Klax Schule | Bilinguale Privatschule in Berlin-Pankow
In meinem Schulprojekt habe ich mithilfe eines Arduino-Boards einen Solartracker entwickelt. Ziel war es, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, Solarzellen automatisch der Sonne nachzuführen, um deren Energieeffizienz zu steigern. Dazu habe ich Sensoren verwendet, die die Position der Sonne erfassen, und über Motoren die Ausrichtung der Solarzellen gesteuert. Dieses Projekt hat es mir ermöglicht, mein Wissen in Physik und Informatik anzuwenden und praktische Erfahrungen in der Elektronik und Programmierung zu sammeln.
Projektidee
Das Projekt basiert auf der Erkenntnis, dass eine Solarplatte nur dann effizient arbeitet, wenn sie direkt zur Sonne ausgerichtet ist. Daraus entstand der „Smart Solar Tracker“ – ein automatischer Roboter, der eine Solarplatte enthält und sich selbstständig zur Sonne ausrichtet, um die maximale Menge an Sonnenenergie zu erfassen. Ziel des Projekts ist es, die Effizienz der Solarstromerzeugung zu steigern, indem die Solarplatte stets optimal zur Sonne positioniert wird. Mögliche Anwendungen sind das Aufladen und der Betrieb von elektronischen Geräten mit geringem Verbrauch.
Konzept
Für die Umsetzung des „Smart Solar Tracker“ wurde die ausgehende Idee in ein Konzept umzusetzen. Dabei wurden Funktionen sowie Aufgaben festgelegt und Ressourcen ermittelt. Es soll ein automatisierter Roboter der die Sonnenposition erfasst und eine Solarplatte optimal ausrichtet erzeugt werden, um so die Effizienz der Solarstromerzeugung zu maximieren. Diesen Roboter zu bauen bedarf es folgender Ressourcen und Komponeten:
Ressourcen: Holz, Solarplatte, Mikrocontroller, Fotowiederstände, Feste wiederstände, Kabel, Oled-Display
Komponenten Mechanik: Gehäuse mit Bodenplatte zum Platzieren der Elektronik, Bodenplatte für Solarzelle, Elemente für die Bewegung der Solarplatte zum Licht
Komponenten Elektronik: Motoren für die Bewegung der Solarplatte zum Licht, Fotowiderstände – Sensoren zum Erkennen der Lichtquelle, Display für die Anzeige der Position der Solarplatte sowie die aktuelle von der Solarplatte gelieferte elektrische Spannung, Mikrokontroller zum Verarbeiten der Sensorwerte sowie ansteuern der Motoren
Software: Programm für die Steuerung des Mikrokontroller
Funktionen die der „Smart Solar Tracker“- Roboter erfüllen soll:
Folgen: Die Solarplatte soll einer Lichtquelle wie dem Sonnenlicht folgen können.
Anzeigen: Auf einem Display sollen die durch die Sensoren ermittelten Werte angezeigt werden
Laden: Es sollen die Akkumulatoren von kleineren elektronische Geräte geladen werden können, optimal sollen diese kleineren elektronische Geräte betrieben werden können.
Aufgaben für die Realisierung des „Smart Solar Tracker“- Roboters:
Aufgaben: Konstruktion bzw. Gehäuse-Design, Fertigung Gehäuse, Programmierung, Aufbau Elektronik, Montage des Roboters, Funktionstest
Erst durch meine Recherche habe ich erfahren, dass es bereits ähnliche Ideen gibt. Ich habe vergleichbare Projekte recherchiert, um bestehende Technologien und Lösungen besser zu verstehen. Dies ermöglichte es mir, Schwachstellen zu identifizieren und mein eigenes Konzept weiterzuentwickeln. So konnte ich durch eigene Ansätze und gezielten Einsatz spezifischer Komponenten eine verbesserte und effizientere Lösung erarbeiten.
Realisierung
Das Projekt „Smart Solar Tracker“ wurde in den folgenden Schritten realisiert:
Ideenfindung: Analyse der Notwendigkeit eines Solartrackers und Entwicklung der Grundidee.
Konzeptentwicklung: Entwurf des Systems, Auswahl der Komponenten und Festlegung der Funktionen sowie der Aufgaben.
Prototypbau: Zusammenstellung der Bauteile, einschließlich der Solarplatte, Sensoren sowie Motoren und die Montage.
Programmierung: Entwicklung des Codes für die automatische Ausrichtung und Steuerung.
Testphase: Durchführung von Tests zur Überprüfung der Funktionalität und Anpassung des Systems.
Da es sich um ein Einzelprojekt handelte, übernahm ich die Umsetzung aller Schritte selbst – von der Ideenfindung bis hin zur Testphase. Die größte Herausforderung stellte die Programmierung des Tracking-Systems dar, da es eine präzise Steuerung und eine genaue Verarbeitung der Sensordaten erforderte. Trotz der Komplexität gab es keine verworfenen Entwicklungen, und alle geplanten Funktionen sowie Konzepte wurden erfolgreich umgesetzt.
Zusätzlich eignete ich mir spezifisches Wissen im Bereich des Designs für den Lasercutter an, um das Projekt vollständig abzurunden.
Funktion
Das Projektergebnis richtet sich an verschiedene Zielgruppen mit unterschiedlichen Interessen und Bedürfnissen. Technikinteressierte können es ideal in Hobbyprojekten einsetzen oder in kleineren Solaranlagen zur Stromerzeugung integrieren. Für Privathaushalte bietet es eine attraktive Möglichkeit, die Stromkosten zu senken und auf umweltfreundliche Energiequellen umzusteigen. Outdoor-Enthusiasten wie Camper, Wanderer oder Reisende profitieren davon, da es ihnen erlaubt, unterwegs ihre Geräte aufzuladen. Darüber hinaus eignet sich das Projekt auch für Bildungseinrichtungen wie Schulen und Universitäten. Es kann in Projekten zur Nutzung erneuerbarer Energien eingesetzt oder als Lehrmittel zur Demonstration von Solartracking verwendet werden.
Im Projekt wurden verschiedene Hardware- und Softwarekomponenten eingesetzt, um den „Smart Solar Tracker“ zu realisieren. Als Gehäusematerial diente Holz, das eine stabile und langlebige Basis für die Befestigung der Komponenten bot. Die zentrale Energiequelle bildete eine Solarplatte, die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt. Ein Mikrocontroller steuerte den gesamten Ausrichtungsprozess der Solarplatte, indem er Daten von den Fotowiderständen auswertete, die das Sonnenlicht erfassten und Informationen über dessen Intensität lieferten. Auf Basis dieser Sensordaten konnte die Solarplatte automatisch in die optimale Position gebracht werden. Zur Stromregelung und Stabilisierung des Systems wurden feste Widerstände eingesetzt. Die Verbindung der elektrischen Komponenten erfolgte über Kabel, die sowohl für die Stromversorgung als auch für die Datenübertragung sorgten. Ein OLED-Display zeigte dem Benutzer wichtige Statusinformationen und Sensordaten an.
Für die Programmierung des Mikrocontrollers kam die Arduino IDE zum Einsatz, die es ermöglichte, den Tracker so zu steuern, dass die Solarplatte automatisch auf die maximale Sonnenenergie ausgerichtet wurde.
Die Funktionalität wurde durch eigene Tests überprüft, bei denen das System unter verschiedenen Lichtbedingungen getestet wurde, um die Leistung des Trackings zu evaluieren. Alle geplanten Funktionen und Konzepte wurden erfolgreich umgesetzt. Es gab keine wesentlichen Abweichungen der drei ursprünglichen Vorstellungen.
1. Folgen:
Die Solarplatte ist mit Sensoren ausgestattet, die die Position der stärksten Lichtquelle, in der Regel das Sonnenlicht, erfassen. Basierend auf diesen Sensordaten passt der Tracker die Ausrichtung der Solarplatte kontinuierlich an, um immer den optimalen Winkel zur Sonne zu gewährleisten. So wird die maximale Menge an Sonnenenergie eingefangen.
2. Anzeigen:
Auf einem integrierten Display werden die von den Sensoren ermittelten Werte, wie etwa der aktuelle Winkel der Solarplatte sowie den aktuellen Spannungswert, angezeigt. Diese Daten bieten dem Nutzer eine transparente Übersicht über die Systemleistung und den aktuellen Status des Solar Trackers.
3. Laden:
Der Smart Solar Tracker dient als Energiequelle für kleinere elektronische Geräte, wie Smartphones, Tablets oder Kameras. Er speichert die erzeugte Solarenergie in integrierten Akkumulatoren und kann diese Energie effizient zur Versorgung und zum Laden der angeschlossenen Geräte nutzen. Bei optimalen Bedingungen können die Geräte auch direkt über die Solarenergie betrieben werden.
Innovation und Nachhaltigkeit
Ich habe einen innovativen Ansatz zur automatischen Ausrichtung der Solarplatte entwickelt, um die Effizienz der Energieerzeugung zu maximieren. Die Verwendung von Fotowiderständen zur Sonnenverfolgung und ein Mikrocontroller zur Steuerung der Ausrichtung stellen eine kostengünstige und effektive Lösung dar.
Ökologisch: Das Projekt fördert die Nutzung erneuerbarer Solarenergie, was zur Reduzierung des CO-Ausstoßes beiträgt und die Umwelt schont.
Sozial: Es bietet eine leicht verständliche und zugängliche Lösung für die Erzeugung erneuerbarer Energie, die Bildungseinrichtungen und Einzelpersonen in die Nutzung von Solarenergie einführt.
Wirtschaftlich: Der automatische Solartracker kann die Effizienz von Solaranlagen erhöhen, was langfristig zu Kosteneinsparungen bei der Energieerzeugung führt. Die kostengünstige Implementierung macht es auch für Hobbyisten und kleine Projekte attraktiv.
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