Willibald-Gluck-Gymnasium

„Modell eines modernen Stromnetzes“ - 1. Platz beim Wettbewerb Vision-Ing21

Die Spannung war kaum auszuhalten bei der Siegerehrung - als dann der 1. Platz in der Altersgruppe “L“ ausgerufen wurde, war der Jubel groß!

Ein Schuljahr hat das P-Seminar 2013/15 unter Leitung von Fr. Englert, die für das Konzept des Seminars ebenfalls bei Science on stage ausgezeichnet wurde, ein Modell eines modernen Stromnetzes entwickelt und am 4. Juli an der FAU Erlangen beim Finale Vision-Ing21 mit einem Ausstellungsstand und einem Vortrag im Hörsaal präsentiert.

Der Schülerwettbewerb Vision-Ing21 ist ein Projekt des Förderkreises Ingenieurstudium e.V. der Universität Nürnberg-Erlangen. Mit einem externen Partner wird im Laufe eines Schuljahres ein technisches Projekt realisiert.

Das Modell des modernen Stromnetzes zeigt mit Hilfe von Displays und Leuchtanzeigen das Zusammenspiel von Erzeugern und Verbrauchern für jede Stunde eines fest gewählten Tages. Maßgebliche Größe für das Modell ist die momentan bereit gestellte bzw. die benötigte Leistung der Erzeuger bzw. der Verbraucher. Um ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Erzeuger- und Verbraucherleistung zu verwirklichen, verglichen die Schüler das Stromnetz mit einer Waage: Man stelle sich die Erzeuger auf der einen und die Verbraucher auf der anderen Seite der Waage vor. Nun wird versucht, die Waage so gut wie möglich im Gleichgewicht zu halten. Überwiegt die Erzeugerleistung, so existiert ein Überschuss an Energie, überwiegt der Verbrauch, so liegt ein Mangel an Energie vor. In beiden Fällen wird die Waage aus dem Gleichgewicht gebracht.

Eine Schülergruppe wertete dazu reale Daten für Erzeuger- und Verbraucherleistungen aus, die der Energieversorger N-ERGIE zur Verfügung stellte. Die Schüler erzeugten charakteristische Leistungskurven für verschiedene Erzeuger und Verbraucher: Trägt man beispielsweise für eine Photovoltaikanlage die momentan erzeugte Leistung über die Zeit auf, so erkennt man, dass die Leistung in der Nacht 0W beträgt , über den Tag ansteigt, ein Maximum annimmt und dann wieder abfällt. Ein Bauernhof dagegen benötigt die meiste Energie am Morgen und am Abend. Es wurde den Schülern beispielsweise klar, dass ein Bauernhof nicht mit einer PV-Anlage ohne Speichermöglichkeit versorgt werden kann.

Für das Modell wurden verschiedene Erzeuger und Verbraucher auf einer 1 x 1 Meter großen Holzplatte montiert. Displays zeigen die momentan erzeugte Leistung und die verbrauchte Leistung über einen Tag an. LEDs demonstrieren hohen Stromverbrauch bzw. hohe Erzeugungsleistung. Das Modell erinnert an eine Modelleisenbahnlandschaft. Die Steuerung der Displays erfolgt mit einem Arduino-Mikrocontroller und zwei weiteren Controllern, die die Komponenten (z.B. die Beleuchtung), das Windrad und die Anzeigen steuern.

Der externe Partner SEMIKRON setzte die Steuerung gemäß dem Datenmodell um und fertigte das Windrad, die Schüler bauten die Modelle für die Gebäude und die Laternen. Eine weitere Schülergruppe entwarf einen Schaltplan für die Straßenbeleuchtung, eine andere Gruppe machte sich mit dem Arduino vertraut und programmierte eine Lampensteuerung. Modelle wurden aus Holz geleimt, elektrische Schaltungen gelötet, Laternen gebastelt, Landschaften modelliert und Modellstraßen geklebt.

Das Ergebnis ist im Zeitrafferfilm zu sehen.

U. Englert

Siegerehrung:


Ausstellungsstand: