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2022 | OriginalPaper | Chapter

3. Erneuerbare Energien – Modellierung und Optimierung eines Solarkraftwerks

Author : Sarah Schönbrodt

Published in: Neue Materialien für einen realitätsbezogenen Mathematikunterricht 9

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Der Einsatz effizienter erneuerbarer Energieformen wird mit Blick auf den fortschreitenden Klimawandel immer bedeutender. In diesem Workshop werden Solarkraftwerke betrachtet, bei denen flache Spiegel Sonnenstrahlen auf ein Rohr fokussieren in dem sich ein Wärmeträgerfluid, z. B. Wasser, befindet. Dieses wird erhitzt und im Falle von Wasser verdampft. Mithilfe einer Dampfturbine wird elektrische Energie erzeugt. Im Workshop entwickeln die Lernenden ein Modell für die Ausrichtung der Spiegel und die Leistung eines Solarkraftwerks. Anschließend werden verschiedene Kraftwerksparameter optimiert und Modellverbesserungen eingebaut. In diesem Kapitel werden Materialien für die Mittelstufe (ab Klasse 9) und die Oberstufe vorgestellt. Im Mittelstufenworkshop kommen zahlreiche geometrische Überlegungen zum Einsatz. Der Schwerpunkt im Oberstufenworkshop liegt auf der Optimierung. Die Materialien der beiden Workshop-Versionen können beliebig kombiniert und erweitert werden.

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Footnotes
1
www.​frenell.​de/​, letzter Aufruf: 01.10.2020
 
2
www.​flagsol.​com/​, letzter Aufruf: 01.10.2020
 
3
Nahe Sevilla steht das Solarkraftwerk PS. 20 und bei Upington das Solarkraftwerk Khi Solar One, siehe https://​en.​wikipedia.​org/​wiki/​List_​of_​solar_​thermal_​power_​stations, letzter Aufruf: 27.07.2020.
 
4
Die Symbole https://static-content.springer.com/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-63647-3_3/498607_1_De_3_IEq3_HTML.gif , https://static-content.springer.com/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-63647-3_3/498607_1_De_3_IEq4_HTML.gif , https://static-content.springer.com/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-63647-3_3/498607_1_De_3_IEq5_HTML.gif und https://static-content.springer.com/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-63647-3_3/498607_1_De_3_IEq6_HTML.gif  spiegeln die Modellierungsschritte wieder. Die genaue Bedeutung der einzelnen Symbole wird in Abschn. 1.1 detaillierter beschrieben.
 
5
Im Rahmen einer Modellierungswoche ausgerichtet von dem Schülerlabor CAMMP der RWTH Aachen. www.​cammp.​rwth-aachen.​de, letzter Aufruf: 06.09.2020
 
6
Die wesentlichen Bausteine der Arbeitsblätter und deren jeweilige Besonderheiten werden in Abschn. 2.​3.​2 beschrieben. Um den strukturellen Aufbau der Arbeitsblätter besser nachvollziehen zu können, wird dem Leser / der Leserin die Lektüre dieses Abschnitts empfohlen.
 
7
Der hier eingeführt Sonneneinfallswinkel \(\alpha \) entspricht dem in Abschn. 3.3 eingeführten transversalen Einfallswinkel\(\alpha _t\).
 
8
In den Lösungen wird der Code, der von den Lernenden eingegeben wird, fett hervorgehoben. Alle übrigen angegebenen Bestandteile des Codes sind bereits auf dem digitalen Arbeitsblatt vorhanden.
 
9
Diese Vereinfachung lässt sich auch so interpretieren, dass wir die Tiefe von Spiegel und Rohr auf \(1\textrm{m}\) festlegen.
 
10
Diese Vereinfachung lässt sich auch so interpretieren, dass wir die Tiefe von Spiegel und Rohr auf \(1\textrm{m}\) festlegen.
 
12
Das zur Optimierung eingesetzte Paket heißt Ipopt. Weitere Informationen sind unter https://​coin-or.​github.​io/​Ipopt/​ zu finden. Zugriff am: 06.11.2020
 
Literature
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Metadata
Title
Erneuerbare Energien – Modellierung und Optimierung eines Solarkraftwerks
Author
Sarah Schönbrodt
Copyright Year
2022
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Book
Neue Materialien für einen realitätsbezogenen Mathematikunterricht 9

Print ISBN: 978-3-662-63646-6

Electronic ISBN: 978-3-662-63647-3

Copyright Year: 2022

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63647-3_3

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