Praktikumsbericht

Natalie (16)


                                       Praktikumsnachweiß von Natalie F. (16) und Jens H. (16)     

Teil 1:                

                                                     Solarenergien

In unserem Praktika bei Jürgen Roefe Bauunternehmung wurden wir Sachkundig in den Bereichen des Nachhaltigen Bauens. Im weiteren Verlauf dieses Berichts bekommen sie einen Einblick in unsere ausgearbeiteten Fachlichen Unterweisungen.

Themen:

  1. Erneuerbare Energien 
  • Solarenergie
  • Solarthermie
  • Photovoltaik
  • Die Sicherheit der Anlagen
  • MPP-Tracker
  1. Ingenieurbau im Hoch und Tiefbau

               Kathodischer Korrosionsschutz

  • Die Geschichte des Korrosionsschutzes
  • Wo und wie wird der Korrosionsschutz angewendet?

              Kupfer/Kupfersulfat Elektroden

  • Was ist Kupfersulfat?
  • Wo wird es eingesetzt?
  • Wie ist die Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode aufgebaut & wie liest man es ab?
  • Werte von einer intakten Betonstahl-Armierung
  • Werte von korrodiertem Eisen

 

Quellen: Google, Wikipedia, Fkks .....

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Erneuerbare Energien:

Solarenergie: Dies ist die Wichtigste Energiequelle der ganzen Welt. Die Sonne hat eine Oberflächen Temperatur von ca. 5500°C, wenn man die gesamte Energie der Sonne nutzen würde hätte man z.B. von 2010 den gesamten Energiebedarf ganze 10.000mal decken können. Mit der Solarenergie kann man nicht nur im Laufe der Zeit Geld einsparen sondern man könnte sogar damit die Umwelt schonen. Man findet Heutzutage die Solarenergie auf: Hausdächern, Parkscheinautomaten, Mautkontrollbrücken und in Afrika zur Energieversorgung der Trinkwasserpumpen. Somit sieht man dass die Solarenergie ein wichtiger zu nutzender Energielieferant ist.

Solarthermie: Die Solarthermie ist die Umwandlung der Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie oder auch Wärmeenergie. Man nutzt meist Flachkollektoren oder die 30% teureren aber auch effizienteren Vakuumröhrenkollektoren.

Der Flachkollektor arbeitet bei einer durchschnittlichen Temperatur von ca. 80°C, in diesem Kollektor wird das Licht nicht gebündelt, sondern wärmt sofort  die wärmeabsorbierende Fläche. Diese Fläche wird mit Röhren durchzogen welche die Wärme leiten.

 

Wobei der Vakuumröhrenkollektor zwei ineinander liegende Glasröhrchen hat wozwischen sich Vakuum befindet, was es möglich macht die Übertragung  die Strahlungsenergie des Lichts zum Absorber zuzulassen und dadurch den Wärmeverlust zu verhindern. Der Vakuumröhrenkollektor arbeitet mit einem Wasser-Glykol-Gemisch das sich erwärmt und durch eine Pumpe angetrieben die Wärme transportiert.

Photovoltaik: Dies ist die Umwandlung von Sonnenlicht, welches in elektrische Energie mittels Solarzellen umgewandelt wird. Dieses Verfahren findet man auf der ganzen Welt zur Stromgewinnung, bei uns in Deutschland findet es unter anderem Anwendung z.B. auf Schallschutzwänden, auf Dachflächen, an Pipelines oder Freiflächen. Man muss bei jeder Montage der Solarmodule darauf achten das die Anlage in Richtung Süden ausgerichtet ist, damit die Anlage auch so lange wie möglich aus der Sonnenenergie Strom produzieren kann.  Die gewonnene Elektrizität kann man dann entweder direkt nutzen, in Akkumulatoren speichern oder in das Stromnetz einspeisen. 

Die Sicherheit der Anlagen: Es gab schon öfter in den Nachrichten Meldungen das ältere Photovoltaikanlagen angefangen haben zu brennen und die Feuerwehr konnte nichts machen, außer das Haus abbrennen zu lassen. Doch wie passiert es dass die Photovoltaikanlage einfach anfängt zu brennen? Dafür gibt es eine ganz einfache Antwort, die Photovoltaikanlagen sind sehr empfindlich und wenn dann durch Schneedruck, Hagel oder einen Sturm die Solarzelle beschädigt wird also einen sogenannten Hotspot hat dann kommt es in dieser Solarzelle zu einer Überhitzung weil die anderen Solarzellen weiterhin auf ihrem Energie Level arbeiten. Warum kann die Feuerwehr meist nichts tun?   Ein Solarmodul leistet ca.250W und ca.30V wenn licht darauf fällt in der regel werden die Anlagen so aufgebaut, das 1000Volt unterschritten bleiben, doch wenn dann bei einem Brand die Feuerwehr löschen würde dann wäre es für das Team Lebensgefährlich. Deshalb ordnet der Löschzugleiter immer das Sichere abbrennen an. Was kann man tun um so etwas zu verhindern? Heutzutage gibt es viele Möglichkeiten sein Haus etwas abzusichern und auch der Feuerwehr zu Helfen. Man kann z.B. versuchen die Solarmodule vor dem Überhitzen zu schützen mit einem sogenannten  *MPP-Tracker an jedem *String, dazu kommt noch das man die Solarmodule über den Computer überprüfen kann und sofort weiß ob eine Solarzelle beschädigt ist oder nur Verschattet. Es gibt Schalter die man an dem Kabel (String)  befestigt und somit die Stromzufuhr zum Wechselrichter kappt, doch trotz des Schalters ist die Feuerwehr nicht 100% sicher da die Solarzellen noch immer Strom produzieren. 

* Strings sind die Stränge der mehreren in Reihe geschalteten Module.

Was ist der MPP-Tracker?

MPP-Tracker heißt Maximum Power Point also Maximaler Leistungspunkt.

Es ist Bestandteil von zweipoligen Bauelementen wie z.B. Solarzellen. Man nutzt den MPP-Tracker bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen er ist dort Bestandteil des Wechselrichters. Bei Inselanlagen übernimmt der Laderegler die Aufgabe des MPP-Trackers. Das soll heißen dass dieser MPP-Tracker die Solarmodule immer am Punkt ihrer maximalen Leistungsabgaben Management.

Was macht der MPP-Tracker?

Der MPP-Tracker im *Wechselrichter, optimiert die Leistung einer gesamten Photovoltaikanlage(Multi Strings). Er sorgt dafür dass die Leistungen bei den zusammengefassten Modulen der Strings immer der optimale Strahlungs-und Temperaturzustand  abgestimmt ist. Es gibt Einzel  MPP-Tracker die auf Verschattungssituationen von Solaranlagen hin optimiert wurden das man geringe Einbußen bei der Stromgewinnung hat. Es funktioniert wie folgt, der MPP Tracker regelt die Spannung in jede Richtung nach so dass die Solaranlage immer an ihrem Optimalen Leistungspunkt arbeitet. Das funktioniert, weil der MPP Tracker bei einem Leistungsrückgang die Spannung in die entgegengesetzte Richtung nachregelt. Genauso steigert oder reduziert der MPP Tracker die Spannung, wenn die Leistung wieder steigt.  Der MPP-Tracker macht dies mit Hilfe von Mikroprozessoren um den Maximum Power Point zu errechnen und die Leistungsdaten der Solarzellen danach ausrichten.

*Der Wechselrichter ist ein Gerät das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

MPP-Tracker in Deutschland?

Man kann MPP-Tracker in Deutschland zur Optimierung verbauen, doch es gibt auch MPP-Wechselrichter die nicht in Deutschland verbaut werden dürfen, deshalb sollte man sich genau über MPP-Tracker bei Fachplanern wie die Firma J. Roefe Bauunternehmung GmbH informieren, damit man nicht in das falsche System Investiert und sich unnötigen Ärger erspart.

Bilder zum MPP-Tracker:

         Der MPP-Tracker an jedem String.

               Der MPP-Tracker im Wechselrichter.

   -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------                                 

                                                                Ingenieurbau im Hoch und Tiefbau

 Kathodischer Korrosionsschutz

Korrosion soll schon 427-347 v.Chr. entdeckt worden sein von dem griechischen Philosophen Plato, es wurde bei Untersuchungen festgestellt dass, eine Bleiplatte z.B. ein Schiff vor dem Zerfall schützen könnte.

Auch 70 v.Chr. soll der Korrosionsschutz ein Thema gewesen sein, dort wurde: Pech, Bleiweiß & Gibs dazu verwendet.

Im Laufe der Zeit forschte man immer weiter daran was der beste Korrosionsschutz wohl wäre, ca. 1930 gab es noch Ergänzungen zum: Pech, Bleiweiß, Gibs wie z.B.: *Bitumen,* Menning & Teer wobei der Begriff Korrosion zum 1.Mal 1667 verwendet wurde. Aber was heißt eigentlich Korrosion? Korrosion (lat. corrodere) = Zernager / Zerstörer.

*Bitumen (lat. Bitumen= Erdpech) ist ein Gemisch aus Erdöl.

*Menning ist ein leuchtend rotes Pulver mit der Summenformel Pb3O4,  es wird beim oxidieren von Bleiweiß oder Bleigelb bei 480 °C erzeugt.

Das Prinzip des KKS (Kathodischer Korrosionsschutz) geht auf die wissenschaftlichen Untersuchungen von Sir Humphrey Davy aus England zurück. Er sollte für die Britische Admiralität die Kupferverkleidung der Kriegsschiffe Schützen und bemerkte dabei das Platten ohne Zinn nach 3 Tagen anfingen zu korrodieren & die Platten mit Zinn nicht. Bei Eisen, Zinn & Kupfer wurde nicht nur das Kupfer sondern auch das Eisen geschützt.

Was ist eigentlich KKS?

Es ist ein elektronisches Schutzverfahren was meistens eingesetzt wird wenn Metalle unter Wasser oder der Erde verbaut oder in Betrieb genommen werden. Es wird eine sogenannte Anode (Opfer Anaode) z.B. Zinn auf ein zu schützendes Metall (Kathode) z.B. Eisen aufegtragen .

Man unterscheidet zwischen Aktivem und Passivem Kathodischem Korrosionsschutz.

Der Aktive Kathodische Korrosionsschutz ist:

H2O kommt in Berührung mit Metall, das Metall verliert 2 Elektronen.

Sollte kein anderes Metall vorhanden sein, verbindet sich das Wasser mit dem Metall. Wenn dies der Fall ist, verbinden sich das Eisen(Kathode) mit den Elektronen des anderen Metalls(Anode) und somit nicht mit dem Wasser.

Da das Metall bei jedem Mal wenn das Eisen mit Wasser in Berührung kommt 2 Elektronen abgeben muss, muss es weniger als  vier Elektronen haben und wird jedes Mal kleiner.

Der Grund warum sich der Wasserstoff mit den Eisen verbinden würde ist weil Sauerstoff leicht mit eisen oxidiert.

 Elektronen fließen zur Kathode:

Metall -->  Metall n+   + n e-

Metall n+  + n e-   --> Metall

 

*Anode =Die Opferanode ist negativ geladen, oft wird Zink, Magnesium, Aluminium oder Chrom hierfür genutzt um das wertvollere Metall zu Schützen.

*Kathode = Das wertvolle Metall (zu schützendes Metall wie z.B. der Tank) braucht mehr Spannung (er ist positiv Geladen).

 Die an der Kathode ankommenden Elektronen verschieben das Gleichgewicht in die Richtung des Metalls. Das Metall wird deshalb nicht Oxidiert. Aber nicht nur durch eine Opferanode, sondern auch durch negative Aufladung kann man Metallgegenstände vor Korrosion schützen.

Der Korrosionsabtrag ist immer proportional zur Stromstärke, bei Eisen beträgt der Materialabtrag 10g pro mA pro Jahr an der anodisch belasteten Stromaustrittstelle.

 

Wo wird der Kathodische Korrosionsschutz angewendet?

Kathodenschutzanlagen werden normalerweise zum Schutz von Stahlbeton, Wasser- oder Kraftstoffpipelines, Vorratstanks, stählernen Bohrpfählen, Schiffen, Offshore-Ölplattformen und Bohrlochfutterrohren auf dem Festland verwendet, da das Material dort stark belastet ist.

 

Der Passive Korrosionsschutz ist:

Durch einen geeigneten Überzug oder auch Beschichtung wird das zu Schützende Material Geschützt. Dies kann mit z.B. Zinn, Gold, Nickel, Kupfer, Chrom oder anderen  Legierungsschichten wie Nickel-Phosphor gemacht werden.

Die Vorteile sind geringe kosten, Beständigkeit gegen korrosive Wässer bis zu einem pH-Wert von etwa 4,0 und Selbstheilung von Rissen die bis zur Eisenoberfläche gehen.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kupfer/Kupfersulfat Elektrode

Was ist Kupfersulfat?

Kupfersulfat ist das Kupfersalz der Schwefelsäure, der Aggregatzustand ist fest, mit Wasser löslich und hat eine Schmelztemperatur von 560°C.

Das Kupfersulfat hat 318mV (millivolt) das entspricht 0,32 Volt.

Wo wird es eingesetzt?

Kupfersulfat wird in Schwimmbädern als Algenschutz eingesetzt und die Kupfersulfat Elektrode findet im Bauwesen zur Zustandserfassung von Stahlbetonbauwerken Anwendung, weil es robust und einfacher herzustellen ist als Vergleichselektroden.

Wie ist die Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode aufgebaut & wie liest man es ab?

Der Aufbau ist eigentlich simpel. In ein Glas oder Hartplastik mit Kupfersulfat gibt man Kupfersulfat Kristalle und einen Kupferdraht dann macht man unten einen Schwamm dran und Stellt sicher das alles sicher verschlossen ist. Fertig.

Sobald die Durchsichtige Elektrode „Blaue Farbe“ blass wird ist sie an ihrer verschleißgrenze, aber meist schließt man die Elektrode an ein Messgerät an um die Werte dann ablesen zu können da die meisten Elektroden aus Hartplastik sind.

Man kann es mit Hilfe von Vierfachinstrumente mit einem Innenwiederstand von 100kΩ/V für Potentialmessungen nutzen, da der ausbreitungswiederstand der Bezugselektrode unter 1kΩ liegt.

*In der Elektrotechnik ist Potential eine Spannungsangabe für ein Belastbares Material (was etwas leisten kann).

Wie auf dem Bild zu erkennen ist, muss man die Kupfer/Kupfersulfat Elektrode mit dem Schwammende an die Wand halten und liest mit dem Messgerät die Werte ab. Mit diesem Gerät kann man Korrosionen in bis zu 15cm tiefe feststellen.

Werte von einer intakten Betonstahl-Armierung:

ca. -100mV  bis  0 mV (= -0,1 V bis 0 V)

Werte von korrodiertem Eisen:

ca. -600mV bis -700mV  ( = -0,6V bis -0,7 V)

Kostenlose Homepage von Beepworld
 
Verantwortlich für den Inhalt dieser Seite ist ausschließlich der
Autor dieser Homepage, kontaktierbar über dieses Formular!