Zukunftsgeräte
Zukunftsgeräte für Zugpferde
Einführung:
Gemüseanbau mit Zugpferden und Handarbeit ist energieeffizient und bodenschonend. Auf Hof Hollergraben in Norddeutschland wird so seit 2007 Gemüse produziert. Begleitend dazu lief bis 2012 ein Forschungsprojekt. Für die weitere Entwicklung wurden zwei neue Geräte benötigt: Der Grubber "Eco Flow" und der Zwiebelleger. Beide Geräte wurden von Klaus Strüber als Prototyp konstruiert und gebaut.
Die Entwicklung wurde im Sommer 2014 durch eine Crowdfunding-Campagne auf Startnext erfolgreich gefundet und u.a. durch OSE unterstützt. siehe Zukunftsgeräte für Zugpferde auf StarNext
Dabei bringt die Bezeichnung "Zukunftsgeräte" zum Ausdruck, das der Einsatz von Zugpferden keinesfalls antquiert ist, sondern einer zukunftsorientierten Erzeugung von Lebensmitteln in vollem Umfanggerecht wird. Pferde können hoch effizient Energie aus regionaler Pflanzenmasse erzeugen. Außerdem verbessern sich schnell wichtige Grundfunktionen von Böden unter Pferdebewirtschaftung und dadurch steigen auch die Erträge. Das Arbeiten mit Zugpferden in einer Gärtnerei ist von einer wundervollen Atmosphäre geprägt. Sogar das Gemüse reagiert darauf in seiner chemischen Zusammensetzung.
Der globale „Weltagrarbericht“ hat 2008 Ziele für die Landwirtschaft der Zukunft gesteckt, z.B. der Energiesituation der Landwirtschaft oder zu optimalen Flächengrößen. Zugpferde bieten für viele dieser Ziele ein riesiges Potenzial – überall auf der Welt, auch bei uns. Heute und noch viel mehr Morgen.
Kurz: Mit Zugpferden Gemüse zu produzieren, ist sympathisch, umweltfreundlich und zukunftsweisend zugleich.
Die Praxis: In Norddeutschland auf dem Demeterhof Hollergraben wird seit 2008 eine Gemüsegärtnerei mit Zugpferden betrieben. Es geht! Die Böden verbessern sich, der Dieselzapfhahn verstaubt. Vermarktet wird das „pferdische“ Gemüse über eine regionale Wirtschaftsgemeinschaft (auch CSA oder SoLaWi genannt), die den Bewirtschaftern eine feste Einnahmequelle ermöglicht. Begleitend zum Gemüseanbau findet im Hollergraben ein langjähriges Forschungsprojekt („Humussphäre“) statt. Gemeinsam mit Universitäten, freien Wissenschaftlern, Stiftungen und Privatpersonen werden von 2005 bis 2012 in über 10 Teilprojekten handfesten Ergebnissen erreicht.
Fazit: Zugpferdeeinsatz ist praxistauglich im Gemüseanbau, braucht aber weitere Entwicklung, die mit diesem Doppel-Projekt vorangetrieben wird. Die Baupläne werden durch das OpenSourceEcology-Netzwerk bereit gestellt und als OpenSource allgemein verfügbar gemacht. Somit wird ein substanzieller Beitrag dazu geleistet, das sinnvolle Geräte zur nachhaltig ökologischen und ölonomischen Erzeugung von Lebensmitteln preiswert selbst gebaut werden können ("OpenEco") und somit der Einsatz von Zugpferden für Gärtnereien unterstützt wird.
Anwendungen: Zwei neue Geräteprototypen
Forschung hört nie auf. In der Werkstatt von Hof Hollergraben wurden, basierend auf der langjährigen Praxiserfahrung beim Zugpferdeeinsatz, in 2014 zwei neue Geräte entwickelt und gebaut, die es bisher in dieser Form noch nicht gab und denen selbst gestandene Zugpferde-Experten wie die Amish Anerkennung und Respekt entgegenbringen würden.
Der Pferdegrubber Eco Flow
Um Gemüse anzubauen, braucht man schöne, feine Erde. Auf lehmigen und tonigen Böden ist das nicht immer ganz einfach zu erreichen mit den klassischen Zugpferdegeräten wie z.B. der Egge. Der Boden bleibt oft grobschollig.
Deshalb wollen wir ein neues Gerät bauen, den Eco Flow. Dabei soll eine bisher noch nicht erprobte Kombination einer modernen Walze mit bewährten Bauteilen geplant und konstruiert werden. Mit hoher Wahrscheinlichkeit kann der Eco Flow ein so feines Saatbett schaffen, wie es die klassischen Geräte nicht erreichen können.
Der Zwiebelleger
Für den Anbau von Speisezwiebeln werden kleine Steckzwiebeln in die Erde gelegt. Kleine Gemüsegärtnereien wie der Hollergraben machen das in Handarbeit mit entsprechenden hohen Lohnkosten. Für den großflächigen Zwiebelanbau gibt es Maschinen, deren Anschaffungskosten aber für kleine Betriebe zu hoch sind.
Was fehlt, ist ein kleines Gerät, das preiswert ist und trotzdem Lohnkosten spart.
Die Lösung: Der Zwiebelleger. Er soll bequem von einem Mensch geschoben werden können und dabei schonend und schnell Zwiebeln stecken. Das Konzept beinhaltet Referenzimplementierungen auf drei unterschiedlichen Komplexitätsstufen, für jeweils drei verschiedene Anwendungsbereiche und Leistungsanforderungen:
Rahmenbedingungen
OK, ein maximaler Ertrag aufgrund optimaler Systemkontrolle an sich ist natürlich auf jeder der drei Ebenen wünschenswert. Es ist aber ohnehin ein Ziel des Solarbox-Projektes, die Gemeinsamkeiten aller drei Skalierungslevel zu identifzieren, um daraus ein abstraktes und übergeordnetes Modell zu erstellen, welches die grundlegenden Komponenten einer Solarbox darstellt und dokumentiert.
Konzeptuelle Gemeinsamkeiten aller drei Level sind z.B:
- Lademodus CCCV
- Balancing und BMS
- Grundkomponenten wie Panels, Akku, Laderegler
- LiFePo4, 2000 Zyklen, hochstrom- und schnellladefähig
- Netzvorrangschaltung
- Daten-Visualisierung
Die Skalierung hingegen bietet die Möglichkeit den Arbeitsansatz so zu gestalten, dass man zunächst auf dem niedrigschwelligen Level der Powerbank mit der Entwicklung beginnt und die daraus gewonnen Erfahrungen dann soweit möglich auf die beiden höheren Level überträgt oder aber sich eben auf die Höherskalierung konzentriert.
Im Mittelpunkt der Entwicklung steht auf jeder Ebene die Ladereglertechnik (Hardware) und Datenvisualisierung (Software), aber auch Dinge wie die Komponentenauswahl stellt gerade für Einsteiger aufgrund eines unüberschaubaren Angebotes eine schwer zu überwindende Hürde dar. Das Internet kann ist dabei nicht unbedingt hilfreich, weil in einschlägigen Foren jeder eine andere Meinung hat, welches das beste System sei ;) .
Die Solarbox hingegen bietet Referenz-Implentierungen mit erprobten Komponenten und Bezugsquellenangaben (BOMs) und Bauplänen. Daher werden die Komponenten auch als fester Bestandteil des UniProKit Baukasten-Standards in Form eines Solar-Sets in den UniProKit-Bauteilekatalog eingegliedert.
Orientierung; ähnliche Technologien
Ladregler-Technik an sich ist nichts Neues, aber ein Grossteil davon bezieht sich auf Blei-Säure- oder NiCad/NiMh-Akkus. Im Bereich Lithium gibt es Einiges für LiPO-Akkus, das wäre theoretisch auch für LiFePO4 verwendbar, allerdings setzt das voraus, das Schwellen-Werte wie Lade- und Entlade-Schlussspannung frei prograqmmiert werden können. Bei den vielen Hersteller-Lösungen in diesem Bereich handelt es sich jedoch oft um hochintegrierte Chips, welche autonom, d.h. Nicht-uC-gesteuert, arbeiten und feste Werte sozusagen hardverdrahtet haben. D.h., man ist davon abhängig, was der Hersteller glaubt, welche Parameter sinnvoll wären. Das hängt aber wiederum von der Art der Anwendung ab, also z.B. ob man die Akku-Kapazität unbedingt bis zum letzten Quentchen ausnutzen möchte (z.B. Modellflug-Anwendung, oder Mobile-Devices) oder aber gezielt darauf verzichtet, etwa zugunsten einer Verfielfachung der Zyklenzahl (Inselanlage-Storage). Ausserdem ist die LiFePO4-Technologie noch relativ jung, so das teilweise noch gar nicht so richtig klar ist, welche Parameter tatsächlich optimal sind und was die Anzahl an bereits verfügbaren Lösungen deutlich einschränkt.
Weitere Einschränkung ergibt sich dadurch, dass der Laderegler auch "solarfähig" sein soll und dadurch, dass Laden und Entladen quasi gleichzeitig möglich sein müssen. D.h., z.B. für Pedelecs oder Modellflug verfügbare Laderegler gehen davon aus, dass der Akku während der Ladephase vom Pedelec abgeklemmt ist und nicht gleichzeitig auch genutzt wird.
Dadurch bedingt, und durch die LiFePO4-spezifischen Anforderungen an Balancing/Equalizing und BMS ergibt sich, das ein passender Laderegler keineswegs eine triviale Sache ist. Sofern hier überhaupt bereits verfügbare Lösungen existieren (was aber eher nicht der Fall ist), sind sie sehr teuer, was eine Eigenentwicklung erforderlich macht.
In Bezug auf die Skalierbarkeit ist noch anzumerken, das theoretisch noch zwei höhere Level denkbar wären, das wäre zum einen ein großes Haus-System mit bis zu 30KWp Panelleistung und zum anderen ein Speicher-Kit zum Umrüsten eines Autos auf Elektroantrieb, mit Speicherkapazitäten von 20KWh. Aber in beiden Bereichen gibt es bereits anderweitige kompetente Lösungen und zum anderen würde man damit sowohl von den technischen als auch von den "reglementativen" Anforderungen her in Bereiche vordringen wo eine Entwicklungsarbeit weit jenseits dessen liegt, was wir mit unseren derzeitgen Möglichkeiten stemmen könnten.
Organisatorisches
Entwickler-Team
Oliver Schlüter (Hauptverantwortlicher Ansprechpartner)
Roadmap and Log
- 02.09.2014 Projektstart
- 13.09.2014 Projekt-Seite im Wiki erstellt
Aktueller Entwicklungs-Status
13.09.2014 Das Projekt befindet sich noch in der Planungs- und Evaluierungs-Phase. Als Einstieg wird zunächst versucht, einen einfachen Solar-Laderregler für LiFePo4-Akkus im Sinne der ersten Stufe "Solarbox Powerbank" zu entwickeln, als Grundlage und um sich der LiFePO4-Technologie überhaupt erstmal anzunähern.
ToDo next
- SolarBox-PowerBank als Proof-of-Concept entwickeln
- Untergeordnete WIKI-Seiten für die drei Teilprojekte erstellen
Open Tasks
- Wiki-Projektseite:
- Bildmaterial, Grafiken, Skizzen
- Ausführliche Beschreibung des Projekes:
- Details zur Funktion und technischen Prinzipien
- Details zum Konstruktions- und Herstellungsprozess
- Problembehandlung: Wo klemmts gerade, was hindert besonders?
- Entwurf, Planung, Design
- Entwicklung und Konstruktion
- Prototyp testen, Meßdaten, Optimierung
- Bill of Materials
- Dokumentation
- Release-Versionen, Erweiterungen
- Verbreitung, User-Gallerie
Spenden
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Kontakt
- Oliver Schlüter - persönliche Nachricht
- Forum - Diskussion
Literatur und Links
| Referenz | Beschreibung |
|---|---|
| [1] | Wikipedia zum Thema LiFePO4-Akkus |
| opensource-solar.org | Präsentation zu OpenHardware Solar-Charger für LiFePO4-Akkus |