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Das Solarhaus II
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Das Solarhaus soll veranschaulichen, dass außer Kernkraft auch noch andere alternative Energiequellen existieren. Außerdem soll betont werden, dass sich Solarenergie auch rentiert und keine futuristische Utopie unter den regenerativen Energiequellen darstellt.
Wir versuchen mit Hilfe von Solarzellen alltägliche Dinge, die durch eine Glühbirne, eine Uhr etc. vertreten werden, darzustellen. Allerdings wurde das Haus so konstruiert, dass auch andere Energiequellen angeschlossen werden können, was durch angebrachte Buchsen begünstigt wird.
PHASE 1
Wir haben uns überlegt, wie man einen Schaltplan für ein Solarhaus konstruiert und versucht, diesen auf Papier wiederzugeben. Anschließend haben wir uns den Schaltplan nochmals durchdacht, um auftretende Probleme zu optimieren und einen Maßstab zu konstruieren. Als nächstes haben wir geeignetes Material besorgt und den Schaltplan vorsichtig auf einer ausgemessenen Kunststofffläche vorgezeichnet und ein improvisiertes Modell von dem Solarhaus kreiert. Außerdem haben wir eine Liste von dem noch benötigten Material erstellt und den Kostenfaktor errechnet.
PHASE 2
Nun, da wir das Modell festgelegt haben, beginnen wir, die Halterung für die Solarplatten zu konstruieren und geeignete Solarzellen auszusuchen. Anhand von verschiedenen Versuchen haben wir die Stärken der einzelnen Solarzellen festgestellt und die benötigte Anzahl errechnet. Allerdings haben wir den Stromkreis des Solarhauses mit Buchsen versehen, so dass auch andere Energiequellen angeschlossen werden können und wir nicht von einer abhängig sind.
Unter anderem haben wir auch Zwischenversuche mit Objekten, die für das Solarhaus geeignet sind, durchgeführt, um herauszufinden, welche davon für unser Projekt in Frage kommen. Zu diesen Objekten hat auch das Peltier-Thermoelement gehört, was die Eigenschaft besitzt, durch Wärmeaufnahme auf einer Seite kalt und durch Wärmeabgabe auf der anderen Seite warm zu werden, was wiederum dadurch zu erklären ist, dass an eine Gleichstromquelle angeschlossene Halbleiterkontakte eine Temperaturdifferenz hervorrufen, die den sogenannten Peltier-Effekt darstellt. Dieser Effekt ist zwar relativ schwach, doch er ist stark genug gewesen, um von den menschlichen Rezeptoren bemerkt zu werden.
Außerdem haben wir noch eine Leuchtdiode größerer Masse ausgesucht, sowie noch ein paar andere Objekte, wie z.B. eine Uhr mit Quarzuhrwerk, einen empfindlichen Motor, der für Solarzellen besonders geeignet ist und zwei Buchsen, an denen ein beliebiges Objekt angeschlossen werden kann.
Zusätzlich haben wir eine Akkuaufladestation installiert, an der man sowohl Akkus aufladen als auch an den Hauptstromkreis anschließen kann. Wir benutzen hierfür Nickel-Metall-Hydrid Akkus, da uns diese Art Akku am effektivsten vorkam, auch wenn sie Nachteile gegenüber anderen Akkus hat, die jedoch durch besondere Vorteile neutralisiert werden. Zum einen hat der NiMH-Akku den Vorteil, dass er frei von toxischen Schwermetallen ist, wie Blei, Cadmium und Quecksilber. Außerdem besitzt er nicht den negativ wirkenden Memory-Effekt, der häufig bei anderen Akkus auftritt. Allerdings ist er nicht schnellladefähig, was bei anderen Akkus wiederum als Vorteil gewertet werden kann; dafür hat der NiMH-Akku mehr Kapazität bei gleicher Baugröße. Aber er hat eine größere Selbstentladungsrate als bei NiCd-Akkus (ca. 30 Tage!), und er kann nicht so hohe Stromstärken abgeben wie andere Akkus, daher ist er nicht für z.B. Rennmotoren im Modellbau geeignet. Zusätzlich ergibt sich noch folgendes Problem beim Aufladen: Damit keine Überladung stattfindet ( auch halb entladene Zellen können ja nicht voll aufgeladen werden, ohne dass ein Memory-Effekt auftritt), benötigt man spezielle Ladegeräte ( Delta-Peak-Verfahren). Beim normalen Aufladen sollte man bei 10% der Kapazität mit 12 - 14 Stunden rechnen, da der Akku sich sonst sehr leicht überladen kann. Bei beschleunigtem Aufladen wird mit 30% der Kapazität ein Zeitraum von 5 Stunden benötigt. Bei einem vollgeladenen Akku beträgt die Spannung 1,52 Volt ( bei weniger als 20°C Raumtemperatur), bei entladenem Zustand beträgt die Spannung höchstens 0,9 Volt pro Zelle.
PHASE 3
Nun, da alle Teile vorhanden sind, können wir mit der Montage der Vorderwand beginnen. Der auf der Kunststofffläche vorgezeichnete Konstruktionsplan wird nun mit einem schwarzen Filzstift nachgezeichnet, und es wird begonnen die ersten Buchsen zu installieren. Gleichzeitig werden die anderen Bauteile des Solarhauses mit einer rotfarbigen Lacksubstanz bestrichen. Während die Lackfarbe trocknet, beginnen wir die anderen Bauteile auf die Kunststofffläche zu montieren. Nun werden die einzelnen Versuche aufgezeichnet und protokolliert, was alles über den Computer gemacht wird. Außerdem wird eine Dokumentation über das gesamte Projekt angefertigt, was dieser Text darstellt.
PHASE 4
Nun, da der Aufbau beendet und alle zusätzlichen Arbeiten erledigt sind, ist dieses Projekt soweit abgeschlossen.
Das Solarhaus soll zeigen, dass Solarenergie eine durchaus interessante Alternative zu anderen Energiequellen darstellt und auch in vielen Bereichen benutzt werden kann. Wir hoffen, dass durch dieses Projekt einigen Menschen die Solarenergie besser veranschaulicht wird und sie den Sinn und Zweck dieser wertvollen, regenerativen Energiequelle verstehen.
Erklärung des Stromkreises vom Solarhaus
Diese Skizze soll einem den Stromkreis des Solarhauses veranschaulichen und die Funktionen der einzelnen Objekte darstellen.
Der Stromkreis ist an einen negativen und positiven Pol angeschlossen; somit kann man verschiedene Energiequellen an ihn anschließen. Wir haben uns dazu entschlossen, den Strom durch sechs Solarzellen zu erzeugen. An den Stromkreis sind mehrere Objekte angeschlossen, wie z.B. eine Uhr und ein Led. Diese Objekte können mit Hilfe des Stromkreises in Betrieb genommen werden. Außerdem sind an den Stromkreis ein Voltmeter, Amperemeter, Akku und ein PC-Anschluss eingebunden.
Wie man in der Skizze erkennen kann, gibt es mehrere Schalter, die alle von 1-7 durchnummeriert sind. Diese sieben Schalter haben alle unterschiedliche Aufgaben: Schalter Nummer 1 ist in diesem Stromkreis der Hauptschalter. Mit diesen kann man den ganzen Stromkreis unterbrechen. Die Schalter Nummer 2 - 5 haben die Aufgabe, die verschiedenen Objekte mit in den Stromkreis einzuschließen oder auszuschließen. Mit Schalter Nummer 6 ist es möglich alle Objekte in den Stromkreis einzubinden (natürlich ist es dafür erforderlich, dass schon vorher die Schalter 2 - 5 eingeschaltet wurden), oder die Objekte nur durch diesen einen Schalter auszuschließen. Der letzte Schalter (Nummer 7) dient zum Aufladen des Akkus, denn wenn der Schalter aktiviert wird, dann wird der Akku aufgeladen.
Wie man sieht, ist der Stromkreis sehr flexibel, und man kann durch die vielen verschiedenen Schalter den Stromkreis sehr leicht regulieren.
Untersuchung der Effizienz von verschiedenen Solarzellen
Wir haben verschiedene Solarzellen untersucht, um herauszufinden, welche Solarzellen die größte Effizienz haben. Dabei schließen wir verschiedene Solarzellen an einen einfachen Stromkreis an. Außerdem ist noch ein Amperemeter im Stromkreis vorhanden. Mit diesen kann man die Stromstärke der Solarzellen messen. Letztendlich entschließen wir uns, ein Dünnschicht-Solarmodul auszusuchen. Es ist für uns die günstigste, aber auch eine sehr effiziente Solarzelle.
Die Dünnschicht-Solarmodule garantieren uns aufgrund des Stapelzellenaufbaus höchste stabilisierte Wirkungsgrade. Diese Module sind optimiert für Beleuchtungsverhältnisse im Außenbereich, können aber auch bei geringen Beleuchtungsstärken arbeiten. Die Solarzellen befinden sich hinter einem robusten Glas und sind auf der Rückseite mit einem widerstandsfähigen Lack geschützt.
Das Team:
Christoph Cichy,
Daniel Hübsch
und Benjamin Etzel
Fragen, Kritik und Anregungen:
Roland Jorek
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