Energie im Überfluss
Die jährlich auf die Kontinente eingestrahlte Energiemenge der Sonne übertrifft den globalen Energiebedarf nahezu um das 2000-fache. Gerade im Hinblick auf die globale Klimaproblematik ist es naheliegend, dieses Potenzial bestmöglich zu nutzen.
Solarenergie
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Die Vorteile der direkten Umwandlung von Licht in Strom sind bekannt: Solarstrom trägt zur Entlastung der Umwelt bei, reduziert den Aufwand für den Stromtransport und sichert eine unabhängige und kostengünstige Energieversorgung.
Photovoltaik
Bestimmung der charakteristischen Größen einer photovoltaischen Anlage
Lerninhalte/Übungen
- physikalisches Verhalten von Solarmodulen bei unterschiedlichen Einflüssen
- Beleuchtungsstärke
- Temperatur
- Verschattung
- Kennenlernen wichtiger Kenngrößen
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Erweiterungsmodul für ET 250 mit Komponenten zur autarken Nutzung von Strom aus Solarmodulen
Lerninhalte/Übungen
- Komponenten aus der Praxis der Solarstromnutzung im Inselbetrieb
- Funktion von Gleichstrom-Trennschalter und Überspannungsschutz
- Funktion eines Ladereglers mit Leistungsoptimierung (MPPT)
- Einfluss der Auslastung auf den Wirkungsgrad der Komponenten
- Einfluss von Schwankungen des solaren Energieangebots und des Stromverbrauchs auf den Systemwirkungsgrad
Erweiterungsmodul für ET 250 mit Komponenten zur Einspeisung von Solarstrom in ein öffentliches Netz
Lerninhalte/Übungen
- Komponenten aus der Praxis der netzgebundenen Solarstromnutzung
- Funktion von Gleichstrom-Trennschalter und Überspannungsschutz
- Funktion eines netzgeführten Wechselrichter mit Leistungsoptimierung (MPPT)
- Einfluss der Auslastung auf den Wirkungsgrad des Wechselrichters
- Funktion von modernen Stromzählern
Untersuchung der Eigenschaften von Solarzellen; objektive Messungen durch aufwändige Thermostatisierung der Solarzellen
Lerninhalte/Übungen
- physikalisches Verhalten von Solarzellen bei unterschiedlicher Beleuchtungsstärke und Temperatur
- Aufnahme von Strom-Spannungs-Kennlinien
- Berechnung von Stromstärke und erzielbarer Leistung auf Basis des Ein-Diodenmodells
- Einfluss von Beleuchtungsstärke und Temperatur auf die Kennlinien
- Verschaltung von Solarzellen in Parallel- und Reihenschaltung
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Als Solarthermie bezeichnet man die Nutzung der Sonnenenergie zur Bereitstellung von Wärme. Die Wärme kann zur Heizung und Brauchwassererwärmung, aber auch als Prozesswärme in der Industrie und zur Dampferzeugung in Kraftwerken und sogar zum Kühlen genutzt werden.
Solarthermische Energienutzung im Versuch: Überblick im Web
Solarthermie
Bestimmung der charakteristischen Größen einer solarthermischen Anlage; Modell mit künstlicher Strahlungsquelle
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion einer einfachen solarthermischen Anlage
- Bestimmung der Nutzleistung
- Energiebilanz am Solarkollektor
- Einfluss von Beleuchtungsstärke, Einstrahlungswinkel und Durchfluss
- Bestimmung von Wirkungsgradkennlinien
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Funktion und Betriebsverhalten eines Parabolrinnenkollektors, Zubehör für ET 202
Lerninhalte/Übungen
- Fokussierung von Solarstrahlung mit einem Parabolrinnenspiegel
- optischer Konzentrationsfaktor
- Umwandlung von Strahlungsenergie in
Wärme
- Verluste in thermischen Solarkollektoren
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Funktion und Betriebsverhalten eines Parabolrinnenkollektors, astronomische und sensorbasierte Sonnennachführung, Anlagensteuerung via SPS
Lerninhalte/Übungen
- Fokussierung von Solarstrahlung mit einem Parabolrinnenspiegel
- optischer Konzentrationsfaktor
- DNI: Direct Normal Irradiance
- sensorbasierte Sonnennachführung
- astronomische Sonnennachführung
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Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in Wärme und Speicherung der Wärme, Bedienung des Solarreglers via Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Funktionen des Flachkollektors und des Solarkreislaufs kennenlernen
- Bestimmung der Nutzleistung
- Zusammenhang zwischen Durchfluss und Nutzleistung
- Bestimmung des Kollektorwirkungsgrads
- Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz (Kollektor / Umgebung) und Kollektorwirkungsgrad
Funktionen des Röhrenkollektors und des Solarkreislaufs kennenlernen, Bedienung des Solarreglers via Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Funktionen des Röhrenkollektors und des Solarkreislaufs
- Bestimmung der Nutzleistung
- Zusammenhang zwischen Durchfluss und Nutzleistung
- Bestimmung des Kollektorwirkungsgrads
- Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz (Kollektor / Umgebung) und Kollektorwirkungsgrad
schwenkbarer Flachkollektor zur Umwandlung von Solarenergie in Wärme
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion des Flachkollektors
- Bestimmung der Nutzleistung
- Einfluss von Temperatur, Beleuchtungsstärke und Anstellwinkel auf den Kollektorwirkungsgrad
- Einbindung eines Flachkollektors in ein modernes Heizungssystem
- hydraulische und regelungstechnische Betriebsbedingungen
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Umwandlung von Solarenergie in Wärme im Vakuumröhrenkollektor
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion des Vakuumröhrenkollektors
- Bestimmung der Nutzleistung
- Einflussgrößen auf den Kollektorwirkungsgrad
- Einbindung eines Vakuumröhrenkollektors in ein modernes Heizungssystem
- hydraulische und regelungstechnische Betriebsbedingungen
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Modul mit Pufferspeicher und bivalentem Speicher für Heizungssysteme mit erneuerbaren Energien, Bedienung des Heizungsreglers über Touchscreen oder Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- abhängig von der gewählten HL 320-Modulkombination können folgende Lerninhalte erarbeitet werden:
- moderne Heizungsanlagen auf der Basis erneuerbarer Energiequellen kennenlernen
- Inbetriebnahme von Heizungsanlagen mit Solarthermie und Wärmepumpe
- elektrische, hydraulischen und regelungstechnische Betriebsbedingungen
- Eigenschaften verschiedener Wärmespeicher
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Wärmeübertragung zwischen Heizelement und Behälterwand durch Konvektion und Strahlung
Lerninhalte/Übungen
- Versuche im Vakuum
- Wärmeübertragung durch Strahlung
- Bestimmung des Strahlungskoeffizienten
- Versuche bei Umgebungs- bzw. Überdruck
- Wärmeübertragung durch Konvektion und Strahlung
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Unter solarer Kühlung versteht man einen Prozess, bei dem der Kälteprozess direkt über Solarenergie angetrieben wird. Die Sonnenenergie dient damit als regenerative Energiequelle.
Sonnenenergie zur Kühlung
Bestimmung der charakteristischen Größen einer photovoltaischen Anlage
Lerninhalte/Übungen
- physikalisches Verhalten von Solarmodulen bei unterschiedlichen Einflüssen
- Beleuchtungsstärke
- Temperatur
- Verschattung
- Kennenlernen wichtiger Kenngrößen
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Kompressionskälteanlage für den Betrieb mit Solarstrom aus ET 250
Lerninhalte/Übungen
- Versorgung einer Kompressionskälteanlage mit Strom aus Photovoltaik-Modulen
- Komponenten einer Photovoltaik-Kälteanlage
- Betrieb des Verdichters bei wechselndem Leistungsangebot und Kältebedarf
- Be- und Entladen von Kältespeichern
- Leistungszahl der Kälteanlage in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
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Netzteil für Laborversuche mit ET 256
Lerninhalte/Übungen
- in Verbindung mit ET 256:
- Betrieb einer Kompressionskälteanlage mit Gleichstrom
- Einfluss von Strom und Spannung auf das Betriebsverhalten der Kälteanlage
- Steuerung/Regelung einer Solarstrom-Kälteanlage bei unterschiedlichem elektrischen Leistungsangebot
Kälteerzeugung mit Hilfe von thermischer Energie; transparenter Verflüssiger und Verdampfer ermöglichen Einblick in die inneren Vorgänge
Lerninhalte/Übungen
- Kompressionskälteanlage nach Dampfstrahlverfahren verstehen
- rechts- und linkslaufender Clausius-Rankine-Prozess
- Energiebilanzen
- Bestimmung der Leistungszahl des Kältekreislaufs
- Kreisprozess im log p,h-Diagramm
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Solarthermisch betriebener Dampfstrahlverdichter
Lerninhalte/Übungen
- Nutzung solarer Wärme zur Kälteerzeugung
- Komponenten von solaren Kälteanlagen nach dem Dampfstrahlverfahren
- Betrieb eines Dampfstrahlverdichters an einem solarthermischen Flachkollektor
- Optimierung des Betriebspunktes
- Energiebilanzen
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Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in Wärme und Speicherung der Wärme, Bedienung des Solarreglers via Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Funktionen des Flachkollektors und des Solarkreislaufs kennenlernen
- Bestimmung der Nutzleistung
- Zusammenhang zwischen Durchfluss und Nutzleistung
- Bestimmung des Kollektorwirkungsgrads
- Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz (Kollektor / Umgebung) und Kollektorwirkungsgrad
Funktionen des Röhrenkollektors und des Solarkreislaufs kennenlernen, Bedienung des Solarreglers via Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Funktionen des Röhrenkollektors und des Solarkreislaufs
- Bestimmung der Nutzleistung
- Zusammenhang zwischen Durchfluss und Nutzleistung
- Bestimmung des Kollektorwirkungsgrads
- Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz (Kollektor / Umgebung) und Kollektorwirkungsgrad
