Energy Eye (2003 - 2011)

Im Jahr wurde mit finanzieller Unterstützung der RWE (Klimaschutzpreis), der Heraeus-Stiftung und des Fördervereins der Schule ein Energiemonitor angeschafft und installiert, der die laufende Beobachtung des elektrischen Energieverbrauchs in der Schule ermöglicht. Dazu hängt im Foyer der Schule ein Display, auf dem die elektrische Leistung ablesbar ist. In der Physiksammlung werden die Daten im Computer gespeichert, wodurch langfristige Analysen möglich sind. Eine erste solche Analyse wurde bereits im Rahmen einer Facharbeit der Jahrgangsstufe 12 erstellt. Dabei hat Timo Tiemann dokumentiert, welchen Anteil die unterschiedlichen Bereiche des Schulgebäudes (Aula, Klassenräume, Fachräume, Lehrerzimmer, elektrische Geräte usw.) am Gesamtenergieverbrauch haben, was die Grundlage für weitere detailliertere Analysen und entsprechende Maßnahmen zur Energieeinsparung ist. Einige Ergebnisse befinden sich am Ende des Artikels.

Der Energiemonitor bietet umfangreiche Möglichkeiten des Einsatzes im Physikunterricht der Sekundarstufen I und II und soll letztendlich gezielte Maßnahmen zum Einsparen von Energie an unserer Schule ermöglichen.

Nach einem Defekt des optischen Sensors und des Monitors im Foyer haben wir im Jahr 2012 entschieden, das veraltete System durch ein neues, zeitgemäßes Energiemonitoringsystem zu ersetzen.

Funktionsweise des Energy Eye

Den elektrischen Energieverbrauch kann man am Stromzähler ablesen. Je schneller sich die Drehscheibe des Stromzählers dreht, desto mehr Energie fließt pro Sekunde durch den Zähler hindurch und umso größer ist der Verbrauch.

Um den Energieverbrauch zu messen, wird ein optische Sensor auf den Stromzähler geklebt. Er erkennt optisch mit einer Reflexlichtschranke die schwarze Markierung auf der Zählerscheibe und erzeugt jedes Mal einen Impuls, wenn sie am Sensor vorbei läuft. Über die Anzahl der Impulse in einer bestimmten Zeit kann die Drehzahl der Scheibe berechnet werden. Mit Hilfe der Zählerkonstante wird daraus resultierend die Leistung berechnet. Die Zählerkonstante steht auf dem Typenschild des Zählers. In der Schule steht auf dem Typenschild ein Wert von 750 Umdrehungen / kWh.

 Die Anzahl der Impulse werden mit dem aktuellen Datum und der aktuellen Uhrzeit vom optischen Sensor an einen PC gesendet. Die Software Energy Eye Power dient zum einem zur Steuerung des Monitors, der im Foyer der Schule hängt, und zum anderen der Weiterverarbeitung der Messwerte.

Analyse des elektrischen Energieverbrauchs

Einige Ergebnisse einer Facharbeit von Timo Tiemann (Frühjahr 2004)

Grundlast

Im Diagramm erkennt man die Grundlast des elektrischen Energieverbrauchs der Schule sehr gut. Es ist über den Zeitraum der Halbjahresferien aufgenommen worden, da in diesem besagten Zeitraum niemand in der Schule gewesen ist und somit nur die Grundlast verbraucht worden ist. Man erkennt, dass der Verbrauch zwischen 5 kW und 10 kW pendelt. Daraus ergibt sich eine Grundlast von durchschnittlich 7 kW.

Schulbetrieb

In diesem Diagramm erkennt man den elektrischen Energieverbrauch während des Schulbetriebs. Man kann erkennen, dass der Stromverbrauch um 7:00 Uhr beginnt zu steigen. Zwischen 8:00 Uhr und 9:00 Uhr erreicht er mit 55 kW dann sein Maximum. Um 9:30 Uhr weist er ein kurzzeitiges Minimum von 30 kW auf. Danach beginnt er wieder zu steigen, jedoch sind die Werte zwischen 35 kW und 40 kW und somit kleiner als am Morgen. Um 11.30 Uhr ist der Verbrauch dann wieder leicht auf 30 kW gesunken. Dann steigt er wieder auf 35 kW bis er schließlich um 13:00 Uhr wieder sinkt. Letztlich beträgt der Stromverbrauch des Schulbetriebs um 16:00 Uhr fast 0 kW.

Aulabetrieb

Hier erkennt man den elektrischen Energieverbrauch der Schulaula. Am Abend des 12. Februar 2004 fand in der Schule ein Konzert in der Aula statt. Da in dieser Zeit der Schulunterricht bereits beendet gewesen ist, kann der Ausschlag des Verbrauchs am Abend nur aus der Beleuchtung der Aula stammen. In dieser Zeit pendelt der Wert bis zu ca. 50 kW.

Klassenraumbeleuchtung

Ich vermute, dass der größte Anteil des Stromverbrauchs zur Beleuchtung dient. Um meine Vermutung zu bestätigen, bin ich an einem schulfreien Tag zur Schule gefahren und habe alle Lichter des rechten Schultraktes angemacht. Der  Stromverbrauch erhöht sich stark. Er nimmt um 20 kW bis zu 30 kW zu. Ungefähr die Hälfte des Stromverbrauchs während der Schulzeit dient der Beleuchtung.

Zusammenfassung der Ergebnisse

Der Energieverbrauch lässt sich in drei Bereiche teilen:

Grundlast: etwa 7 kW Tag u. Nacht
Schulbetrieb:   etwa 0 – 120 kW
Aulabetrieb: etwa 0 – 50 kW

Allgemeine Gemeinsamkeiten der Diagramme

Je nach aktueller Wetterlage kann der Verlauf anders aussehen.

Alle Diagramme haben die Gemeinsamkeiten:

  • der Spitzenverbrauch liegt meistens in den ersten beiden Stunden (7:55 bis 9:30 Uhr)
  • die erste große Pause (9:30 bis 9:50 Uhr) ist deutlich zu erkennen, da der Stromverbrauch erheblich sinkt
    nach der großen Pause sind die Werte kleiner als vor der großen Pause, da vermutlich unnötige Beleuchtungsmittel ausgeschaltet bleiben
  • nach der sechsten Stunde sinkt der Stromverbrauch wieder leicht, da die Unterstufe Schulschluss hat