Mathe CAMMP-Day: Spiegelaufstellung in einem Solarkraftwerk

Atom- und Kohlekraft haben ausgesorgt. Die Welt braucht neue, saubere Energie. Aber wie kann man Kraftwerke konzipieren, die ohne CO2-Ausstoß und Nuklearabfälle auskommen? Und können Mathematik und Computer bei der Beantwortung dieser Frage helfen? Die Antwort lautet: Ja! In diesem Workshop planen Schülerinnen und Schüler in kleinen Teams ein Solarkraftwerk, welches mit Spiegeln und Sonnenstrahlung Energie gewinnt. Wer Freude an Mathematik hat, gerne mit dem Computer arbeitet und sich vielleicht fragt, wie er damit unsere Zukunft verbessern kann, der ist hier genau richtig!

Die Schülerinnen und Schüler lernen so genannte Fresnel-Kraftwerke kennen. Dabei handelt es sich um eine der innovativen Technologien, die für sonnenreiche Länder als Zukunftsmodelle der Energieerzeugung gehandelt werden. Die Funktionsweise dieser Kraftwerke ist verhältnismäßig simpel: Spiegel reflektieren Sonnenstrahlen auf ein Rohr, durch das Wasser geleitet wird. Das Wasser wird durch die Erhitzung zu Dampf, welcher eine stromerzeugende Turbine antreibt. Da sich die Position der Sonne im Laufe des Tages ändert, müssen die Neigungswinkel der Spiegel über den Tag hinweg stets angepasst werden.

Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mit der Frage, wie das Kraftwerk aufgebaut und betrieben werden muss, damit möglichst viel Energie erzeugt wird. Dazu experimentieren sie in Kleingruppen mit der Hilfe eines interaktiven Matlab-Simulationsprogramms. Die Schülerinnen und Schüler werten reale Daten mit Hilfe des Simulationsprogramms mit einer graphischen Rückmeldung aus und schulen neben den fachlichen Kompetenzen aus den Bereichen der Trigonometrie und Funktionen in besonderem Maße die prozessbezogenen Kompetenzen (Kommunizieren und Argumentieren, Problemlösen, Modellieren, Werkzeuge insb. e-Learning-Einheiten und Matlab benutzen).

Der Workshop ist in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Industrie und Hochschule entstanden, die im Bereich der Entwicklung und Optimierung von Fresnel-Kraftwerken forschen.

Empfohlen wird dieses Modul für Klassen der Mittelstufe, die sich zum Durchführungszeitpunkt des CAMMP days mit Winkeln und den trigonometrischen Funktionen beschäftigen. So dient das Modul als Ergänzung zum Unterricht.
Das Modul ist jedoch auch ohne die Behandlung der trigonometrischen Funktionen durchführbar.