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Lernortkooperation Schule-Technoseum:
Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
www.sitec-projekt.de
Naturwissenschaft und Technik am Beispiel der regenerativen Energietechnik
Prof. Dr. Peter Röben, PH Heidelberg Dr. Daniel Bienia, PH Schwäbisch-Gmünd
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Lernortkooperation Schule-Technoseum:
Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
Naturwissenschaft und Technik am Beispiel der regenerativen Energietechnik
Prof. Dr. Peter Röben, PH Heidelberg Dr. Daniel Bienia, PH Schwäbisch-Gmünd
1. Unser Vorhaben: Ausarbeitung von 7 Lern-Gängen
2. Geschichtliche Aspekte
3. Naturwissenschaftliche Zusammenhänge
www.sitec-projekt.de
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Lern-Gang 7: Die Entwicklung der Elektroantriebe
Lern-Gang 3: Der Seebeck-Generator
Lern-Gang 6: Das Fahrrad im Wandel der Zeit
Lern-Gang 4: Von der Glühlampe zurLeuchtdiode
Lern-Gang 2: Sonnenenergie
Lern-Gang 5: Wasserkraft
Lern-Gang 1: Windenergie
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Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
Geschichtliches Lernen in der technischen Bildung:
Fragen an die Geschichte sind Fragen, die einem Erkenntnisinteresse der Gegenwart folgen.
„Geschichte ist eine Denkbewegung, die in der Gegenwart ansetzt und sich mit Vergangenem … befaßt, um in der Gegenwart und Zukunft ein vernunftgeleitetes Handeln zu ermöglichen.“ BERGMANN 1997
geschichte
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Geschichtliches Lernen in der technischen Bildung:
Eine Auseinandersetzung mit technikgeschichtlichen Sachverhalten dient dazu, distanziert/ differenziert über die Technik der Gegenwart nachzudenken.
„Die Auswahl richtet sich auf historische Sachverhalte, die durch die in ihnen auffindbaren Probleme und Werte-Sinnvorstellungen den gegenwärtig existenten … identisch sind, entsprechen oder entgegengesetzt sind.“ BERGMANN 1997
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Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
identisch sind, entsprechen oder entgegengesetzt sind
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Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
Beispiel Wasserkraftnutzung: Unter- und oberschlächtiges Wasserrad
Situationen der Vergangenheit, die den gegenwärtig Existierenden entsprechen
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Beispiel Windkraft: Flettner-Rotor
Situationen der Vergangenheit, die weitgehend identisch zu den Gegenwärtigen sind
1924 Buckau 2010 E-Ship 1
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Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
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Mit Technikgeschichte Umweltbildung fördern
Beispiel Beleuchtung: Glühbirne
Situationen der Vergangenheit, die Heutigen gegensätzlich gegenüberstehen
Mystifizierung am Beginn des 20. Jh.
Verbot 2008.
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Naturwissenschaftliche Aspekte der technischen Bildung: Kooperationsbereich Naturwissenschaften
Lern-Gang: Windenergie Bernoulli- EffektAuftrieb
s
minindigkeitWindgeschwv
m
kgLuftderDichte
minRotorblatttsflächeQuerschnitA
WattinP
vAP
Wind
Wind
3
2
3
3,1
__
2
1
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Lern-Gang: Sonnenenergie ThermodynamikEntropieEnthalpieAggregatszuständeSchwarzer Strahler…
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Naturwissenschaftliche Aspekte der technischen Bildung: Kooperationsbereich Naturwissenschaften
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Vergleich zweier technischer Artefakte zur
Gewinnung von elektrischen Strom aus
Sonnenenergie
Parabolrinnenkraftwerk und Photovoltaikanlage
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Analyse des technischen Wissens
Subjekt des Wissens: Privatperson, Institution, Staat
Phasen der Technikverwendung:
Entwicklung/Konstruktion, Herstellung, Gebrauch,
Außerdienstnahme/Entsorgung.
Ansatz: Handlungsorientierte Wissensanalyse
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Fallbeispiel 1
Das Parabolrinnenkraftwerk
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14
Solarthermische Kraftwerke Andasol (Spanien)
Quelle: http://www.solarmillennium.de/front_content.php?idart=155
Andasol 1 2008 in Betrieb
Andasol 2 2009
Andasol 3 seit Juli 2011 Inbetriebnahmephase
Z.Z. das größte Solarkraftwerk der Welt (150 MW).
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15
Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich aus den
Wirkungsgraden der Komponenten zusammen.
Reduzierte Darstellung Parabolrinnenkraftwerk
Quelle: Das Parabolrinnenkraftwerk Andasol 1 bis 3. Broschüre der
Firma Solarmellennium
http://www.faz.net/s/Rub58F0CED852D8491CB25EDD10B71DB86F/Doc~E5BEC6539B4E640E380B5290C8697B8E8~ATpl~Ecommon~SMed.html#139C7C1EF1094B06BC3D4AF8D955BED8
4321 ges
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16 16
Eurotrough
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17
Solarkollektor eines
Solarrinnenkraftwerks
http://www.fvee.de/fileadmin/bildarchiv/forschungsthemen/sol
arkraftwerke_und_-thermie/diss.jpg
LS2 Parabolrinnekollektor,
eingesetzt der im kommerziellen
Solarkraftwerk vom Typ SEGS, das
seit über 10 Jahren in der
kalifornischen Mojave Wüste
Solarstrom erzeugt (PSA/DLR)
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Konzentration der Solarstrahlung
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Parabel_2.svg
Quaschning: Regenerative Energiesysteme. S.120
Konzentrationsfaktor:
R
K
A
AC
Theoretisches Maximum: C=46211
Bei Linearkonzentrator:
Maximum C=215
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19
Quelle: Carsten Hoyer: Simulation der Leistungsabgabe von
Parabolrinnenkraftwerken. Diplomarbeit Uni Oldenburg 1998
Aufbau des Receivers
Wirkungsgrad >70%
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20
Technikzyklus
Teilbereich tW
Erfindung
Konstruktion
Herstellung Gebrauch Entsorgung
Technisches Können
Funktionales und
strukturelles Regelwissen
Technologisches
Gesetzeswissen
Öko-
soziotechnologisches
Systemwissen
Vorgehensweise bei Analyse des technischen Wissens
Welches Wissen ist beim jeweils handelnden Subjekt (Privatperson,
Institution, Staat) handlungsleitend?
Quantenmechanisches
Wissen wird für Steigerung
des Wirkungsgrades benötigt
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21
Technikzyklus
Teilbereich tW
Erfindung
Konstruktion
Herstellung Gebrauch Entsorgung
Technisches Können
Funktionales und
strukturelles Regelwissen
Technologisches
Gesetzeswissen
Öko-
soziotechnologisches
Systemwissen
Vorgehensweise bei didaktischer Analyse des
technischen Wissens
Welches Wissen braucht der Schüler um eine eigene Haltung zum
ausgewählten Technikbereich entwickeln zu können?
Quantenmechnik ist für dieses
Ziel unerheblich
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Fallbeispiel 1
Die Solarzelle
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Photovoaltaikkraftwerke
40 MWp
Waldpolitz
80 MWp Sarnia, Ontario, Kanada
Geplant 2013: 230 MW Solar Ranch
One, in der Nähe von Los Angeles,
Kalifornien
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24
Stromleitung in Metallen und Halbleitern
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:B%C3%A4ndermodell.svg?uselang=de
Erklärung sogar in Sendung mit der Maus:
http://www.youtube.com/watch?v=WUl1fLFY6iM
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25
Halbleiterkristall
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:B%C3%A4ndermodell.svg?uselang=de
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26
Sperrschicht
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Sperrschicht.png&filetimestamp=20100805124541
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27
Solarzelle
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Solarzelle_Funktionsprinzip2.svg&filetimestamp=20091102202111
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28
Quelle: Kaltschmitt, Streicher, Wiese: Erneuerbare Energien. Berlin,
Heidelberg 2006
Aufbau einer Solarzelle
Wirkungsgrad >70%
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29
Quelle: Kaltschmitt, Streicher, Wiese: Erneuerbare Energien. Berlin,
Heidelberg 2006
Kennlinien einer Solarzelle
Wirkungsgrad >70%
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30
Quelle: Kaltschmitt, Streicher, Wiese: Erneuerbare Energien. Berlin,
Heidelberg 2006
Wirkungsgrade von Solarzellen
Wirkungsgrad >70%
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31
Quelle: Kaltschmitt, Streicher, Wiese: Erneuerbare Energien. Berlin,
Heidelberg 2006
Schaltungen von Solarzellen
Wirkungsgrad >70%
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32
Quelle: Quaschning: Regenerative Energiesysteme. München: Hanser
2007, 183
Kennlinie von Solarzellen
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33
Quelle: Quaschning: Regenerative Energiesysteme. München: Hanser
2007, 183
Gleichspanungsumrichter zur Optimierung des Wirkungsrades
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Technikzyklus
Teilbereich tW
Erfindung
Konstruktion
Herstellung Gebrauch Entsorgung
Technisches Können
Funktionales und
strukturelles Regelwissen
Technologisches
Gesetzeswissen
Öko-
soziotechnologisches
Systemwissen
Vorgehensweise bei Analyse des technischen Wissens
Welches Wissen ist beim jeweils handelnden Subjekt (Privatperson,
Institution, Staat) handlungsleitend?
Quantenmechanisches
Wissen wird für Konstruktion
von Solarzelle benötigt
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35
Technikzyklus
Teilbereich tW
Erfindung
Konstruktion
Herstellung Gebrauch Entsorgung
Technisches Können
Funktionales und
strukturelles Regelwissen
Technologisches
Gesetzeswissen
Öko-
soziotechnologisches
Systemwissen
Vorgehensweise bei didaktischer Analyse des technischen Wissens
Welches Wissen braucht der Schüler um eine eigene Haltung zum
ausgewählten Technikbereich entwickeln zu können?
Quantenmechnik ist für dieses
Ziel unerheblich
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36
Schlußfolgerung
Physikalisches Wissen wird vornehmlich bei der Herstellung und
Konstruktion benötigt.
Handlungswissen für die Verwendung von Solarzelle braucht keine
QM. Die didaktische Reduktion liefert kein nützliches Wissen.
Technisches Wissen:
Funktionales Regelwissen: Input, Output, black box
Strukturelles Regelwissen: Verschaltung von Solarmodulen
Technologisches Gesetzeswissen: Bestimmung des
Leistungsmaximums, Regelungstechnik Wechsel- und Gleichrichter
Öko-soziotechnologisches Systemwissen: Integration von
Solarkraftwerken in das Energieversorgungssystem
Weitere didaktische Zielgröße: Berufsorientierung