Projekt Burning Point

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3 Projekt Burning Point Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung und Aufgabenstellung 2 2. Planung 3 3. Bau des Modellhauses 5 4. Bau der verspiegelten Satellitenschüssel 6 5. Fragenkatalog 8 6. Zusammenfassung 11 1

4 Einleitung Die Idee für unser Projekt hatte Mario Hinterholzer. Auf den Aufruf des Lehrers zu einem Projekt für JuFoTech machten wir uns Gedanken. Da es zum Thema Optik und Wärmelehre passt, entschieden wir uns dafür, uns Gedanken über Sonnenenergie zu machen. Wir trafen uns ca. zehn mal zu je 2 Stunden also ein relativ aufwendiges Projekt. Jedes mal erhielten wir von unserem Lehrer Aufgaben, die zu lösen waren. Materialien und Hilfestellung zum Bau unserer Modelle erhielten wir ebenfalls. Aufgabenstellung Entwurf und Bau eines Niedrigenergie-Hauses und dessen Versorgung durch Sonneneinstrahlung. Vorteile gegenüber gewöhnlichen Solaranlagen nennen. 2

5 Planung Als erstes trafen wir uns an einem Nachmittag das Ganze zu planen. Wir sollten uns überlegen, was wir alles benötigen und wie es dann ungefähr aussehen soll. So erstellten wir einige Skizzen und informierten uns im Internet. Übersichtsskizze 3

6 Weitere Skizzen und Entwürfe Plan der Halterung Materialliste Holz, Plexiglas, eine Satellitenschüssel, Alufolie, Schläuche, Kupferdraht,... gehörten zu unserer Materialliste. 4

7 Bau des Modellhauses Die Aufgaben wurden verteilt und wir starteten mit der Arbeit. Unser Plan war es, ein Niedrigenergie-Haus zu bauen, das durch die Sonne geheizt wird. Wir versuchten möglichst viele Wände durch Glas zu ersetzen, dass sich das Haus auch durch die Sonne erhitzt. Deswegen verwendeten wir auch schwarze Farbe. Mit den Kupferleitungen bauten wir eine Fußbodenheizung. Das Wasser darin soll durch die Schüssel erwärmt werden. 5

8 Bau der verspiegelten Satellitenschüssel Wir überlegten lange, wie wir die Schüssel verspiegeln sollen. Zuerst wollten wir sie mit Spiegelmosaik auslegen. Diese Steinchen hätten aber zu viel gekostet. Also entschieden wir uns für eine einfache Alufolie, welche wir mit doppelseitigem Klebeband aufklebten. Gute Spiegel könnten Sonne bis zu 94% widerspiegeln... unsere Folie sicher nicht. Die Spannung stieg, ob es überhaupt möglich ist, höhere Temperaturen im Brennpunkt zu erreichen... 6

9 Bei den ersten Tests waren wir erstaunt, wie stark die Sonne konzentriert wurde. Wir erreichten im Brennpunkt Temperaturen bis über 600 C. Es war jedoch nicht einfach die Schüssel ideal auszurichten. Für eine Heizung eines Hauses müsste man also einen Mechanismus bauen, der die Schüssel ausrichtet. Also gingen wir zurück ans Werk... und stellten es fertig. Mario Hinterholzer, Julian Kern, Philip Salcher, Dominik Dejaco Gesamter Aufbau Materialprobleme wegen Hitze 7

10 Fragenkatalog und Ergebnisse Was ist die Einheit der Energie? Joule Was ist die Einheit der elektrischen Energie (elektrischen Leistung)? Watt Erkläre den Begriff Wirkungsgrad! Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Energie umgesetzt wird! z.b.: 90% Wirkungsgrad Warum haben wir bei unserem Aufbau einen schlechten Wirkungsgrad? Schlechtes Material, schlechte Verarbeitung, keine Isolierung Wie könnte man Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln? Solaranlagen, Photovoltaik, Spiegelkraftwerke (die Sonne erhitzt Wasser oder Ähnliches; der entstehende Dampf treibt Turbine und somit einen Generator an...) Wie viel Energie liefert die Sonne pro Quadratmeter? ~1,4 kw/m² Wieviel Sonnenenergie können wir mit unserem Experiment nutzen? Fläche der Schüssel? Ungefähre Fläche der Satellitenschüssel: 3846,5 cm² ~ 0,4 m² Sonnenleistung auf unserer Fläche => 0,56 kw Wie funktioniert das Bündeln des Lichtes? (Zeichnung) 8

11 Worauf ist zu achten, wenn man möglichst viel Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln möchte? Dass wenig Energie verloren geht und somit viel Sonnenenergie in Wärme umgewandelt werden kann. Wie kann man unsere Idee noch nützen, falls keine Elektrizität hergestellt wird? Wenn die Stromproduktion nicht gut funktioniert, kann man Warmwasser gewinnen. Was ist beim Bau eines Niedrigenergie-Hauses zu beachten? Gedämmte (isolierte) Mauern, gedämmte Fenster, viele Fenster (Sonnenlicht), Glasdach Welche Temperaturen konnten wir bei den ersten Tests im Brennpunkt erreichen? ~600 C Wir machten den Fehler immer frisches Leitungswasser zu verwenden! Was war dabei das Problem? Das Wasser wurde nicht schnell genug erwärmt und blieb somit kühl. Die Leitungen und Behälter müssten isoliert werden. Welches Problem würde im Winter entstehen? Wenn man normales Wasser verwendet, könnte es gefrieren. Welche Gefahren bestehen bei unseren Versuchen? Man könnte erblinden, wenn man sich im Brennpunkt befindet. Man könnte sich verbrennen. Brandgefahr Überdruck 9

12 Wie groß müsste der Spiegel ca. sein, um (mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad) einen Haushalt mit ausreichend Warmwasser zu versorgen? Für Heizung und Warmwasser! (Bsp. Energiebedarf für ein Niedrigenrgiehaus mit 140 m² Wohnfläche = 6 kw/tag, 6 Stunden Sonnenscheindauer, Wirkungsgrad 90%) 1376 Watt * 0,9 = 1230 Watt / m² Die Leistung im Brennpunkt bei 1 Quadratmeter Ungefähr 0,9 m² ( Radius des Spiegels ~ 53 cm) Voraussetzung: System müsste ohne weitere Wärmeverluste funktionieren! Was könnte man zusätzlich zu so einer Anlage bauen, um Energie zu sparen bzw. Elektrizität herzustellen? Sonnenkollektoren, Isolationen, Photovoltaikzellen Womit müsste man unser System ausstatten, um weniger Wärme zu verlieren? Isolierung der Leitungen, richtige Verspiegelung, besseres Aufnahmegefäß im Brennpunkt, Sonnennachführung 10

13 Zusammenfassung Nach langem Grübeln und Suchen im Physiksaal, fanden wir etwas annehmbares für den Brennpunkt um das Wasser zu erhitzen. Also wurde noch eine kleine Gartenpumpe angeschlossen und das Wasser im Kreis gepumpt. Der erste Versuch missglückte, da wir immer wieder frisches Leitungswasser verwendeten und somit nur minimale Erwärmung erzielen konnten. Nach längerem Probieren kamen wir von 14 C auf ca 35 C im gesamten Kreislauf (Umgebungstemperatur ~17 C). Im Behälter (Brennpunkt) wurde das Wasser sogar bis zu 60 C heiß! Das dauerte entsprechend lange (ca. 30 Minuten). Die Wärme im Brennpunkt wird bei unserem Modell schlecht an das Wasser weitergegeben. Man müsste ein spezielles Gefäß aus Kupfer herstellen. Außerdem müsste man die Leitungen und das Haus isolieren. Eine Schüssel mit einem Radius von ca. 1,5 Metern könnte einen Haushalt mit Warmwasser versorgen. Dieses warme Wasser müsste man in Boilern speichern (für Tage ohne Sonnenschein). Wir denken, dass man so mit Hilfe von Installateuren eine billige Möglichkeit hätte Energie und Geld zu sparen. 11