Viele Persönlichkeiten. Zwei Standorte. Eine BO.

BOCell – eine mobile Energieerzeugungs- und Speichereinheit

Die Energieerzeugung durch Muskelkraft hat sich im Rahmen der Nutzung von alternativen Energien aktuell noch nicht kommerziell verbreitet. Bei BOCell handelt es sich um einen mobilen, mit Muskelkraft betriebenen Stromgenerator, der mit einer elektrischen Speicherzelle kombiniert wird. Dieser Aufbau ist leicht transportabel und kann lokal vor Ort zur Energieerzeugung im Zuge von beliebigen Veranstaltungen genutzt werden. Durch seine kombinierte Speicherzelle kann er an einen Einspeisestandort verbracht werden und die gespeicherte Energiemenge in das öffentliche Stromnetz abgeben. Die Stromerzeugung wird durch zwei Spinning Bikes (stationäre Fahrräder für körperliches Ausdauertraining) realisiert, die mit jeweils einem Wechselstromgenerator gekoppelt sind. Zur Speicherung werden wahlweise Kondensatoren oder Akkumulatoren genutzt.

Abb. 1: BOCell - CAD-Darstellung

Auf der Grundlage eines Forschungsprojektes zur Nachhaltigen Entwicklung am Institutes für Mathematik- und Technikdidaktik (IMT) der Hochschule Bochum wurde in einem Unterprojekt nach einfachen Möglichkeiten gesucht, den Energiebegriff für Besucherinnen und Besucher einer Ausstellung oder Veranstaltung individuell (be)-greifbar zu machen und ihnen die Dimension des Energiebegriffs spürbar zu vermitteln. Weiterreichende Ziele sind die Potenziale sinnvoller Energienutzung zu erkennen und daraus die Entwicklung von Handlungsalternativen zu ermöglichen. Es soll sowohl die Selbstwirksamkeit erfahrbar, als auch Teamarbeit initiiert werden. Aus dieser Zielsetzung resultierte der Bau des BOCells, eines experimentellen Aufbaus zur elektrischen Stromerzeugung durch kinetische Energie mit Muskelkraft auf zwei bis vier Spinning-Bikes, die schaltungstechnisch getrennt voneinander betrieben oder miteinander als eine Erzeugereinheit gekoppelt werden können. Der unvoreingenommene Benutzer kann alleine oder im Team durch Körpereinsatz die elektrischen Generatoren in einem Stromkreis antreiben und somit die Leistungsanforderungen unterschiedlicher Verbraucher „erfahren“ oder die elektrische Energie in der integrierten Speicherzelle lokal sichern. Wird der mobile Aufbau des BOCells wieder an seinen zentralen Einspeisestandort zurückgebracht, wird die gespeicherte Energie in das öffentliche Stromnetz eingespeist.    

Abb. 2: BOCell - Schematischer Aufbau

Wird der BOCell als eigenständige, abgeschlossene elektrische Erzeuger- und Speichereinheit, wie in Abb. 2 dargestellt, betrachtet, so kann der Aufbau in drei elektrische Funktionsgruppen aufgeteilt werden.

  • Der Wechselstromgenerator. Bei der Auswahl des Energiekonverters zur Umwandlung der durch Muskelkraft erbrachten kinetischen Energie in elektrische Energie fiel die Wahl, wegen der temporär und auch quantitativ sehr unsymmetrisch auftretenden Erzeugung, auf einen Wechselstromgenerator.
  • Der Gleichrichter. Da bei dem Aufbau der Anlage ein elektrischer Gleichstromspeicher verwendet wird, muss hier ein Gleichrichter zur Wandlung des erzeugten Wechselstroms eingesetzt werden.
  • Der elektrische Energiespeicher. Zur lokalen Sicherung der erzeugten Energiemenge können Akkumulatoren, Batterien oder auch Kondensatoren verwendet werden.

 

Diese drei elektrischen Elemente bilden mit der strukturellen mechanischen Einheit der Spinning-Bikes den mobilen Aufbau des BOCells. Die statische Verbindung dieser Elemente auf einer Platte ermöglicht sowohl der sicheren Betrieb, als auch den Transport dieser Einheit.  

Den stationären Teil der Anlage bildet der Einspeisestandort, der in die folgenden beiden elektrischen Elemente aufgeteilt werden kann.

  • Der Wechselrichter. Zur Einspeisung in das öffentliche Netz wird die Umwandlung des gespeicherten Gleichstroms in Wechselstrom benötigt.
  • Der Zähler. Die mit dem Versuchsaufbau erzeugte Gesamt-energiemenge soll protokolliert werden und jederzeit am Einspeisestandort ablesbar sein. 

Bilder


Im Kontext dieses Projektes ist folgende Veröffentlichungen entstanden:

FRANK, Urban (2015):

BOCell – eine mobile Energieerzeugungs- und Speichereinheit, Hochschule Bochum, Institut für Mathematik- und Technikdidaktik (IMT), Hrsg.: Prof. Dr. Uwe Großmann, Prof. Dr. Ingo Kunold, Prof. Dr. Christoph Engels, SMART ENERGY 2015, 12.–13.11.2015, ISBN 978-3-00-051537-8

Link zur Smart Energy Conference 2015
Urban Frank
Urban Frank, B.Eng.
Raum: C1-13b
Tel.: +49 234 32 10803