Standortannahme: Herborn-Schönbach, 35745
Konzept erstellt von: Sven-Holger Wabnitz
Projektauftrag
Repräsentative Wetterdaten für Herborn-Schönbach gewinnen und den Wasserstand im Grund zuverlässig, solarautonom und ohne Eingriff in das Gewässer messen.
Das Projekt besteht aus zwei fachlich getrennten Messaufgaben:
Die Messsysteme dürfen eine gemeinsame Datenplattform nutzen, bleiben aber von der Lautsprechersteuerung technisch und betrieblich getrennt. Ein Fehler im Umweltportal darf weder Ansagen verhindern noch Zugriff auf die Lautsprechersteuerung ermöglichen.
Wetterfühler an jedem Lautsprechermast würden Kosten, Wartung und Energieverbrauch vervielfachen, ohne einen entsprechenden Mehrwert zu erzeugen. Vorgesehen sind stattdessen ein bis drei repräsentative Standorte. Wo Netzstrom und Internet vorhanden sind, werden sie bevorzugt. Ein Standort ohne Netzstrom kann wie die Pegelstation solar versorgt werden, benötigt aber eine eigene Energie- und Verschattungsrechnung.
Eine Wetterstation kann messen:
Die Niederschlagsmenge wird nicht aus Luftfeuchtigkeit berechnet. Sie wird mit einer Kippwaage oder einem Wägesystem gemessen. Die Software erzeugt daraus Stunden-, Tages-, Monats- und Jahressummen.
Planungsrahmen:
Im Grund stehen weder Netzstrom noch eine gesicherte Datenverbindung zur Verfügung. Ziel ist zunächst die kontinuierliche Messung des Wasserstands. Eine Berechnung von Durchfluss oder Abflussmenge ist erst möglich, wenn Gewässerquerschnitt und Abflusskurve fachlich aufgenommen wurden.
Als Vorzugsvariante wird ein berührungsloser Radarsensor oberhalb des Gewässers untersucht. Er misst den Abstand zur Wasseroberfläche und kommt ohne Sonde, Kabel oder Drucköffnung im Wasser aus. Das reduziert Risiken durch Treibgut, Sediment, Verschmutzung und Wartung. Voraussetzung sind ein stabiler, hochwassersicherer Montagepunkt, ein freier Radarkegel und ein auch bei Niedrig- und Hochwasser geeigneter Messquerschnitt. Ist eine solche Montage nicht möglich, wird als zweite Variante eine belüftete Drucksonde in einem mechanisch geschützten Messrohr geprüft.
Die Solaranlage im Grund wird nicht auf 10–30 W begrenzt. Unter dichtem Baumbestand kann ein größeres Modul mit entsprechend größerem Akku sinnvoller sein als eine sehr knapp ausgelegte Kompaktstation. Entscheidend sind nicht allein die Nennleistung, sondern die tatsächlich freie Himmelsfläche, saisonale Verschattung, Laub, Schnee, Astbruchrisiko und die Leitungslänge zwischen Modul und Technik.
Für die Unterbringung werden vor Ort mindestens zwei Varianten verglichen:
Beide Varianten müssen oberhalb der maßgeblichen Hochwasserlinie stehen und gegen unbefugtes Öffnen, Diebstahl, Tierverbiss, umstürzende Äste und Feuchtigkeit geschützt sein. Vorgesehen werden verdeckte oder manipulationshemmende Befestigungen, Türkontakt beziehungsweise Gehäuseöffnungsmeldung, geschützte Kabelwege und eine unabhängige mechanische Sicherung schwerer Teile. Eine Kamera ist nicht Bestandteil der Grundausstattung.
Ein Technikhaus ist nur dann sinnvoll, wenn Eigentümer, Forst, Gewässerverantwortliche und gegebenenfalls zuständige Bau- oder Naturschutzstellen Standort und Ausführung zulassen. Fundamente, Einzäunungen oder Geländeveränderungen werden nicht vorgesehen, bevor Hochwasserabfluss, Wartungszufahrt und Genehmigungsweg geklärt sind.
Die Tieftemperaturtauglichkeit gilt für die gesamte Messstation und nicht nur für den Laderegler. Sensor, Datenlogger, Funkmodem, DC/DC-Wandler, RTC, Speicher, Kondensatoren, Steckverbinder und Akku müssen den festgelegten Temperaturbereich laut Datenblatt abdecken und ihn im aufgebauten Gerät praktisch bestehen. Nachgewiesen werden Kaltstart, Messung, Speicherung, Funkübertragung und zulässiges Laden bei der niedrigsten Auslegungstemperatur.
Frost allein erzeugt in trockener Elektronik normalerweise keinen Kurzschluss. Trotzdem ist nicht jede Elektronik automatisch frosttauglich: Bauteilwerte, Kondensator-Innenwiderstand, Oszillatoren, Relais, Displays und Batterieleistung können sich bei Kälte stark verändern. Ein isoliertes Gehäuse oder Technikhaus bleibt ohne eigene Wärmequelle nach längerer Zeit ebenfalls nicht warm. Deshalb wird bevorzugt mit geeignet spezifizierten Komponenten gearbeitet; eine Heizung wird nur vorgesehen, wenn Messung und Energiebilanz sie wirklich erforderlich machen.
Zusätzlich ist Kondensation zu verhindern. Auch ein dichtes Gehäuse kann bei Montage eingeschlossene Feuchte enthalten oder durch Temperatur- und Druckwechsel feuchte Luft einziehen. Vorgesehen werden deshalb trockene Montage, geeignete Kabelverschraubungen, hydrophober Druckausgleich, korrosionsarme Materialien, ausreichende Kriechstrecken und bei Bedarf Schutzlack beziehungsweise austauschbares Trockenmittel. Temperatur- und Feuchtesensoren melden Bedingungen, bei denen Tauwasser entstehen kann.
Kommerzielle Solar-Pegelstationen zeigen, dass Radar, Datenlogger und LTE-M an freien Standorten grundsätzlich bereits mit kleinen Solarmodulen betrieben werden können. Das ist nur ein technischer Referenzpunkt. Wegen der Waldverschattung im Grund wird die Modulgröße nicht aus einem Katalogwert übernommen und kann deutlich höher ausfallen. Sie folgt aus einer Standortmessung, dem realen Funkverbrauch und einer PVGIS-Off-grid-Rechnung. Für Frostbetrieb kommen ein konkret freigegebener LTO-Akku oder ein anderes Batteriesystem mit nachgewiesener Tieftemperaturstrategie infrage.
Die Station liefert zunächst Messwerte und betriebliche Hinweise. Sie ist keine amtliche Hochwasserwarnanlage. Soll aus ihren Werten später eine Warn- oder Einsatzentscheidung ausgelöst werden, sind fachlich festgelegte Schwellen, redundante Plausibilisierung, dokumentierte Verantwortlichkeiten und ein eigener Abnahmeprozess erforderlich.
Ein belastbarer Kostenrahmen für den Grund kann erst nach der Standortprüfung und anhand konkreter Lieferantenangebote erstellt werden. Damit wird vermieden, vor Kenntnis von Montagehöhe, Funkweg und Verschattung den falschen Sensor oder eine zu kleine Solaranlage anzusetzen.