STENDAL. Das Windkraftwerk im Elektroauto. ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht. Simon Hänel Julian Willingmann

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Klaus Krämer
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1 ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht STENDAL Das Windkraftwerk im Elektroauto Simon Hänel Julian Willingmann Schule: Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Westernstr Wernigerode Jugend forscht 2011

2 Das Windkraftwerk im Elektroauto Simon Hänel Harburgstr Wernigerode Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Klasse 8a Julian Willigmann Friedrichstr.119a Wernigerode Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Klasse 8a eingereicht bei Jugend forscht/schüler experimentieren 2011

3 Inhalt 1. Einleitung Die Idee zum Thema... 3 Hauptteil Wie funktionieren bisher die Elektroautos Probleme der bisherigen Elektroautos Bekämpfung der Probleme Unsere Idee zur Verbesserung Punkte an denen sich die Windräder befinden Unsere Idee im Modell Problem und Verbesserung Experimentelles Modell Wie viel Energie produzieren die Windräder Energetische Betrachtung Zusammenfassung Schluss Quellen

.. 9 4.2 Problem und Verbesserung... 10 4.2.1 Experimentelles Modell... 11 4.3 Wie viel Energie produzieren die Windräder... 12 5.

4 1. Einleitung Haben sie schon einmal beim Autofahren überlegt wie viel Energie außerhalb des Autos verloren geht? Der ganze Fahrtwind zischt ganz schnell am Auto vorbei und wird nicht verwendet. Hingegen wird der normale Wind durch Windräder auf den Feldern am Straßenrand genutzt. Wie man den Fahrtwind beim Autofahren gebraucht, beschreiben wir Ihnen deshalb in dem folgendem Projekt, damit sie sich in Zukunft diese Frage beim Auto fahren nicht mehr stelle müssen und sich ganz dem Autofahren zuwenden können. 2. Die Idee zum Thema Dies ist das zweite Mal, dass wir am Wettbewerb Jugend forscht teilnehmen. Wir haben uns schon lange Zeit für die Technik interessiert, vor allem für die Umweltfreundliche. Als wir dann Auto gefahren sind, aus dem Fenster geschaut haben und die Windräder beobachteten, die durch den Wind bewegt wurden, haben wir uns gedacht, dass man die dabei entstehende Energie doch auch zum Antrieb von Elektroautos benutze könnte und so kamen wir auf das Thema Das Windkraftwerk im Elektroauto. 3

Wie man den Fahrtwind beim Autofahren gebraucht, beschreiben wir Ihnen deshalb in dem folgendem Projekt, damit sie sich in Zukunft diese Frage beim Auto fahren nicht mehr stelle müssen und sich ganz

5 Hauptteil 3. Wie funktionieren bisher die Elektroautos Bei einem Elektroauto wird der Strom zum Antrieb der Räder genutzt. Dabei wird der Elektroantrieb von einem Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor befindet sich dabei meist in der Nähe der Drehachse, damit die Räder per Direktantrieb über die Achse angetrieben werden können. Die notwendige Energie beziehen die Motoren aus Akkus. Der Strom für die Akkus können die Verbraucher aus der eigenen Haussteckdose oder einer Stromzapfsäule entnehmen. Die Kapazität der Akkus beinhaltet jedoch nur so viel Energie, dass es gerade Mal für 300 Kilometer reicht. 4

Der Elektromotor befindet sich dabei meist in der Nähe der Drehachse, damit die Räder per Direktantrieb über die Achse angetrieben werden können.

6 3.1 Probleme der bisherigen Elektroautos 1. Die Kapazität der bisherigen Akkus hält jedoch nur für 300 Kilometer Fahrstrecke. 2. Nach der gewissen Fahrstrecke muss die Akkus ca.10 Stunden aufladen! 3. Die Akkus sind sehr groß und schwer. 4. Die Elektroautos sind sehr teuer. 5. Die Lebensdauer der Akkus beträgt nur 3-5 Jahre 6. Man ist auf Elektrotanksäulen angewiesen, die es meist sehr selten gibt. (siehe Bilder unten) 5

Nach der gewissen Fahrstrecke muss die Akkus ca.10 Stunden aufladen! 3.

7 3.2 Bekämpfung der Probleme Ein Versuch einige Probleme zu bekämpfen sind zum Beispiel: 1. Hybridautos bei denen ein Elektromotor von einem Dieselmotor ergänzt wird. Der Vorteil dieser Autos ist, dass wenn die Akkus alle sind das Auto trotzdem weiter fahren kann und dadurch weitere Fahrstrecken möglich sind. Auch müssen die Akkus nur noch 4 Stunde aufgeladen werden. Auch sind diese Autos viel besser, denn der Elektromotor fährt 50 km und dreiviertel der Deutschen fahren am Tag nur 40 km und dadurch wäre ein solches Auto für sie völlig zureichend. 6

Der Vorteil dieser Autos ist, dass wenn die Akkus alle sind das Auto trotzdem weiter fahren kann und dadurch weitere Fahrstrecken möglich

8 2. Tankstellen bei denen die Akkus nicht aufgeladen werden, sondern ausgetauscht werden, dadurch kann das Auto nach 2 Minuten weiterfahren und muss nicht 10 Stunden aufgeladen werden(siehe Bild) Elektroautotankstelle 7

Auto nach 2 Minuten weiterfahren und muss nicht 10

9 4. Unsere Idee zur Verbesserung Unsere Idee zur Verbesserung ist ein Elektroauto, welches den bei der Fahrt erzeugten Fahrtwind nutzt. Dazu werden kleine Windgeneratoren in die Unebenheiten des Autos eingebaut. Die dabei entstehende Energie wird entweder sofort verwendet oder in einen Akku gegeben. (Stellen: siehe unter 4.1) 4.1 Punkte an denen sich die Windräder befinden Die Windräder sollen sich an: - beiden Seitenspiegeln (Punkte 1) - in der Stoßstange/im Kühler (Punkte 2)... befinden 8

Die dabei entstehende Energie wird entweder sofort verwendet oder in einen Akku gegeben. (Stellen: siehe unter 4.1) 4.

10 4.1.1 Unsere Idee im Modell Ein möglicher Punkt zur Nutzung der Windkraft am Auto ist am Seitenspiegel zu finden. In einem ausgedienten Seitensiegel wurde ein Windgenerator eingebaut. Mit einem Ventilator wird der Fahrwind simuliert und auf den Seitenspiegel richtet, damit beginnt der Windgenerator zu rotieren. Die erzeugte Energie lässt eine Lampe, als Verbraucher aufleuchten. 9

Mit einem Ventilator wird der Fahrwind simuliert und auf den Seitenspiegel richtet, damit

11 4.2 Problem und Verbesserung 1. Problem Das Problem ist, dass man nicht so viele Windgeneratoren in das Auto bauen kann, um das Auto vollständig nur mit der durch den Fahrtwind erzeugten Energie anzutreiben. 2. Verbesserung Ein weitere und zusätzliche Möglichkeit der Energiegewinnung, wird mit dem Einsatz von Solarzellen erreicht. Bei dieser Variante werden die Dachflächen mit Hilfe von Solaranlagen ausgenutzt. Die durch die Sonne erzeugte Energie wird dann zusammen mit der Energie der Windgeneratoren zum Antrieb des Autos genutzt. Die z.b. beim Stehen des Autos erworbene Energie der Solaranlage wird dann in eine Batterie gespeist. 10

Energie anzutreiben. 2. Verbesserung Ein weitere und zusätzliche Möglichkeit der Energiegewinnung, wird mit dem Einsatz von Solarzellen erreicht.

12 4.2.1 Experimentelles Modell Zur Veranschaulichung einer weiteren zusätzlichen Energiegewinnung am Auto haben wir ein Automodell mit einer Solarzelle bearbeitet. Mittels einer Lampe, als Sonnenmodell, kann die erzeugte Energie zum Antrieb weiterer elektrischer Details am Auto verwandt werden. 11

13 4.3 Wie viel Energie produzieren die Windräder Bei einer Fahrdauer von 1 Stunde und einer Geschwindigkeit von 50 km/h ohne Gegenwind erzeugt ein Windrad eine Energie von 5,3 Megajoule. Wir kamen auf diese Zahl mithilfe von folgender Formel. E = π : 2 * r² * υ³ * t E = Energie r = Radius eines Windrades( 2,5cm ) ρ = Dichte der Luft ( 0,0012g/cm³) υ = Geschwindigkeit der Luft (50 km/h ) t = Zeit der auftreffenden Luft (1 Stunde ) 12

Wir kamen auf diese Zahl mithilfe von folgender Formel.

5.Energetische Betrachtung Da bei unserem Projekt der Energieerhaltungssatz, der da wäre: Energie kann nicht neu entstehen oder verschwinden sondern nur umgewandelt werden, eine sehr wichtige Rolle

14 5.Energetische Betrachtung Da bei unserem Projekt der Energieerhaltungssatz, der da wäre: Energie kann nicht neu entstehen oder verschwinden sondern nur umgewandelt werden, eine sehr wichtige Rolle spielt, haben wir folgende Skizze entworfen. Umwandlungskette mit Windgeneratoren Wenn der blau gefärbte Teil in der Umwandlungskette entfällt, dann würde keine Energie durch Reibung und Widerstand der Generatoren ungenutzt verloren gehen. Daher ist unsere Idee energetisch gesehen bei fahrenden Autos nicht sinnvoll. Parkt das Auto an einer windigen Stelle, so kann die durch den Wind in den Generatoren erzeugte elektrische Energie in Batterien gespeist werden. Umwandlungskette bei stehendem Auto mit Generatoren 13

Umwandlungskette mit Windgeneratoren Wenn der blau gefärbte Teil in der Umwandlungskette entfällt, dann würde keine Energie durch Reibung und Widerstand der Generatoren ungenutzt

15 6. Zusammenfassung Elektroautos sind viel sparsamer und umweltfreundlicher als normale Autos. Hingegen kann man bei normalen Elektroautos nur begrenzt fahren, denn die Akkus speichern nicht sehr viel Energie. Deshalb haben wir ein Elektroauto entworfen, welches auch den Fahrtwind durch Windgeneratoren nutzt, um Energie für den Antrieb zu gewinnen. Jedoch kann man auch die Windgeneratoren in die heutigen Autos mit Verbrennungsmotoren einbauen um den Verbrauch des Autos zu reduzieren, da die Energie die der Fahrtwind erzeugt die Stromversorgung des Autos mit unterstützt. Auch könnte der Benzin- und Dieselverbrauch reduziert werden, da die Lichtmaschine entfallen könnte, die Batterie nur noch im Stand das Auto mit Strom versorgen muss und so kleiner und leichter sein könnte. 7. Schluss Wenn man sich mit Elektroautos genauer beschäftigt merkt man, dass Elektroautos vielfältig sind und viel zu wenig von den Menschen genutzt werden obwohl sie viel umweltfreundlicher sind und für viele Menschen ausreichend wären. Fazit: Elektroautos sollen noch mehr Energie speichern können. Ziel: Die Elektroautos sollen mehr von den Menschen genutzt werden und mehr produziert werden. 14

Deshalb haben wir ein Elektroauto entworfen, welches auch den Fahrtwind durch Windgeneratoren nutzt, um Energie für den Antrieb zu gewinnen.

16 8. Quellen Internetseiten: google bilder Unsre eigenen Ideen 15

wikipedia.de www.unendlich-viel-energie.

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