Kurs:Mathematische Modellbildung/Themen/2024-25 Wintersemester/Thema 1

Energiegewinnung und Flächennutzung: Mathematische Modellierung eines Solarmodul-Systems für den Universitätsparkplatz der RPTU Landau

In diesem Projekt beschäftigen wir uns mit der Frage, welche Vorteile es für die Umwelt haben kann, vorhandene Parkplatzflächen mit Solarmodulen zu überdachen. Dafür betrachten wir beispielhaft den Universitätsparkplatz der RPTU am Campus Landau. Wir gehen dabei vorallem der Frage auf den Grund, wie viel nachhaltiger Strom durch solche Solarmodule erzeugt werden kann, der andernfalls durch umweltschädlichere Gewinnungsmethoden wie Atomkraft erzeugt werden müsste. Das Projekt soll als Beispiel für andere Parkplatzflächen dienen, das einen möglichst genauen Richtwert für die Menge an Energie liefert, die auf einer bestimmten Fläche innerhalb eines Jahres gewonnen werden kann.

Gruppenteilnehmer

1. Jannis Walker
2. Alina Döringer
3. Lukas Daubner

Datenerhebung

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Modellierungszyklus 1(Level: Sekundarstufe 2)

Annäherung an den Flächeninhalt des (nicht rechteckigen) Universitätsparkplatzes durch Einheitsquadrate, Bildung von einer Art Ober- und Untersumme bezüglich der Einheitsquadrate, Verfeinerung der Einheit, sodass Flächeninhalt genauer geschätzt werden kann, Beobachtung des Konvergenzverhaltens der Anzahl an Einheiten bei immer kleineren Quadraten Beschäftigung mit der Frage, wie viele Solarmodule auf den Parkplatz passen Grobe Annäherung an die Energiemenge durch Mittelwerte, wie viel Strom ein Solarmodul erzeugen kann und Anzahl der Tage im Jahr

Voraussetzungen

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Umsetzung mit mathematischen Werkzeugen

(Text)

Ergebnisse

(...)

Diskussion

(Verbesserungsvorschläge)

Modellierungszyklus 2 (Level: Uni-Niveau)

Betrachtung der durchschnittlichen Sonnenstunden pro Tag je nach Jahreszeit, darauf basierend durch Regression eine Sinusfunktion ermitteln, die die Sonnenstunden in Landau pro Tag je nach Jahreszeit am besten annähert, dementsprechend feinere Ergebnisse für mögliche Energiemenge der Solarmodule mithilfe von Integration der Kurve

Voraussetzungen

(Text)

• Listeneintrag
• Listeneintrag
• Listeneintrag

Umsetzung mit mathematischen Werkzeugen

(Text)

Ergebnisse

(...)

Diskussion

(Verbesserungsvorschläge)

Modellierungszyklus 3 (Level: Uni-Niveau)

zusätzliche Betrachtung des veränderten Winkels der Sonneneinstrahlung durch Erdrevolution, annäherungsweise Berechnung dieses Winkels und erneute Regression zur Bestimmung einer Funktion, die den Winkel je nach Jahreszeit am besten annähert, daraufhin Aufstellen einer Funktion, die die Parameter Winkel, Sonnenstunden, Jahreszeit und durchschnittlicher Energiegewinn miteinander vereint und einen finalen Wert für die Gesamtenergie liefert

Voraussetzungen

(Text)

• Listeneintrag
• Listeneintrag
• Listeneintrag

Umsetzung mit mathematischen Werkzeugen

(Text)

Ergebnisse

(...)

Diskussion

(Verbesserungsvorschläge)