Nachführung eines Balkonkraftwerks in der BFS programmiert

Von links nach rechts: Samanta Ambroszkiewicz, Fuad Zara, Paulina Paliga vor dem automatisch nachführbaren Modell eines Balkonkraftwerks, das die Klasse im Unterricht erarbeitet hat.

Für die Projektwoche des HNBK zum Thema Smartquart im Juni 2025 hatte die Klasse der einjährigen Berufsfachschule für Elektrotechnik am HNBK sich das Thema „Grundlagen von Solarzellen – Optimierung der Zellenleistung Aufbau und Programmierung einer Nachführung von einem Balkonkraftwerk mit Hilfe einer Arduinoschaltung“ unter der Anleitung von Lehrer Roland Berger vorgenommen. Natürlich wurden die in der Projektwoche gezeigten Ergebnisse über eine längere Zeit im Unterricht mit den Schülerinnen und Schülern, die sich in diesem Bildungsgang auf den Hauptschulabschluss vorbereiten, erarbeitet.

Die Leistung von Solarpanelen, zum Beispiel bei den immer beliebter werdenden Balkonkraftwerken, kann deutlich gesteigert werden, wenn sie optimalen Winkel zur jeweiligen Sonneneinstrahlung ausgerichtet werden. Für das Projekt mit den Schülerinnen und Schülern wurde eine Steuerung realisiert, die in verkleinertem Maßstab die Panele, abhängig von den Werten unterschiedlicher Sensoren steuert. Hierzu wurde ein Arduino Microcontroller-Board verwendet, eine preiswerte und quelloffene Technik, die unter anderem im Bildungsbereich gerne eingesetzt wird.

Für den Aufbau des Projekts hat Lehrer Roland Berger Stahlprofile mit den Abmessungen 15 x 15 mm miteinander verschweißt. Das Ziel ist es, ein Balkonkraftwerk zu realisieren, das für ein Standard-Solarmodul mit 40 Watt ausgelegt ist, da ein reales Modul mit 1,7 m x 1 m und 430 Watt zu groß gewesen wäre.

Im Rahmen des Unterrichts hat die Klasse verschiedene Sensoren programmiert, die an einem Arduino angeschlossen sind. In der Projektwoche hat sie sich für folgende Komponenten entschieden:

• Zwei LDR (Lichtabhängige Widerstände), die am analogen Eingang des Arduino angeschlossen sind, um den Winkel zur Sonne optimal auszurichten.
• Motorsteuerung mittels H-Brücke – einer elektronische Schaltung, die es ermöglicht, die Drehrichtung von Gleichstrommotoren und anderen Lasten zu ändern, indem die Stromrichtung umgekehrt wird – mit der ein Linearantrieb gesteuert wird, der die Solarzelle abhängig von den LDR-Werten in einem Bereich von 15° (im Winter) bis 68° (im Sommer) ausfährt.
• Helligkeitssensor mit einer maximalen Messung von 135.000 Lux, der es den Schülerinnen und Schülern ermöglicht, direkt im Sonnenlicht zu messen. Dadurch können sie die Lux-Werte in W/m² (Watt pro Quadratmeter) umrechnen.
• Temperaturmessung, um sicherzustellen, dass die Solarzelle nicht bei Temperaturen unter 0°C bewegt wird, um Schäden an den mechanischen Komponenten, wie z.B. dem Linearantrieb, zu vermeiden. Parallel dazu haben wir die Schülerinnen und Schüler einen Versuch durchgeführt, der den Einfluss der Temperatur auf den Wirkungsgrad der Solarzelle untersucht. Die gewonnenen Werte haben sie mit einfließen lassen.
• Regensensor, der es ermöglicht, das Solarmodul einzufahren, um anschließend den optimalen Winkel zu erreichen und Schmutz durch Regenwasser abzuspülen.
• Windsensor (im Bild oben nicht sichtbar), den die Klasse aus einem Tischtennisball konstruiert hat. Durch eine Ablenkung von etwa 60° kann eine Windstärke von 6 Beaufort festgestellt werden, was das Einfahren der Solarzelle auslöst, um eine mögliche Überlastung durch Wind zu vermeiden.

Ein LCD-Display (Flüssigkristallanzeige) mit 20 Zeichen und 4 Zeilen, auf dem alle relevanten Informationen wie Windalarm, Regen, Temperatur, Wirkungsgradverlust durch Temperatur sowie Auf- und Abwärtsbewegungen angezeigt werden.

Während der Projektwoche haben die Schülerinnen und Schüler Sensoren in Betrieb genommen, das LCD programmiert und viel Freude an der Arbeit gehabt.

Text BGR/ERT, Foto BGR

Die Arduino-Steuerung

Regen- und Temeperatursensor

Die Motoransteuerung

LDR (Lichtabhängige Widerstände)