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Drehbuch M7: Unterschied zwischen den Versionen
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== Unsere Umsetzung == |
== Unsere Umsetzung == |
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[[File:07.jpg|center|500px|Photovoltaik-Versuche - Christiani]] |
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=== <div align=center>Aktuell verwendete Versuchskoffer von IKS-Solar</div> === |
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=== <div align=center>Versuchsaufbau der Photovoltaik Versuche (Quelle: www.christiani.de)</div> === |
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= Technische Beschreibung = |
= Technische Beschreibung = |
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An zwei Versuchsständen werden betreute Versuche in Kleingruppen (5-7 Personen) zu den Themen Solarenergie und Windenergie durchgeführt. Dabei werden Experimentiertische der Firma Christiani verwendet. Diese Arbeitstische ermöglichen eine Fokussierung bei den durchgeführten Versuchen auf die Nachhaltige Energienutzung. |
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Zwei Ergometer werden umgebaut, dass sie über einen Motor Gleichstrom erzeugen können. Die recht unkonstante Leistung wird über Kondensatoren gepuffert. Die in den Ergometern erzeugte Gleichstrom wird mit Wechselrichtern in Wechselstrom umgewandelt. Dieser Strom kann wie "Strom aus der Steckdose" zum Betrieb verschiedener Verbraucher benutzt werden. Dabei werden die Verbraucher so verschaltet, das sie bei einer erreichter Leistungsstufe einen jeweiligen Verbraucher aktivieren: |
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* ab 6 W Leistung -> Energiesparlampe leuchtet |
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* ab 60 W Leistung -> Klassische Glühlampe leuchtet |
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* ab 250 W Leistung -> Monitor funktioniert |
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* ab 1000 W Leistung -> Wasserkocher bringt Wasser zum Kochen |
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Nach einer Sensibilisierung der gesamten Besuchergruppe an einem zentralen Ort vor dem Versuchsaufbau werden die Besucher in Kleingruppen von 5 bis 7 Personen aufgeteilt und an die Versuchstische gebracht. Dort werden, angeleitet von geschulten Betreuern, verschieden geschaltete Versuche durchgeführt und die Ergebnisse in einen persönlichen Kontrollzettel einzutragen. Diese Kontrollzettel werden nach jedem Versuch ausgewertet und besprochen. |
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Im Rahmen der verschaltung der Ergometer soll es möglich sein, die Ergometer einzeln aber auch kombiniert zusammen zu betreiben. |
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Hierfür sind spezielle Schalter vorzusehen, mit denen man den Betrieb umstellt. |
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Weiterhin soll ein Energiezähler verschaltet werden, der die erzeugte Energie einem momentan eingeloggten Konto zuordnen kann, damit im Konto des momentanen Benutzers ein Zähler erzeugte Energie hochgezählt werden kann. |
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Die Versuchsreihenfolge lautet wie folgt: |
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Für die Visualisierung und Messung der Ergebnisse ist jedes Ergometer mit einem Computer auszustatten. Dieser PC dient zur Messwertaufzeichnung. Weiterhin sollen die Ergometer mit sturzsichern und geschützt ausgeführten Tablets im Bereich des Lenkers ausgestattet werden. Diese Tablets sollen als Tastatur und Eingabemedium dienen und werden am Mess-Computer angeschlossen. Hier kann man sich mit seinem Community-Konto einloggen oder auswählen ob der erzeugte Strom in das Stromnetz eingespeist wird oder zum Betrieb der verschiedenen angeschlossenen Verbraucher benutzt wird. Jeweils vor den Ergometern wird ein 32" LED-Monitor in gesicherter Ausführung angebracht. Dieser Monitor wird an dem Mess-Computer angeschlossen und dient sowohl als Ausgabemedium für die aktuellen Erzeuger-Werte, als auch zur Ausgabe von Erreichten Verbraucherstufen oder Schaltungsmöglichkeiten der Ergometer (Einzelbetrieb oder Teamleistung). |
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* Workshop Windenergie: |
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** Versuch 1: Vom Wind zum Sturm im Modell |
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** Versuch 2: Energieausbeute in Abhängigkeit von der Flügelstellung |
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** Versuch 3: Grenzen des Systems |
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** Versuch 4: Der optimale Standort für den Windenergiekonverter |
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* Workshop Solarenergie: |
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** Versuch 1: Stromerzeugung mit Strahlungsenergie aus Sonne, Neonröhre und Lampe |
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** Versuch 2: Energieausbeute in Abhängigkeit vom Einfallswinkel |
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** Versuch 3: Energieausbeute bei Schatten auf den Solarzellen |
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** Versuch 4: Mögliche Energieausbeute am Standort Helgoland |
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Jeder Workshop ist mit einer Dauer von ca. 45 Minuten kalkuliert und für eine Personenzahl von 5 bis 7 Personen konzipiert. Mindestens sollten 3 Personen teilnehmen. |
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Für die Betreuung des Workshops ist technisch geschultes Personal notwendig, da Schaltungen vorgenommen werden müssen. Pro Workshop ist eine Person für die Durchführung des Workshops vorzusehen. |
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Nach jedem Versuch wird eine Nachbesprechung und abschließend eine geleitete Diskussion über die Machbarkeit und Nachaltigkeit durchgeführt. |
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Die Versuche in beiden Workshops bauen aufeinander auf und benötigen die im Rahmen des pädagogischen Konzepts festgelegte Reihenfolge. |
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Visualisierung: |
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Bei der Durchführung der Versuche werden sowohl mit Multimetern Strom und Spannung gemessen als auch Versuche durchgeführt, bei denen auf an den Versuchsständen angebrachten Touchscreens erreichte Werte abgelesen werden müssen. Abschließend soll die gesamte Gruppe versuchen, mit ihren aus den einzelnen Energieträgern (Sonne und Wind) errechneten Werten einen nachhaltigen Energiemix zu erzeugen. Diese Simulation soll auf einem Großdisplay für alle sichtbar durchgeführt. Dazu werden Schieberegler, die eine Anzahl von Wind- oder Solaranlagen angeben, in Stellung der berechneten Werte positioniert. Mit einem Simulationsbutton können sie durchkalkuliert und auf Systemstabilität und Ausfallswahrscheinlichkeit geprüft werden. Das Ergebnis wird symbolisch als Ampel angezeigt. |
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Zur Steigerung der Attraktivität der sachlichen Darstellung der Daten wird ein autostereoskopisches Display zur 3D-Darstellung benutzt. |
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= Maße / Raumbedarf = |
= Maße / Raumbedarf = |
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Zur Ermittlung des erforderlichen Platzbedarfs ist eine Simulation nach LEAN-Aspekt Ergonomie durchgeführt worden. |
Zur Ermittlung des erforderlichen Platzbedarfs ist eine Simulation nach [http://de.wikipedia.org/wiki/Lean_Management LEAN-Aspekt Ergonomie] durchgeführt worden. |
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Die Freiräume für Personen sind mit 1m² pro Person berechnet worden. Die |
Die Freiräume für Personen sind mit 1m² pro Person berechnet worden. Die Positionierung der Freiräume wird wie folgt vorgenommen: |
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[[File:Platzbedarf_Workshop2.jpg|center|1000px|Platzbedarf der Medienstation 3: Energie erlebbar machen]] |
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=== <div align=center>Simulation des Platzbedarfs der Medienstation |
=== <div align=center>Simulation des Platzbedarfs der Medienstation M7</div> === |
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Damit ein entspannter Betrieb der Medienstation M7 gewährleistet werden kann, ist eine Fläche von 34 m² vorzusehen, da die Station von allen Seiten zugänglich sein soll. |
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Durch die Simulation werden für einen entspannten Betrieb ein Breite von 4,5 x 1m = 4,5m. |
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Sollte mehr Platz zur Verfügung stehen, sollten ruhig 44 m² für diese Station verwendet werden. Zusammen mit Station M3 und einer Freifläche von 10 m² kommt der Energieraum auf eine Gesamtfläche von 70 m² |
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Für die Länge des Bereichs, in dem die Medienstation M3 aufgebaut wird gilt: 3 x 1m + 2 x 1,5m = 6m. |
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Also ergibt sich für den Flächenbedarf der Station M3: 27m² |
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= Inhaltliche Beschreibung / Szenario = |
= Inhaltliche Beschreibung / Szenario = |
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Die Besucher sollen im Rahmen der weiteren Sensibilisierung für nachhaltige Energieträger in der Rolle des Forschers die Komplexität und Zusammenhänge der Energieträger innerhalb eines lokalen Szenarios erkennen. Folgende Teilziele werden analog zu Medienstation M3 verfolgt: |
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Im Rahmen der Sensibilisierung für den Energiebegriff sollen an einer ersten Station, zu Beginn des Weges durch die Ausstellung, im Bewußtsein des Besuchers unvoreingenommen folgende Ziele spielerisch vermittelt werden: |
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* Die unterschiedlichen Energiearten (Licht, Strom, Wärme) sollen individuell spürbar gemacht werden. |
* Die unterschiedlichen Energiearten (Licht, Strom, Wärme) sollen individuell spürbar gemacht werden. |
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* Die Selbstwirksamkeit bei der Energieerzeugung soll erfahren werden. |
* Die Selbstwirksamkeit bei der Energieerzeugung soll erfahren werden. |
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* Teamarbeit soll initiiert und genutzt werden. |
* Teamarbeit soll initiiert und genutzt werden. |
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Dies soll technisch durch folgenden Aufbau realisiert werden: |
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* 2 umgebaute Ergometer bieten die Möglichkeit, selbst aktiv Energie zu erzeugen. |
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* Diese Ergometer sind an einer Skala mit verschiedenen Verbrauchern angeschlossen. |
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* Die Verbraucher sind von schwach nach stark angeordnet, d. h. der kleinste Verbraucher ist eine Glühbirne und es steigert sich bis hin zu einem Wasserkocher mit 1000W als stärkster Verbraucher. |
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* Das Ziel Teamarbeit wird realisiert über eine Zusammenschaltung der beiden Fahrräder um gemeinsam eine höhere Gesamtleistung zu erzielen |
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* Die Selbstwirksamkeit wird in jeglicher Tätigkeit an den Ergometern erfahrbar, da eine direkte Reaktion der Verbraucher erfolgt |
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Inhaltlich soll der Besuch der Station wie folgt ablaufen: |
Inhaltlich soll der Besuch der Station wie folgt ablaufen: |
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* Die Besucher |
* Die Besucher werden in den Bereich der Medienstation M7 geführt |
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* Handouts werden zu beiden Workshops ausgeteilt |
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* Mit dem Ausprobieren der Ergometer sollen die Generatoren Strom erzeugen und die minimalsten Verbraucher zum Leuchten bringen. |
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* Durch betreute Selbstversuche werden die oben genannten Ziele vermittelt |
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* Die Besucher erkennen die Funktion des aufgebauten Systems: "Ich kann selbstwirksam Energie erzeugen" |
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* In der Endsimulation werden die errechneten Werte zu einem "gesunden", stabilen Energiemix zusammengesetzt |
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* Sie versuchen einzeln die immer stärker werden Verbraucher zu aktivieren |
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* Optional können für erreichte Teilziele bei den Versuchen Punkte auf ein oder mehrere Community-Konto(s) für eingeloggte Benutzer verteilt werden. |
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* Im Wettstreit zum anderen Ergometer werden immer höhere Leistungen erzielt |
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* Gemeinsam in Teamarbeit kann der stärkste Verbraucher effektiv betrieben werden. |
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* Möglicher alternativer Verlauf: Der Besucher loggt sich mit seinem Community-Konto ein und überträgt die erzeugte Energie in das Stromnetz und bekommt damit einen Eintrag auf sein Community-Konto. |
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Aktuelle Version vom 6. März 2015, 14:38 Uhr
Station
M7
Titel der Station
Regionale Energie-Autarkie
Projektverantwortliche
Prof. Dr. Michael Radermacher
Institut
Institut für Mathematik- und Technikdidaktik (IMT)
Abbildung
Inhaltlicher Ablauf des Helgoland-Workshops
Einleitung des Szenarios im Hörsaal und Aufteilung in Forschergruppen
In den Laboren werden die Handouts zu den Versuchen verteilt und in Kleingruppen betreut bearbeitet (Foto: Vorderseite - Handout Solar)
Auf der Rückseite des Handouts werden Bilder der zu untersuchenden Schaltung gegeben
Schülerinnen und Schüler bei den Solarenergieversuchen
Schülerinnen und Schüler bei den Windenergieversuchen
Als letzter Versuch jedes Workshops erfolgt eine Bewertung des untersuchten Energieträgers im Bezug auf Machbarkeit, Nachhaltigkeit und Eigenständigkeit.
Unsere Umsetzung
Versuchsaufbau der Photovoltaik Versuche (Quelle: www.christiani.de)
Technische Beschreibung
An zwei Versuchsständen werden betreute Versuche in Kleingruppen (5-7 Personen) zu den Themen Solarenergie und Windenergie durchgeführt. Dabei werden Experimentiertische der Firma Christiani verwendet. Diese Arbeitstische ermöglichen eine Fokussierung bei den durchgeführten Versuchen auf die Nachhaltige Energienutzung.
Nach einer Sensibilisierung der gesamten Besuchergruppe an einem zentralen Ort vor dem Versuchsaufbau werden die Besucher in Kleingruppen von 5 bis 7 Personen aufgeteilt und an die Versuchstische gebracht. Dort werden, angeleitet von geschulten Betreuern, verschieden geschaltete Versuche durchgeführt und die Ergebnisse in einen persönlichen Kontrollzettel einzutragen. Diese Kontrollzettel werden nach jedem Versuch ausgewertet und besprochen.
Die Versuchsreihenfolge lautet wie folgt:
- Workshop Windenergie:
- Versuch 1: Vom Wind zum Sturm im Modell
- Versuch 2: Energieausbeute in Abhängigkeit von der Flügelstellung
- Versuch 3: Grenzen des Systems
- Versuch 4: Der optimale Standort für den Windenergiekonverter
- Workshop Solarenergie:
- Versuch 1: Stromerzeugung mit Strahlungsenergie aus Sonne, Neonröhre und Lampe
- Versuch 2: Energieausbeute in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
- Versuch 3: Energieausbeute bei Schatten auf den Solarzellen
- Versuch 4: Mögliche Energieausbeute am Standort Helgoland
Jeder Workshop ist mit einer Dauer von ca. 45 Minuten kalkuliert und für eine Personenzahl von 5 bis 7 Personen konzipiert. Mindestens sollten 3 Personen teilnehmen. Für die Betreuung des Workshops ist technisch geschultes Personal notwendig, da Schaltungen vorgenommen werden müssen. Pro Workshop ist eine Person für die Durchführung des Workshops vorzusehen. Nach jedem Versuch wird eine Nachbesprechung und abschließend eine geleitete Diskussion über die Machbarkeit und Nachaltigkeit durchgeführt. Die Versuche in beiden Workshops bauen aufeinander auf und benötigen die im Rahmen des pädagogischen Konzepts festgelegte Reihenfolge.
Visualisierung: Bei der Durchführung der Versuche werden sowohl mit Multimetern Strom und Spannung gemessen als auch Versuche durchgeführt, bei denen auf an den Versuchsständen angebrachten Touchscreens erreichte Werte abgelesen werden müssen. Abschließend soll die gesamte Gruppe versuchen, mit ihren aus den einzelnen Energieträgern (Sonne und Wind) errechneten Werten einen nachhaltigen Energiemix zu erzeugen. Diese Simulation soll auf einem Großdisplay für alle sichtbar durchgeführt. Dazu werden Schieberegler, die eine Anzahl von Wind- oder Solaranlagen angeben, in Stellung der berechneten Werte positioniert. Mit einem Simulationsbutton können sie durchkalkuliert und auf Systemstabilität und Ausfallswahrscheinlichkeit geprüft werden. Das Ergebnis wird symbolisch als Ampel angezeigt. Zur Steigerung der Attraktivität der sachlichen Darstellung der Daten wird ein autostereoskopisches Display zur 3D-Darstellung benutzt.
Maße / Raumbedarf
Zur Ermittlung des erforderlichen Platzbedarfs ist eine Simulation nach LEAN-Aspekt Ergonomie durchgeführt worden. Die Freiräume für Personen sind mit 1m² pro Person berechnet worden. Die Positionierung der Freiräume wird wie folgt vorgenommen:
Simulation des Platzbedarfs der Medienstation M7
Damit ein entspannter Betrieb der Medienstation M7 gewährleistet werden kann, ist eine Fläche von 34 m² vorzusehen, da die Station von allen Seiten zugänglich sein soll. Sollte mehr Platz zur Verfügung stehen, sollten ruhig 44 m² für diese Station verwendet werden. Zusammen mit Station M3 und einer Freifläche von 10 m² kommt der Energieraum auf eine Gesamtfläche von 70 m²
Inhaltliche Beschreibung / Szenario
Die Besucher sollen im Rahmen der weiteren Sensibilisierung für nachhaltige Energieträger in der Rolle des Forschers die Komplexität und Zusammenhänge der Energieträger innerhalb eines lokalen Szenarios erkennen. Folgende Teilziele werden analog zu Medienstation M3 verfolgt:
- Die unterschiedlichen Energiearten (Licht, Strom, Wärme) sollen individuell spürbar gemacht werden.
- Die Dimension des Energiebegriffs soll erahnt und bewertet werden.
- Die Potenziale sinnvoller Energienutzung sollen erkannt werden.
- Indiviuell sollen reale Ziel und Handlungsalternativen entwickelt werden.
- Die Selbstwirksamkeit bei der Energieerzeugung soll erfahren werden.
- Teamarbeit soll initiiert und genutzt werden.
Inhaltlich soll der Besuch der Station wie folgt ablaufen:
- Die Besucher werden in den Bereich der Medienstation M7 geführt
- Handouts werden zu beiden Workshops ausgeteilt
- Durch betreute Selbstversuche werden die oben genannten Ziele vermittelt
- In der Endsimulation werden die errechneten Werte zu einem "gesunden", stabilen Energiemix zusammengesetzt
- Optional können für erreichte Teilziele bei den Versuchen Punkte auf ein oder mehrere Community-Konto(s) für eingeloggte Benutzer verteilt werden.
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