Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Thema Regenerative Energien ist hoch aktuell. Anlagen solcher Art in der Schule erm\u00f6glichen der jungen Generation, sich erstmals praktisch mit dem Thema regenerativer Energiesysteme intensiver auseinander zu setzen. Die Anschaffung von erneuerbaren Energien er\u00f6ffnet neue innovative Arbeitsprojekte f\u00fcr verschiedene Unterrichtsf\u00e4cher. Praktische und theoretische Kenntnisvermittlung erlangt einen ganz neuen Stellenwert in der Ausbildung. Auch die Standardfertigkeiten lassen sich bei erneuerbaren Energien innovativ anwenden. Zukunftsweisende Ausbildung sichert neue Arbeitspl\u00e4tze und bessere Vermittlungschancen auf dem Arbeitsmarkt und wirkt somit standortsichernd. Erneuerbare Energien geben den Initiatoren und Investoren die M\u00f6glichkeit, sich sinnvoll und effektiv f\u00fcr den Erhalt unserer Umwelt einzusetzen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie erste Stufe war die Erstellung der Photovoltaikanlage. Sie war betriebsbereit, bevor die weiteren regenerativen Energien in den folgenden Ausbaustufen erstellt wurden:
\nThermo-Solaranlage.
\nSie ist so konzipiert, dass Flachkollektoren und Vakuumr\u00f6hren (je eine Einheit) umschaltbar (messtechnisch erfassbar am PC durch Messf\u00fchler, Flussmelder, etc.) f\u00fcr das Brauchwasser im Raum F203 genutzt werden. Alle wichtigen Anlagenteile sind zum besseren Verst\u00e4ndnis und zur Demonstration \u00fcbersichtlich im Raum F203 mit entsprechenden Messeinheiten angeordnet. Da selbst durch die zwei kleinen Einheiten \u00fcbersch\u00fcssige Energie erzeugt wird (speziell im Sommer), sorgt ein Absorber f\u00fcr funktionsfreies Arbeiten.
\nErdw\u00e4rme.
\nEs wird die Erdw\u00e4rme durch Bohrungen ins Erdreich genutzt. In einem geschlossenen Rohrsystem in (6 x 22m tiefen) Bohrungen zirkuliert der W\u00e4rmetr\u00e4ger. Durch eine W\u00e4rmepumpe wird dem W\u00e4rmetr\u00e4ger (spezielles aufbereitetes Wasser) die W\u00e4rme entnommen und damit der Raum F203 beheizt.
\nWindkraftanlage.
\nHier handelt es sich um eine 0,9 kW – Anlage als Demonstrationsanlage. Die Ertr\u00e4ge der Windkraftanlage werden sichtbar durch eine Lampenleistungsanzeige dargestellt.
\nPC-Erfassung.
\nAlle Daten der verschiedenen regenerativen Energien werden im Raum F203 per PC erfasst, ausgewertet, verglichen, verarbeitet und entsprechend ausgegeben. Das Programm ist so erstellt worden, dass jederzeit Benutzer mit kleiner PC-Erfahrung die Gesamtanlage ohne Probleme steuern, regeln und damit arbeiten k\u00f6nnen. Wichtig ist, dass die vier Einzelanlagen als eine Gesamtanlage zusammengefasst werden und diese Anlage entsprechend so auch arbeitet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Automationsanlage Regenerative Energien im Berufskolleg Viersen vereinigt die Energiearten:
\nSonnenenergie in Form von Umwandlung in elektrische Energie; W\u00e4rmeenergie, aufgenommen \u00fcber einen Flachkollektor, einen Vakuum-R\u00f6hrenkollektor sowie \u00fcber einen Brunnen aus der Erde und einer W\u00e4rmepumpe; Windkraft, umgewandelt in elektrische Energie.
\nAlle W\u00e4rme-Energiequellen sind so verschaltet, dass sie gemeinsam auf die parallel geschalteten Verbraucher arbeiten. Das in elektrische Energie umgewandelte Sonnenlicht wird \u00fcber einen netzgef\u00fchrten Wechselrichter in das elektrische Energienetz des Berufskollegs eingespeist. Die vom Windrad auf-genommene mechanische Energie wird \u00fcber einen Drehstromgenerator in elektrische Energie umgewandelt. Sie wird mit einem Akkumulator gepuffert und zum Betreiben einer Leuchtleiste benutzt. Die elektrische Steuerung erfolgt \u00fcber zwei Schaltanlagen, eine f\u00fcr die W\u00e4rmeenergie und eine f\u00fcr die elektrische Energie. Alle Programme zum Steuern und Regeln der Anlage werden in einem PC ausgef\u00fchrt. Zur Visualisierung und Bedienung des Prozesses dienen zwei Flie\u00dfbilder, entsprechend den beiden Anlagenbereichen. Alle relevanten Daten werden bei \u00c4nderungen, mit einem Zeitstempel versehen, in einer Datenbank abgelegt. Aus dieser Datenbank k\u00f6nnen sie f\u00fcr beliebige Zeitfenster angerufen werden. Die Auswertung dieser abgerufenen Daten kann mit einem beliebigen Programm erfolgen, zum Beispiel mit MS-Excel.
\nSchematischer Aufbau der Anlage
\nDer w\u00e4rmetechnische Teilbereich der Anlage ist in zwei logische Teile aufgeteilt. Dieses sind die W\u00e4rmeerzeuger und die Verbraucher, welche gruppenweise parallel geschaltet sind. Die Ausgangstemperatur der W\u00e4rmeerzeuger wird \u00fcber das Regeln des Wasserdurchsatzes eingestellt. Als Stellglied dienen Proportionalventile. Die gemeinsame Mischtemperatur wird mit einem Regler durch das Belasten des W\u00e4rmekreislaufes mit einem K\u00fchler eingeregelt.
\nAls Verbraucher sind die Heizung und die Warmwasseraufbereitung des Leersaales parallel geschaltet. Die Heizleistung der Heizung wird durch das Regeln des Wasserdurchsatzes durch den W\u00e4rmetauscher, welcher zur Entkopplung zwischen W\u00e4rmekreislauf und Heizungskreislauf dient, den Erfordernissen entsprechend geregelt. Das Aufheizen des Brauchwassers erfolgt durch das Ein- und Ausschalten des in den Wasserspeicher integrierten W\u00e4rmetauschers.
\nDer Anlagenteil mit den elektrischen Energieerzeugern besteht aus zwei unabh\u00e4ngigen Teilen. W\u00e4hrend die elektrische Energie, gewonnen aus Sonnenlicht, direkt in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird, wird die elektrische Energie, gewonnen aus Windkraft in einer stufig einstellbaren Listleiste verbraucht. Jede Schaltstufe entspricht 100W elektrischer Energie.
\nM\u00f6glichkeit der Nutzung der Anlage speziell f\u00fcr den Lehrbetrieb
\nGenerelle Anwendung der Anlage im Berufsschulbereich:
\nUntersuchung der Anlage und Anlagenbestandteile, einzeln wie auch in Kombination, sowie Arbeiten in der Steuerungs- und Regelungstechnik
\nSpeziell in der Installationstechnik (Theorie und Praxis)
\nAufbau der Anlage, Verbindungstechnik, Verschaltung der Anlage, Dimensionierung der Ger\u00e4te, Funktion der Teile der Anlage, Erstellen der Hydraulik, Einfache Wirtschaftlichkeitsberechnungen, Messtechnik
\nSpeziell in der Elektroinstallation (Theorie und Praxis)
\nSchaltanlagenkonstruktion, Schaltanlagenbau und -montage, Schaltungsanalyse, Verdrahtung, Schaltpl\u00e4ne, Arbeiten mit Messwertgebern (Aktoren) und Stellgliedern (Reaktoren), Pr\u00e4sentationen der Daten, Einfache Wirtschaftlichkeitsberechnungen, Steuerungs- und Regelungstechnik, Messtechnik
\nSpeziell f\u00fcr die Ausbildung in der Industrie
\nFunktionen der Anlage und Anlagenteile, Steuerungstechnik, Regelungstechnik, Programmierung (SPS), Visualisierung (Anzeige), Messtechnik
\nSpeziell im IT-Bereich
\nSteuerungstechnik, Regelungstechnik, Programmierung, Visualisierung (Window-Programmierung \u00de Prozessdatenbanken), Realzeitprogrammierung, Repr\u00e4sentation der Daten, Messtechnik
\nSpeziell im kaufm\u00e4nnischen Bereich
\nErzeugte Prozessdaten analysieren, auswerten und Schl\u00fcsse daraus ziehen, Wirtschaftlichkeitsberechnungen
\nBerufliche Aus- und Fortbildung nach der Ausbildung (Techniker, Gesellen, Meister, Studenten)
\nSchaltanlagenbau, Konstruktion, Kybernetik, Datenverarbeitung, Betriebswirtschaft<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Diese Anlage soll der \u00d6ffentlichkeit – anderen Schulen, handwerklichen Betrieben und der VHS – zur Besichtigung, zur Demonstration und zur praktischen Weiter- und Ausbildung zug\u00e4nglich sein. Da der Anlagenraum mittlerweile \u00fcber einen Internetanschluss verf\u00fcgt, ist es ein Leichtes, mit Partnerschulen in Europa (seit Jahren gemeinsame Projekte durch Commenius mit den technischen Schulen V\u00e4sterviks Gymnasium in Schweden und Berufsschule St. Veith\/ Klagenfurt in \u00d6sterreich) regelm\u00e4\u00dfigen Datentausch via E-Mail oder Internet vorzunehmen. Es soll die Anlage, sie befindet sich zum Teil au\u00dferhalb der Schule, der \u00d6ffentlichkeit, den Elektrobetrieben, der Handwerkskammer, der Stadt, dem Kreis, der \u00f6rtlichen Presse, etc. vorgestellt und den Sch\u00fclern zum aktiven Gebrauch \u00fcbergeben werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Nach Baubeginn wurde schnell klar, dass die vier regenerativen Anlagen (Fotovoltaikanlage, Thermo-Solaranlage, Erdw\u00e4rme, Windkraftanlage) nicht einzeln nebeneinander arbeiten sollen. Es mussten deshalb neue \u00dcberlegungen angestellt werden, wie man durch entsprechende Flussmengen-, Temperaturf\u00fchler, Regelungen, Steuerungen die vier erneuerbaren Energien in eine Gesamtanlage umfunktionieren kann. Au\u00dferdem muss eine gro\u00dfe Display-Anzeige diese errechneten und aktuellen Daten bei Bedarf anzeigen. Sie kann so als Gesamtheit im Unterricht genutzt werden. Eine solche Anlage ist entwickelt worden und sie ist wohl an einem Berufskolleg einmalig. Da sie so einmalig ist, ist auch ein speziell f\u00fcr die Anlage zugeschnittenes Bearbeitungsprogramm mit Datenbank, Server geschrieben worden. Aus diesen Gr\u00fcnden und auch wegen der erheblichen Verteuerung ergibt sich die versp\u00e4tete Fertigstellung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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