Zur Haupt­na­vi­ga­ti­on sprin­gen [Alt]+[0] Zum Sei­ten­in­halt sprin­gen [Alt]+[1]

Ar­beits­blatt: Mo­dell eines Smart-Me­ters

(nach H. Gröt­ze­bauch und V. Nord­mei­er: Ex­pe­ri­men­tel­le Zu­gän­ge zum Smart Grid aus phy­si­ka­li­sche Per­spek­ti­ve, in: PdN-PhiS, 3(65) 2016, S. 21 ff.)

Kom­pe­ten­zen:

In­halt pbK ibK
Ein Mi­kro­con­trol­ler zur Mo­del­lie­rung eines sehr ver­ein­fach­ten Smart-Me­ters

2.1.4 Ex­pe­ri­men­te durch­füh­ren

2.1.13 phy­sik. Wis­sen an­wen­den

2.2.4 tech­ni­sche Ge­rä­te be­schrei­ben

2.2.5 Er­kennt­nis­se do­ku­men­tie­ren

2.3.4 Gren­zen von Mo­del­len

3.3.3 (9) mit En­er­gie ef­fi­zi­ent um­ge­hen

3.3.3 (10) En­er­gie­ver­sor­gung be­wer­ten

Ziele:

  • Ana­lo­gie zwi­schen den Kom­po­nen­ten des Mo­dells und der Rea­li­tät her­stel­len
  • Not­wen­dig­keit eines ver­netz­ten Strom­net­zes ken­nen
  • Für einen en­er­gie­be­wuss­ten Haus­halt not­wen­di­ge In­for­ma­tio­nen über die En­er­gie­ver­sor­gung her­aus­stel­len
  • Vor­tei­le und auch Ge­fah­ren durch die Ver­net­zung er­ör­tern.

Pro­blem­stel­lung:

Funk­ti­on einer in­tel­li­gen­ten Steue­rung für elek­tri­sche En­er­gie im Haus­halt er­kun­den.

Ver­such:

Die vor­lie­gen­de Schal­tung (siehe unten) mit 1 So­lar­zel­le, einem (oder 2) 1,2-V-Akku, einem Elek­tro­mo­tor, einer LED und einem Ar­dui­no-Mi­kro­con­trol­ler ist ein Mo­dell für ein „in­tel­li­gen­tes Netz“ im Haus­halt.

  1. Star­te dazu das Pro­gramm „Ar­dui­no“.
  2. Öffne dann das Pro­gramm „Smart­Me­ter.ino“
  3. Ver­bin­de den Mi­kro­con­trol­ler Ar­dui­no mit einem USB-Dru­cker­ka­bel mit einem USB-An­schluss am Lap­top.
  4. Über­tra­ge dann das Pro­gramm durch STRG+U auf den Mi­kro­con­trol­ler.
  5. Öffne an­schlie­ßend den se­ri­el­len Mo­ni­tor durch STRG+UM­SCHALT+M.

Auf­ga­ben:

  1. Be­leuch­te die So­lar­zel­le mit einer Lampe.

  2. Än­de­re ge­zielt die Be­strah­lungs­stär­ke der So­lar­zel­le und be­ob­ach­te die je­wei­li­ge An­zei­ge auf dem se­ri­el­len Mo­ni­tor.

  3. Folge den je­wei­li­gen Vor­schlä­gen des Pro­gramms und do­ku­men­tie­re deine Be­ob­ach­tung.

  4. Be­schrei­be, wel­che Ge­rä­te in der Rea­li­tät den Bau­tei­len in die­sem Mo­dell ent­spre­chen.

  5. Er­läu­te­re, wel­che Mel­dun­gen des Mi­kro­con­trol­lers wel­chen Sze­na­ri­en in der Rea­li­tät ent­spre­chen.

  6. Er­läu­te­re, wie eine der­ar­ti­ge Steue­rung im Haus­halt einem wei­te­ren CO2-An­stieg ent­ge­gen­wir­ken kann.

  7. Be­schrei­be auch mög­li­che Ge­fah­ren, die sich durch eine Netz­an­bin­dung der Haus­halts­ge­rä­te er­ge­ben kön­nen.

Abbildung Arduino UNO

Abbildung Schaltplan zum SmartMeter

Bau­tei­le:

Rote LED

Frei­lauf­di­ode 1N4001

R1 = 330 Ω (0,25 W);

R2 = 68 kΩ (0,25 W) (haben die Funk­ti­on von Pull­down-Wi­der­stän­den);

R3 = 1 Ω (1 W) (zur Be­stim­mung der La­de­strom­stär­ke)

FET1 und FET2: BUZ11 n-Kanal-Power-MOS­FET

Abbildung Schaltzeichen

 

 

Ar­beits­blatt: Mo­dell eines Smart-Me­ters: Her­un­ter­la­den [docx][293 KB]

 

Wei­ter zu Pro­gramm Smart-Meter