Demo PV-Leistung vs. Kurbel

Vergleich mit mechanischer Kurbel

Elektrotechnik Systems Engineering

01.10.2024 - 14.03.2025

Studiengang

Projektbeschreibung

Um die Leistung, die ein PV-Modul bei künstlicher Bestrahlung erbringt, zu demonstrieren, wird diese Leistung mit einer mechanisch erzeugten Leistung verglichen. Dieser Vergleich findet sowohl visuell, als auch mittels einer praktischen Anwendung statt.

Das Projekt soll im Rahmen von öffentlichen Veranstaltungen und Studieninformationstagen eingesetzt werden, um einem fachfremden Publikum die Leistung eines PV-Moduls zu demonstrieren. Das Projekt eignet sich gut für öffentliche Veranstaltungen aufgrund der interaktiven Bedienbarkeit.

Probandinnen und Probanden generieren die mechanische Leistung, die mit der Leistung des PV-Moduls verglichen wird, selbst, indem sie die eingebaute Handkurbel betätigen. Da die reine Zahlenangabe der Leistung eines PV-Moduls für ein fachfremdes Publikum nicht aussagekräftig ist, soll in diesem Projekt der Vergleich rein quantitativ erfolgen. Gleichzeitig erfolgt die Auswertung dynamisch, das heißt, dass man den Einfluss des Kippens des PV-Modules oder eines kräftigeren Bedienens der Handkurbel direkt an den visuellen und praktischen Auswertungen wahrnehmbar ist.

Zum einen erfolgt die Auswertung über eine visuelle Komponente. Mittels getrennt angesteuerten LED-Leisten für die beiden Leistungen werden Histogramme erstellt, die verdeutlichen, in welchem Verhältnis die beiden Leitungen stehen. Die maximale Anzeigt ist dabei auf die maximale Leistung des PV-Moduls bei idealer Bestrahlung skaliert. Zum anderen werden mit den Leistungen zwei baugleiche Lüfter betrieben. Somit kann der Benutzer oder die Benutzerin des Produktes die verschiedenen Leistungen direkt spüren.

Beteiligte Personen

Studierendengruppe:	Dominik Böhler, Anna Dorn, Thomas Kastl
Betreuer:	Prof. Dr.-Ing. Christine Schwaegerl

Veranstaltung

Systems Engineering 1 (IK)

Laufzeit

WS 2024/25

Anforderungen

Demonstration der Leistung eines PV-Moduls mit einer mechanisch erzeugten Leistung
Interaktive Bedienbarkeit des Produkts
Einfache Transportierbarkeit, um den Einsatz auf öffentlichen Veranstaltungen oder in Schulklassen sicherzustellen
Bewegliche Lagerung des PV-Moduls, um den Bestrahlungswinkel manuell verändern zu können
Visuelle und praktische Demonstration der Leistung
Einfache Verständlichkeit für den Einsatz des Produktes bei einem fachfremden Publikum
Sichtbarkeit aller, zum Verständnis des Produktes notwendigen Komponenten, wie dem Strahler, dem PV-Modul, der Handkurbel, der LED-Streifen und der Lüfter

Umsetzung

Zentrales Element des Produktes sind zwei Mikrocontroller, die die gemessenen Spannungen, die durch die Bedienung der Handkurbel und das Bescheinen des PV-Moduls entstehen in Relation setzt und je nach Betrag der Spannung die LED-Balken dimensioniert und die Lüfter ansteuert.

Die mechanisch, mittels der Handkurbel erzeugte Leistung wird über einen Gleichstromgenerator in elektrische Energie umgewandelt. Diese wird über einen Lastwiderstand und einem Spannungsteiler dem Mikrocontroller zugeführt. Der dort integrierte ADC-Wandler generiert einen Digitalwert. Die Leistung, die das PV-Modul generiert, kann direkt über einen separaten Lastwiderstand und Spannungsteiler ebenfalls dem Mikrocontroller zugeführt werden.

Die LED-Streifen und Lüfter sind je so ausgelegt, dass sie ihr Maximum (Leuchtende LEDs bzw. Höchstdrehzahl) dann erreichen, wenn das PV-Modul die maximale Leistung erbringt. Anhand dieser Vorgabe werden die graphische und visuelle Darstellung der Leistung der Handkurbel im Mikrocontroller dimensioniert.

Mittels der Software werden anschließend die Demonstrationskomponenten jeweils extra angesteuert. Dabei können die LEDs einfach an den Mikrocontroller angeschlossen werden und benötigen lediglich einen Vorwiderstand. Die Lüfter werden mit der Pulsweitenmodulation des Mikrocomputers und mit einer Drehzahlregelung je nach gemessener Spannung angesteuert.
Ein Relais stellt sicher, dass die Lüfter ausgeschaltet sind, wenn keine Leistung erbracht wird
und in diesem Fall nicht mit ihrer Minimaldrehzahl rotieren.

Verwendung

Das Produkt ist vor allem für den Einsatz bei einem fachfremden Publikum konzipiert und daher leicht verständlich aufgebaut. Die Auswertung liefert keine abstrakten Zahlen, sondern einen visuellen quantitativen Vergleich und eine praktische Demonstration. Gleichzeitig ist das Produkt interaktiv gestaltet, wodurch auch ein jüngeres Publikum angesprochen wird.

Konkrete Einsatzzwecke sind Studieninformationstage der Technischen Hochschule Augsburg oder öffentliche Veranstaltungen, wie Messen. Gleichzeitig kann das Produkt auch in Schulklassen verwendet werden, um die Begeisterungsfähigkeit von Schülerinnen und Schülern für technische Berufe zu steigern. Dieser Einsatzzweck bietet sich gut an, da die Schülerinnen und Schüler das Produkt selbst bedienen können. Durch die einfachen visuellen und praktischen Vergleiche der Leistungen wird ein Verständnis für die Leistung eines PV-Moduls geschaffen. Darüber hinaus können auch unterschiedliche Bestrahlungswinkel durch ein Kippen des drehbar gelagerten PV-Moduls simuliert werden. Gleichzeitig vermittelt das Produkt eine Art Wettbewerbscharakter, mehr mechanische Leistung als das PV-Modul zu erzeugen, was die Motivation der Schülerinnen und Schüler steigert.

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