insgesamt gibt es jetzt drei verschiedene Varianten des Reinigungssystems auf Basis von item, die miteinander konkurrieren. Ein eigener Wettbewerb wird hier noch das Siegerteam küren. Idealerweise steht am Ende eine marktreife Lösung, die mit einem Start-up im Rücken die Energiewende im Senegal tatkräftig unterstützt.
Gegenseitige Unterstützung und gemeinsame Bewältigung der Energiewende
SeneSet ist nicht das einzige Kooperationsprojekt zwischen der HAW Hamburg und der ESP in Dakar: „Cooperation to Focus on Renewable Energy Education (CO2FREE)“ wird zudem ebenfalls vom DAAD gefördert. Derzeit liegt der Fokus auf der Curriculumentwicklung für einen Bachelor-Studiengang an der ESP in Dakar im Bereich Erneuerbare Energien. „Dabei wollen wir ganz nah an den Anforderungen der Industrie sein. Es geht um Fragen wie: Was muss man lehren, damit sich Absolventinnen und Absolventen erfolgreich bei Unternehmen der Solarindustrie oder auch der Wasserstofftechnik bewerben können? Da ist einiges im Umbruch“, sagt Imke Rieken, Projektmanagerin von CO2FREE an der HAW Hamburg. In beiden Ländern sind die Herausforderungen grundverschieden. Während das Durchschnittsalter der Bevölkerung in Senegal circa 18 Jahre beträgt, ist Deutschland mit einem Fachkräftemangel konfrontiert. Zugleich ist in der senegalesischen Hochschullandschaft noch Aufbauarbeit nötig. Somit gibt es großes Potenzial für gegenseitige Unterstützung: „Die Energiewende können wir nur zusammen vorantreiben. Wir benötigen einen globalen Nachwuchs für eine gemeinsame zukünftige Welt“, hebt Anna Usbeck hervor.
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