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Planspiel Energie in Hoyerswerda
Teamportrait: Planspielteam des León- Foucault- Gymnasiums Hoyerwerda
Das Planspielteam des Leistungskurses Physik aus Hoyerswerda stellen sich und ihr preisgekröntes Vorhaben vor:
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Die Teilnehmer sind: Tom, Maxim, Robert, Martin, Marcel und David |
Das Team besteht aus sechs Schülern der Klassenstufe 12 und ihrem Physiklehrer als Betreuer. Die Schüler sind Kursteilnehmer im Leistungsfach Physik. Die Teilnehmer sind technisch sehr interessiert und haben auf vielfältigen Interessengebieten ihr Können unter Beweis gestellt. Anlässlich der jährlich stattfindenden Projektwoche in der Jahrgangsstufe 11 haben diese Schüler an der Bearbeitung eines wissenschaftlichen Themas viel Initiative und selbständiges Arbeiten gezeigt. Die theoretische und praktische Lösung eines physikalisch- technischen Problems mit einer selbst erarbeiteten Computersoftware erbrachte diesem Team beim schulinternen Wettbewerb das Prädikat „ Mit sehr gutem Erfolg teilgenommen“ ein.
Vorhaben
Planspielaufgabe:
Schaffen wir die Energiestadt der Zukunft? Könnte sich unsere Schule selbst versorgen? Wie effizient ist die gesteuerte Nachführung von Solaranlagen: Die Energiezukunft unserer Schule mit Solarzellen bis 2015.
Um in Zukunft eine größere Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und nuklearen Energiequellen zu erhalten, ist es notwendig, neue Energiequellen zu erschließen. Die Solartechnik, weltweit verbreitet, bietet aber trotz ihrer Umweltfreundlichkeit noch viele Angriffsflächen für Kritiker und Gegner. Schaut man sich die großflächig angelegten Solarfelder nicht nur in Deutschland an, so muss man feststellen, dass diese technischen Anlagen nicht immer in das Landschaftsbild passen, weil sie einfach zu groß sind.
Die Frage dazu lautet: Wie könnte man die vorhandene Fläche noch effektiver nutzen, um bei gleicher Energieausbeute die Solarflächen zu verkleinern?
Eine Antwort wäre: Die Solarflächen müssten einen Nachlauf senkrecht zur Sonneneinstrahlung besitzen. Also müsste geprüft werden:
„Wie wirtschaftlich ist es, für Solarflächen eine automatische Nachführung senkrecht zur Sonneneinstrahlung zu installieren, um bei gleichem Materialaufwand eine höhere Energieeffizienz zu erzielen?"
Inhaltliche Schwerpunkte:
• Die weltweit eingesetzten Solarmodule haben eine feste Position und somit eine vom Stand der Sonne und Tages- und Jahreszeit abhängige unterschiedliche Energieausbeute.
• Diese Energieausbeute lässt sich rechnerisch erfassen, indem man eine Größe definiert, die von der Zeit, der Jahreszeit, der Tageszeit, der bestrahlten Fläche und vor allem vom Auftreffwinkel der Sonnenstrahlung abhängt. Dazu kann ein Rechnerprogramm erarbeitet werden, das diese Faktoren berechnet.
• Analog dazu wäre die Energieausbeute zu ermitteln, wenn bei einer Nachführung die Intensität der Sonneneinstrahlung nur von der Tageszeit und der Jahreszeit abhängig wäre, da ja der Auftreffwinkel der Sonnenstrahlen jetzt immer 90° beträgt.
• Die Berechnungen und auch Messungen könnten praktischerweise von 10 Uhr bis 16 Uhr begrenzt werden. Dazu misst ein Computer Zeit und Intensität der Sonneneinstrahlung über einen längeren Zeitraum.
• Läge die Effizienz einer Nachführung um x% höher als bei starren Solarmodulen, so würde sich der Einbau einer automatischen Nachführung in t Jahren amortisieren und man könnte auf Dauer Fläche und Material einsparen.
• Ziel der Arbeitsgruppe soll es sein, all diese Daten zu erfassen bzw. zu simulieren, um eine Aussage über die oben gestellte Frage zu bekommen.
• Mit einer Animationsdarstellung wird die Energieeffizienz mit und ohne Nachlauf der Solarmodule dargestellt und verglichen.
Die nächste Stufe dieses Projekts wäre der Bau einer Modellanlage, die im Vergleich die Daten einer starren Solarfläche mit den Daten einer nachgeführten Solarfläche auswertet. Dies könnte als eine Art Wirtschaftlichkeitsstudie betrachtet werden. Sollte sich eine nachgeführte Solarfläche als wirtschaftlich effektiver erweisen, so könnten beispielsweise auch auf den Dächern des Foucault- Gymnasiums und dessen Turnhallen in Zukunft solche Solarmodule installiert werden, um eine teilweise autarke Energiegewinnung für das Gymnasium zu realisieren.
Das Modell einer automatischen Nachführung wurde von Schülern des León- Foucault- Gymnasiums bereits entwickelt und bekam im Rahmen des Wettbewerbs „Jugend forscht“ im Jahr 2009 den Sonderpreis des Staatsministeriums für Wirtschaft zuerkannt.