Das Windkraftwerk im Elektroauto

ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht
STENDAL
Das Windkraftwerk
im Elektroauto
Simon Hänel
Julian Willingmann
Schule:
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium
Westernstr. 29
38855 Wernigerode
Jugend forscht 2011
Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium
Klasse 8a
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium
Klasse 8a
eingereicht bei Jugend forscht/Schüler experimentieren 2011
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
Inhalt
1. Einleitung ............................................................................................................................... 3
2. Die Idee zum Thema .............................................................................................................. 3
Hauptteil ..................................................................................................................................... 4
3. Wie funktionieren bisher die Elektroautos ............................................................................. 4
3.1 Probleme der bisherigen Elektroautos .................................................................................. 5
3.2 Bekämpfung der Probleme ................................................................................................... 6
4. Unsere Idee zur Verbesserung................................................................................................ 8
4.1 Punkte an denen sich die Windräder befinden ..................................................................... 8
4.1.1 Unsere Idee im Modell ...................................................................................................... 9
4.2 Problem und Verbesserung ................................................................................................ 10
4.2.1 Experimentelles Modell .................................................................................................. 11
4.3 Wie viel Energie produzieren die Windräder ..................................................................... 12
5. Energetische Betrachtung ..................................................................................................... 13
6. Zusammenfassung ................................................................................................................ 14
7. Schluss .................................................................................................................................. 14
8. Quellen ................................................................................................................................. 15
2
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
1. Einleitung
Haben sie schon einmal beim Autofahren überlegt wie viel Energie außerhalb
des Autos verloren geht? Der ganze Fahrtwind zischt ganz schnell am Auto
vorbei und wird nicht verwendet. Hingegen wird der normale Wind durch
Windräder auf den Feldern am Straßenrand genutzt. Wie man den Fahrtwind
beim Autofahren gebraucht, beschreiben wir Ihnen deshalb in dem folgendem
Projekt, damit sie sich in Zukunft diese Frage beim Auto fahren nicht mehr
stelle müssen und sich ganz dem Autofahren zuwenden können.
2. Die Idee zum Thema
Dies ist das zweite Mal, dass wir am Wettbewerb „Jugend forscht“ teilnehmen.
Wir haben uns schon lange Zeit für die Technik interessiert, vor allem für die
Umweltfreundliche . Als wir dann Auto gefahren sind, aus dem Fenster geschaut
haben und die Windräder beobachteten, die durch den Wind bewegt wurden,
haben wir uns gedacht, dass man die dabei entstehende Energie doch auch zum
Antrieb von Elektroautos benutze könnte und so kamen wir auf das Thema „Das
Windkraftwerk im Elektroauto“.
3
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
Hauptteil
3. Wie funktionieren bisher die Elektroautos
Bei einem Elektroauto wird der Strom zum Antrieb der Räder genutzt. Dabei
wird der Elektroantrieb von einem Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor
befindet sich dabei meist in der Nähe der Drehachse, damit die Räder per
Direktantrieb über die Achse angetrieben werden können. Die notwendige
Energie beziehen die Motoren aus Akkus. Der Strom für die Akkus können die
Verbraucher aus der eigenen Haussteckdose oder einer Stromzapfsäule
entnehmen. Die Kapazität der Akkus beinhaltet jedoch nur so viel Energie, dass
es gerade Mal für 300 Kilometer reicht.
4
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
3.1 Probleme der bisherigen Elektroautos
1. Die Kapazität der bisherigen Akkus hält jedoch nur für 300 Kilometer
Fahrstrecke.
2. Nach der gewissen Fahrstrecke muss die Akkus ca.10 Stunden aufladen!
3. Die Akkus sind sehr groß und schwer.
4. Die Elektroautos sind sehr teuer.
5. Die Lebensdauer der Akkus beträgt nur 3-5 Jahre
6. Man ist auf Elektrotanksäulen angewiesen, die es meist sehr selten gibt.
(siehe Bilder unten)
5
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
3.2 Bekämpfung der Probleme
Ein Versuch einige Probleme zu bekämpfen sind zum Beispiel:
1. Hybridautos bei denen ein Elektromotor von einem
Dieselmotor ergänzt wird. Der Vorteil dieser Autos ist,
dass wenn die Akkus alle sind das Auto trotzdem weiter
fahren kann und dadurch weitere Fahrstrecken möglich sind.
Auch müssen die Akkus nur noch 4 Stunde aufgeladen
werden. Auch sind diese Autos viel besser, denn der
Elektromotor fährt 50 km und dreiviertel der Deutschen
fahren am Tag nur 40 km und dadurch wäre ein solches Auto
für sie völlig zureichend.
6
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
2. Tankstellen bei denen die Akkus nicht aufgeladen werden,
sondern ausgetauscht werden, dadurch kann das Auto nach 2
Minuten weiterfahren und muss nicht 10 Stunden aufgeladen
werden(siehe Bild)
Elektroautotankstelle
7
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
4. Unsere Idee zur Verbesserung
Unsere Idee zur Verbesserung ist ein Elektroauto, welches den bei der Fahrt
erzeugten Fahrtwind nutzt. Dazu werden kleine Windgeneratoren in die
Unebenheiten des Autos eingebaut. Die dabei entstehende Energie wird
entweder sofort verwendet oder in einen Akku gegeben. (Stellen: siehe unter
4.1)
4.1 Punkte an denen sich die Windräder befinden
Die Windräder sollen sich an:
- beiden Seitenspiegeln
- in der Stoßstange/im Kühler
... befinden
(Punkte 1)
(Punkte 2)
8
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
4.1.1 Unsere Idee im Modell
Ein möglicher Punkt zur Nutzung der Windkraft am Auto ist am Seitenspiegel
zu finden. In einem ausgedienten Seitensiegel wurde ein Windgenerator
eingebaut.
Mit einem Ventilator wird der Fahrwind simuliert und auf den Seitenspiegel
richtet, damit beginnt der Windgenerator zu rotieren. Die erzeugte Energie lässt
eine Lampe, als Verbraucher aufleuchten.
9
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
4.2 Problem und Verbesserung
1. Problem
Das Problem ist, dass man nicht so viele Windgeneratoren in das Auto bauen
kann, um das Auto vollständig nur mit der durch den Fahrtwind erzeugten
Energie anzutreiben.
2. Verbesserung
Ein weitere und zusätzliche Möglichkeit der Energiegewinnung, wird mit dem
Einsatz von Solarzellen erreicht. Bei dieser Variante werden die Dachflächen
mit Hilfe von Solaranlagen ausgenutzt. Die durch die Sonne erzeugte Energie
wird dann zusammen mit der Energie der Windgeneratoren zum Antrieb des
Autos genutzt. Die z.B. beim Stehen des Autos erworbene Energie der
Solaranlage wird dann in eine Batterie gespeist.
10
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
4.2.1 Experimentelles Modell
Zur Veranschaulichung einer weiteren zusätzlichen Energiegewinnung am Auto
haben wir ein Automodell mit einer Solarzelle bearbeitet.
Mittels einer Lampe, als Sonnenmodell, kann die erzeugte Energie zum Antrieb
weiterer elektrischer Details am Auto verwandt werden.
11
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
4.3 Wie viel Energie produzieren die Windräder
Bei einer Fahrdauer von 1 Stunde und einer Geschwindigkeit von 50 km/h ohne
Gegenwind erzeugt ein Windrad eine Energie von 5,3 Megajoule.
Wir kamen auf diese Zahl mithilfe von folgender Formel.
E = π : 2 * r² * υ³ * t
E = Energie
r = Radius eines Windrades( 2,5cm )
ρ = Dichte der Luft ( 0,0012g/cm³)
υ = Geschwindigkeit der Luft (50 km/h )
t = Zeit der auftreffenden Luft (1 Stunde )
12
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
5.Energetische Betrachtung
Da bei unserem Projekt der Energieerhaltungssatz, der da wäre:
Energie kann nicht neu entstehen oder verschwinden sondern nur umgewandelt
werden, eine sehr wichtige Rolle spielt, haben wir folgende Skizze entworfen.
Umwandlungskette
mit Windgeneratoren
Wenn der blau gefärbte Teil in der Umwandlungskette entfällt, dann würde
keine Energie durch Reibung und Widerstand der Generatoren ungenutzt
verloren gehen. Daher ist unsere Idee energetisch gesehen bei fahrenden
Autos nicht sinnvoll.
Parkt das Auto an einer windigen Stelle, so kann die durch den Wind in den
Generatoren erzeugte elektrische Energie in Batterien gespeist werden.
Umwandlungskette bei stehendem Auto mit Generatoren
13
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
6. Zusammenfassung
Elektroautos sind viel sparsamer und umweltfreundlicher als normale Autos.
Hingegen kann man bei normalen Elektroautos nur begrenzt fahren, denn die
Akkus speichern nicht sehr viel Energie. Deshalb haben wir ein Elektroauto
entworfen, welches auch den Fahrtwind durch Windgeneratoren nutzt, um
Energie für den Antrieb zu gewinnen.
Jedoch kann man auch die Windgeneratoren in die heutigen Autos mit
Verbrennungsmotoren einbauen um den Verbrauch des Autos zu reduzieren, da
die Energie die der Fahrtwind erzeugt die Stromversorgung des Autos mit
unterstützt.
Auch könnte der Benzin- und Dieselverbrauch reduziert werden, da die
Lichtmaschine entfallen könnte, die Batterie nur noch im Stand das Auto mit
Strom versorgen muss und so kleiner und leichter sein könnte.
7. Schluss
Wenn man sich mit Elektroautos genauer beschäftigt merkt man, dass
Elektroautos vielfältig sind und viel zu wenig von den Menschen genutzt
werden obwohl sie viel umweltfreundlicher sind und für viele Menschen
ausreichend wären.
Fazit: Elektroautos sollen noch mehr Energie speichern können.
Ziel: Die Elektroautos sollen mehr von den Menschen genutzt werden und mehr
produziert werden.
14
Jugend forscht 2011 / Schüler experimentieren Das Windkraftwerk im Elektroauto
Simon Hänel
Harburgstr.5
38855 Wernigerode
Julian Willigmann
Friedrichstr.119a
38855 Wernigerode
Gerhart-Hauptmann-Gymnasium Wernigerode Klasse 8a
8. Quellen
Internetseiten:
www.grueneautos.com
www.elektroauto-hybridauto.de
www.wikipedia.de
www.unendlich-viel-energie.de
www.focus.de
google bilder
Unsre eigenen Ideen
15