Solarstrom kann eine kleine Anzuchtanlage im Klassenzimmer betreiben, und der Aufbau ist dabei selbst eine gute Unterrichtsstunde. Die ehrliche Antwort für die meisten Schulen lautet aber: Eine normale Steckdose, abgesichert durch einen bescheidenen Akku, ist günstiger, einfacher und genauso zuverlässig. Solar lohnt sich dann, wenn die Anlage den Lastabwurf eigenständig überstehen soll oder wenn es beim Bau gerade darum geht, erneuerbare Energie zu vermitteln. Dieser Leitfaden behandelt Verbraucher, Auslegung, Sicherheit und die Kostenabwägung, damit Sie den richtigen Weg wählen können.

Ermitteln Sie, was Ihre Anlage tatsächlich zieht

Bevor Sie ein Modul auslegen, addieren Sie die Verbraucher. Eine kleine Hydroponikanlage im Klassenzimmer hat drei: eine Wasserpumpe, die die Nährlösung umwälzt, eine Luftpumpe, die sie mit Sauerstoff versorgt (nicht jedes System hat eine), und eine Pflanzenlampe. Die Pumpen sind winzig, meist nur wenige Watt. Die Lampe ist fast immer der große Verbraucher, und sie entscheidet über Ihr gesamtes Energiebudget.

Rechnen Sie jeden Verbraucher in Wattstunden pro Tag um, indem Sie die Leistung mit den Betriebsstunden multiplizieren. Eine 5-W-Pumpe im Dauerbetrieb verbraucht rund 120 Wh am Tag. Eine 30-W-LED-Pflanzenlampe, die 14 Stunden läuft, kommt auf etwa 420 Wh. Zusammengenommen landet ein System mit einer Ebene bei knapp einer halben Kilowattstunde pro Tag. Diese Zahl, nicht die Modulgröße, ist das, wofür Sie eigentlich auslegen.

Für den Winter auslegen, nicht für den Sommer

Der Solarertrag hängt von den Sonnenstunden ab, und in Kapstadt sind die im Winter am niedrigsten – genau dann, wenn kurze, bedeckte Tage dazu verleiten, die Pflanzenlampe länger laufen zu lassen. Legen Sie die Anlage für einen hellen Februarnachmittag aus, reicht sie im Juni nicht. Legen Sie stattdessen für den schlechtesten Monat aus.

Gehen Sie der Reihe nach vor:

1. Addieren Sie die täglichen Wattstunden aller oben genannten Verbraucher.
2. Teilen Sie durch realistische winterliche Sonnenstunden (rechnen Sie mit drei bis vier, nicht mit den sommerlichen fünf bis sechs), um die Modulleistung zu erhalten, und schlagen Sie rund 30 % für Verluste in Verkabelung, Laderegler und Akku auf.
3. Legen Sie den Akku so aus, dass er Lampe und Pumpe über Nacht plus einen trüben Tag trägt, und planen Sie nicht damit, ihn leer zu fahren. Blei-Säure- und AGM-Akkus mögen es nicht, unter etwa die Hälfte zu fallen; Lithium verträgt mehr.
4. Runden Sie jeden Wert auf. Ein überdimensioniertes Modul und ein größerer Akku kosten etwas mehr, ersparen Ihnen aber in der dunkelsten Woche des Jahres eine tote Anlage.

Beim Akku geht es eigentlich um den Lastabwurf

Für die meisten Klassenräume liegt der eigentliche Wert eines Akkus nicht in vollständiger Netzunabhängigkeit. Er liegt darin, ein Lastabwurf-Fenster zu überbrücken, meist ein paar Stunden, damit die Pumpe Wasser und Sauerstoff weiter zu den Wurzeln bringt. Ein Umlaufsystem, das zwei Stunden stillsteht, ist ein größeres Risiko als eine Lampe, die genauso lange aus ist. Pflanzen vertragen eine kurze Zeit ohne Licht weit besser als Wurzeln stehendes Wasser.

Das rückt den ganzen Aufbau in ein anderes Licht. Sie müssen nicht zwingend Ihren gesamten Strom selbst erzeugen. Sie brauchen genug gespeicherte Energie, um die Pumpe am Leben zu halten, wenn das Netz ausfällt. Ein kleiner Akku an einem Netzladegerät oder eine günstige USV leistet das für einen Bruchteil der Kosten einer kompletten Solaranlage.

Sicherheitsgrundlagen

Wasser und Strom sitzen hier am selben Tisch, halten Sie die Verkabelung also langweilig und niedervoltig. Ein paar Regeln decken das Meiste ab:

• Betreiben Sie die Anlage wo immer möglich mit 5 V oder 12 V und halten Sie Netzsteckdosen, Stecker und Verlängerungskabel weit vom Tank entfernt.
• Setzen Sie eine Sicherung dicht an den Akku und immer einen ordentlichen Laderegler zwischen Solarmodul und Akku.
• Verwenden Sie im Klassenzimmer geschlossene AGM- oder LiFePO4-Akkus, niemals offene Blei-Säure-Akkus, die Gas abgeben und Säure verlieren können.
• Legen Sie jedem Kabel eine Tropfschlaufe, damit Wasser abläuft, statt zu einem Stecker zurückzulaufen, und verlegen Sie Leitungen so, dass niemand stolpert.
• Lassen Sie jede Verkabelung zu Modul und Akku von einem Erwachsenen erledigen; die Niedervoltseite mit Sensoren und Pumpe können die Schülerinnen und Schüler bauen.

Wann Netzstrom plus USV der klügere Kauf ist

Wenn im Klassenzimmer ohnehin eine Steckdose nahe am Anzuchttisch sitzt, rechnen Sie nach, bevor Sie ein einziges Modul kaufen. Die gesamte Anlage zieht ungefähr so viel wie eine Glühbirne, sodass eine kleine USV oder ein 12-V-Akku an einem Erhaltungsladegerät sie für weit weniger Geld durch einen typischen Ausfall trägt als ein Solaraufbau. Rechnen Sie damit, dass Modul, Laderegler und Akku einer vollen Solaranlage mehr kosten als die Anzuchtanlage, die sie versorgen.

Volle Solarversorgung ist in drei Fällen die richtige Wahl: Es gibt keine passende Steckdose, Sie wollen eine mobile Anlage, die Sie nach draußen oder in einen anderen Raum mitnehmen können, oder das Vermitteln von Solarenergie ist selbst das Ziel. Trifft nichts davon zu, sind Netzstrom plus ein kleiner Akkupuffer meist der vernünftige Kauf – und Sie können später immer noch ein einzelnes Demonstrationsmodul ergänzen, um das Prinzip zu zeigen.

Machen Sie die Stromversorgung zur Unterrichtsstunde

Welchen Weg Sie auch wählen: Die Elektrizität ist eine zu gute Lerngelegenheit, um sie in einem Stecker zu verstecken. Führen Sie Pumpe und Lampe über ein Board und lassen Sie die Klasse protokollieren, was passiert: Modulspannung, Akkustand, ob die Pumpe läuft, und die Wassertemperatur. Ein Board wie der sheenbot∞ kann die Pumpe per Zeitschaltung einschalten, einen Füllstandssensor auslesen und die Werte aufzeichnen, sodass Energie nicht länger abstrakt bleibt, sondern zu einem Diagramm wird, über das die Klasse streiten kann.

Damit wird aus einem Anzuchtregal ein ganzes Halbjahr fächerübergreifender Arbeit: Wattstunden messen in Mathematik, Pflanzenbiologie in den Naturwissenschaften und das Programmieren, das beides verbindet. Wenn Sie es vor einer Entscheidung laufen sehen möchten, buchen Sie eine kostenlose Probestunde in unserer Academy in Kapstadt; Boards, Sensoren und Pumpen gibt es im Store.

Die Kurzfassung

Addieren Sie zuerst die Verbraucher von Pumpe und Lampe, legen Sie Solar für den Winter statt für den Sommer aus und denken Sie daran, dass ein Akku sich vor allem dadurch bezahlt macht, dass er den Lastabwurf übersteht. Für ein Klassenzimmer mit Steckdose an der Wand sind Netzstrom plus eine kleine USV meist günstiger und einfacher als eine vollständige Solarlösung. Heben Sie sich die komplette Anlage für die Fälle auf, in denen Energieunabhängigkeit, Mobilität oder das Lehren von Solarenergie selbst der eigentliche Punkt sind.

Häufige Fragen

Kann ein einzelnes Solarmodul Pflanzenlampe und Pumpe zusammen betreiben?

Bei einem System mit einer Ebene oft ja, solange Sie zusätzlich einen Akku einbauen. Das Modul lädt tagsüber den Akku, und der Akku betreibt Lampe und Pumpe, auch nachts und in bewölkten Phasen. Ein Modul allein, ohne Akku, hört in dem Moment auf, in dem eine Wolke vorbeizieht – der Akku ist also nicht optional.

Sterben die Pflanzen während des Lastabwurfs?

Nicht bei einem zweistündigen Ausfall. Dass die Lampe kurz aus ist, macht nichts. Das größere Risiko ist die stehende Pumpe in einem Umlaufsystem – wenn Sie also nur eine Sache absichern, sichern Sie die Pumpe ab.