Angewandtes Energiedatenmanagement mit der Smartflower POP

Umgesetzte Maßnahme

Ziele

Wissenschaftliches Arbeiten anhand einer realen PV-Anlage, verknüpft mit angewandtem Energiedatenmanagement, Studierenden des Bachelorstudiums Europäische Enerigewirtschaft erläutern.

Beschreibung

Die Energiewirtschaft ist aktuell stark im Umbruch. IT und andere Bereiche, wie z.B. Energie, ver¬schmelzen immer mehr. Hybridnetze und Energiedatenmanagement sind die Zukunft. Der Studiengang Europäische Energiewirtschaft an der FH Kufstein Tirol setzt eine „Smartflower POP“ ein, um das Thema Energiedatenmanagement in Forschung und Lehre zu implementieren und Studierende an wissenschaftliches Arbeiten sowie Datenauswertung heranzuführen. Die „Smartflower POP“ ist eine repräsentativen Photovoltaikanlage in Form einer „Solarblume“, welche sich abhängig der solaren Einstrahlung bzw. Helligkeit öffnet oder schließt und sich zeitlich gesteuert nachdem den Sonnenstand bzw. –verlauf ausrichtet. Die „Smartflower POP“ selbst wurde durch einen Teil Sponsoring sowie die Substitution der eingespeisten Erneuerbaren Energie in das Stromnetz der FH Kufstein Tirol finanziert. Der Vorteil für die Studierenden liegt einerseits darin, dass Sie einen Teil des theoretisch erworbenen Wissens, hier z.B. die Photovoltaiktechnologie, z.B. Energielücke, mono-, polykristalline Zellen, etc. erleben können. Und andererseits dem Erlernen des wissenschaftlichen Arbeitens und des angewandten Energiedatenmanagements sowie Arbeitens mit realen und realistischen Daten aus den Bereichen Erneuerbare Energie und Meteorologie.

Die Energiewirtschaft ist aktuell stark im Umbruch. IT und Energie ver¬schmelzen immer mehr. Hybridnetze und Energiedatenmanagement – im Kleinen wie im Großen – sind die Zukunft. Daher errichtete der Studiengang Europäische Energiewirtschaft, unter der Leitung von Prof. (FH) Dr. Georg Konrad an der FH Kufstein Tirol, eine repräsentative Photovoltaikanlage in Form einer Solarblume mit der Bezeichnung „Smartflower POP“. Die „Smartflower POP“ soll in erster Linie für den angewandten Studienbetrieb des Studienganges genutzt werden und in zweiter Linie wird der regenerativ erzeugte Strom in das Stromnetz der Fachhochschule Kufstein eingespeist und bilanziell an Stromtankstellen für E-Bikes, E-Automobilen sowie für die Aufladung von Smartphones, Laptops etc. genutzt werden.

Die Design-PV-Anlage produziert laut Hersteller zwischen 3.400 – 6.200 kWh Strom pro Jahr, abhängig je nach Standort weltweit. In Tiroler Breitengraden wird der zukünftige Stromertrag der Smartflower POP den Bedarf eines durchschnittlichen Vier-Personen-Haushaltes mit rd. 3.000 - 3.500 kWh pro Jahr abdecken. Die PV-Anlage entfaltet ihre Solarblätter mit einem Durchmesser von rd. 4,8 Meter bei Sonnenaufgang automatisch und dreht sich zeitgesteuert immer der Sonne zu, um optimale Stromerträge zu liefern. Nach Sonnenuntergang falten sich die Flügel der Anlage wieder zusammen und die Anlage ist so klein und schmal wie ihr Standfuß auf dem sie montiert ist. Bei Windgeschwindigkeiten ab ca. 53 km/h bzw. 64 km/h schließt sich die Solarblume automatisch in zwei Sicherheitspositionen, um allfällige wetterbdingte Beschädigungen, z.B. Wind oder Hagel, zu vermeiden. Die PV-Anlage selbst ist auf die Nutzung von 20 Jahren ausgerichtet.

Die Vorteile für die FH Kufstein Tirol sind: erneuerbare Stromproduktion von geschätzt 3.000 – 3.500 kWh/a, Visualisierung (schöner) erneuerbare Energie mitten im Stadtpark in Sichtweite der FH selbst, Generierung von realistischen „Live-Daten“ mittels der Smartflower POP und einer zusätzlichen Wetterstation. Angewandtes Energiedatenmanagement wird mittels der Visualisierung der Daten der Smartflower POP auf der Webseite www.fh-kufstein.ac.at/smartflower der Öffentlichkeit präsentiert. Die Smartflower POP ist weiters ein „Eyecatcher“ vor der FH Kufstein Tirol für Studierende der unterschiedlichen Studiengänge, für Einwohner und TouristInnen in der Region. Als gut sichtbares Projekt in zentraler Lage inmitten des Stadtparks (FH-Campusgelände) von Kufstein wird zudem die Motivation der einzelnen Beobachter für den Einsatz von erneuerbaren Energien gefördert, was sich imageträchtig und nachhaltig sowohl für die Stadt und die Region auswirken soll – so ein weiteres Ziel des Projekts. Das Projekt konnte dank der Unterstützung der Sponsoren, der FH Kufstein Tirol Privatstiftung, den Stadtwerke Kufstein GmbH und den Stadtwerke Wörgl GmbH, realisiert werden. Einen Beitrag liefert ebenso der produzierte und ins Stromnetz der FH Kufstein Tirol eingespeiste Ökostrom.

 

Innovative Hochschuldidaktik

Der Vorteile für Studierende liegt zu einem Teil auf dem Erlernen des theoretisch erworbenen Wissens im Bereich Erneuerbarer Energien, hier z.B. über die Photovoltaiktech-nologie, dem Erlernen des wissenschaftlichen Arbeitens mittels angewandtem Energie-datenmanagements. Zum anderen Teil durch die eigenständige Bearbeitung von großen Datenmengen, der Auswertung von Daten, sowie Erstellung von Tabellen, Abbildungen sowie der Erstellung eines Abschlussbericht unter den Vorgaben des Leitfadens Erstellung einer Bachelorarbeit an der FH Kufstein Tirol. Hierbei soll die korrekte Beschriftung sowie Darstellung und das richtige zitieren im Text mit jeweils dem Bezug Tabelle oder Abbildung für die spätere Erstellung der Bachelorarbeit I und II gelernt werden. Innovativ ist dabei, dass einerseits die Bearbeitung komplett eigenständig oder in Gruppen- bzw. Teamarbeit möglich ist, sowie andererseits, dass der Umgang mit große Datenmengen sowie das wissenschaftlich korrekte Arbeiten in einer guten Atmosphäre erlernt werden kann. Das bedeutet, dass einerseits komplette Eigenständigkeit oder eben Gruppenarbeit möglich ist um zum Ziel zu kommen. Individuell kann sich jeder Studierende für die eine oder andere Vorgehensweise entscheiden.

Von Forschung bzw. Lehre durch Entwicklung und Erschließung der Künste abgeleitete Lehre

Die Studierenden arbeiten mit realen und realistischen Energiedaten, welche sozusagen vor der Haustüre generiert werden. Die Parameter der generierten Energiedaten der Smartflower POP sowie der Wetterstation sind: die Erzeugungsleistung bzw. der Stromertrag in Watt [W], die Globalstrahlung auf die Module in Watt pro Quadratmeter [W/m2], die Modultemperatur in Grad Celsius [°C], die Außentemperatur in Grad Celsius [°C] sowie die Windgeschwindigkeit in Kilometer pro Stunde [km/h], gemessen mit einem Anemometer an einer eigenen Windmessstation in der Nähe der Smartflower POP. Die gewonnen Daten werden über den Wechselrichter bzw. die Wetterstation mittels eines Außen-Access-Points auf einen FTP-Server im 5- bzw. 10-Minuten-Takt übertragen. Diese Daten werden hierbei im Format csv abgespeichert und werden den Studierenden für die Bearbeitung im Excel-Format zur Verfügung gestellt. Die studentischen Auswertungen selbst können im Nachgang mittels der erstellten Visualisierung der Daten auf der Projektwebseite www.fh-kufstein.ac.at/smartflower verifiziert bzw. falsifiziert werden. Die Daten werden dabei online & „live“ mit 10 minütiger Verzögerung visualisiert.

Studierendenzentrierung

Die Interaktion von Lektor bzw. Lektorin ist hierbei mehrfach mittels einem permanenten Daten- und Informationsaustausch gegeben. Anfangs wird hierbei die Photovoltaiktechnologie gelehrt und anschließend die anstehende Aufgabe detailliert erläutert und die entsprechenden Daten sowie ein Draft für die Erstellung der Abschlussarbeit zur Verfügung gestellt. Durch diese Zusammenarbeit ist immer eine Hilfestellung sowie Unterstützung durch den Lektor/die Lektorin gegeben.

Die fachlich komplexe Aufgabenstellung für die Studierenden lautet: Wie gehe ich mit großen Datenmengen um, bringe Sie in entsprechende Form und schlussendlich in einen Abschlussbericht der nach wissenschaftlichen Kriterien im Sinne des korrekten wissenschaftlichen Arbeitens erstellt werden muss? Das bedeutet, dass der Wissenszuwachs bei den Studierenden hoch ist. Und zwar in den Bereichen:

- Umgang mit großen Datenmengen sowie

- Eigenständige Erstellung eines Abschlussberichtes nach wissensch. Kriterien

Durch die Gruppen- bzw. Teamarbeit wird einerseits das Jahrgangs- sowie Zusammengehörigkeitsgefühl gestärkt und andererseits durch die eigenständige Bearbeitung eines Themas nach Vorgabe der Erstellung des Abschlussberichtes nach wissenschaftliche Kriterien, wird das korrekten wissenschaftlichen Arbeiten erlernt. Um jedem Studierenden jedoch auch seiner Individualität nachzukommen, kann diese Aufgabenstellung jedoch auch komplett eigenständig erfolgen. Die Interaktion zwischen Lektor/die Lektorin muss jedoch immer gewährleistet sein. Die zeitliche und räumliche Unabhängigkeit während der Bearbeitung unterstützt die Studierenden dabei Ihrer Selbstbestimmung und erfordert eine gewisse Einhaltung von Disziplin bzw. Termintreue gegenüber des Lektors bzw. der Lektorin.

 

Kompetenzorientierung

Neben dem Erlernen der Photovoltaiktechnologie werden weiters Kompetenzen in den Bereichen Datenmanagement sowie wissenschaftliches Arbeiten erlernt. Durch den Umgang sowie die Visualisierung von großen Datenmengen erlernen die Studierenden den Umgang sowie die Auswertung von Daten mittels standardisierten Auswerteprogrammen, wie z.B. MS-Excel oder Open-Office-Programmen. Das bedeute, dass die Studierenden folgende Punkte bearbeiten und erlernen:

- Photovoltaiktechnologie

- Angewandtes Datenmanagement mit realen und realistischen Daten sowie

- Wissenschaftliches Arbeiten

Hierbei wird den Studierenden auch der Leitfaden für die Erstellung einer Bachelorarbeit an der FH Kufstein Tirol zur Verfügung gestellt, um korrektes wissenschaftliches Arbeiten gleich von Beginn an zu erlernen. Weiters wird durch die Möglichkeit der eigenständigen Überprüfung der eigenen Berechnungen – unabhängig des Lektors/der Lektorin – entfällt zusätzlich eine gewissen Hemmschwelle bei den Studierenden und die Korrektheit der Auswertung kann selbstständig überprüft und gegebenenfalls abgeändert werden. Das Feedback des Lektors/der Lektorin zum Abschlussbericht – inklusive Begleitung und Überprüfung der korrekten wissenschaftlichen Ausführungen – nimmt die Studierenden früh an die richtige Hand, und damit wird das Bearbeiten sowie Gelingen von beiden Bachelorarbeiten unterstützt. Weiters wird die soziale Kompetenz der Studierenden gefördert, indem die Bearbeitung der Daten zwar individuell geschieht – jeder Studierende bekommt einen anderen Zeitraum der Datengenerierung zur Bearbeitung bzw. Auswertung – bei der Erstellung des Abschlussberichtes ist jedoch explizit Zusammen- bzw. Gruppenarbeit erwünscht. Dies kann einerseits bei gegenseitigem Hinterfragen der Korrektheit der Daten und Auswertungen sowie andererseits – falls erforderlich – Unterstützung bei den verwendeten Auswerteprogrammen oder bei der richtigen Beschriftung, Beschreibung sowie Zitierung von Tabellen und Abbildungen im Text geschehen.

Also Folge dieses Projektes wurde eine Bachelorarbeit zum Thema „Solarbäume und –Smartflowers“ im Studiengang erstellt und von Prof. (FH) Dr. Georg Konrad begleitet. Zukünftig wird vom Studiengangsteam das Thema „Photovoltaik im alpinen Gebieten“, wo hiezu aktuell auch weitere Arbeiten erstellt werden bzw. Forschungsprojekte schon abgeschlossen wurden, weiter bearbeitet.

Positionierung des Lehrangebots

Bachelor

Weiterführende Information


Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2017 nominiert.