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.
- Starte dazu das Programm „Arduino“.
- Öffne dann das Programm „SmartMeter.ino“
- Verbinde den Mikrocontroller Arduino mit einem USB-Druckerkabel mit einem USB-Anschluss am Laptop.
- Übertrage dann das Programm durch STRG+U auf den Mikrocontroller.
- Öffne anschließend den seriellen Monitor durch STRG+UMSCHALT+M.
Aufgaben:
-
Beleuchte die Solarzelle mit einer Lampe.
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Ändere gezielt die Bestrahlungsstärke der Solarzelle und beobachte die jeweilige Anzeige auf dem seriellen Monitor.
-
Folge den jeweiligen Vorschlägen des Programms und dokumentiere deine Beobachtung.
-
Beschreibe, welche Geräte in der Realität den Bauteilen in diesem Modell entsprechen.
-
Erläutere, welche Meldungen des Mikrocontrollers welchen Szenarien in der Realität entsprechen.
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Erläutere, wie eine derartige Steuerung im Haushalt einem weiteren CO2-Anstieg entgegenwirken kann.
-
Beschreibe auch mögliche Gefahren, die sich durch eine Netzanbindung der Haushaltsgeräte ergeben können.
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
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