Für die Kategorie Forschung muss man zu einer jährlich wechselnden Problemstellung eine innovative Lösung entwickeln und diese in einer 5-minütigen kreativen Präsentation der Jury vorstellen. Dazu muss Feedback von externen Experten eingeholt und bestehende Lösungen untersucht werden. Anhand dieser Informationen muss dann ein bestehendes Produkt verbessert oder etwas völlig Neues entwickelt werden. Nach der Entwicklung einer potenziellen Lösung muss diese veröffentlicht und ein passender Prototyp entworfen werden. Das Thema für die diesjährige Saison „Super Powered“ lautet: Wie stellt ihr euch eine bessere Energiezukunft vor? Daraufhin soll ein eigenes Thema festgelegt werden, zu dem dann die gesamte Entwicklung folgen soll. Dieses Jahr haben wir uns als Team geeinigt auf die Frage: Wie kann man ohne zusätzlichen Flächenverbrauch mehr grünen Strom produzieren?
Problemanalyse
Grüner Strom von Solaranlagen wird momentan vor allem in Solarparks produziert. Diese haben allerdings das Problem, dass dafür immens große Flächen verbraucht werden. Dies führt häufig zu Widerständen in der Bevölkerung, die eine Zerstörung der Landschaft befürchten. Der zusätzlich benötigte Landkauf steigert außerdem die Kosten von Solarparks. Die Nutzung von Solaranlagen auf Gebäudedächern löst zwar das Problem des hohen Flächenverbrauchs, bietet allerdings nicht genug Potenzial zur vollständigen Stromversorgung.
Eine weiterer Ansatz zur Stromerzeugung, der uns letztendlich zu unserer Lösung inspirierte, kommt von der Firma Bankset Energy. Dabei werden Solaranlagen auf den Schwellen von Schienen angebracht, um im Gleisbett Energie zu generieren. Die Vorteile dieser Lösung sind klar: es wird kein zusätzlicher Platz genutzt und der Strom kann direkt in das Bahnnetz eingespeist werden, damit Züge einfach und direkt mit regenerativer Elektrizität versorgt werden können. Weiterhin kann bestehende Infrastruktur zur Befestigung der Solaranlagen sowie zur Verteilung des Stroms genutzt werden, was die Kosten zusätzlich senkt. Allerdings bietet das Anbringen von Solaranlagen nur auf den Schwellen der Schienen sehr wenig Platz zur Stromerzeugung. Ein weiteres Problem ist die Reinigung der Solaranlagen, die durch aufgewirbelten Schmutz schnell dreckig werden und Leistungseinbußen hinnehmen müssen. Im Gegensatz zu geneigten Solaranlagen auf Hausdächern kann dieser Schmutz nicht durch Regen abgewaschen werden. Deshalb soll hierfür ein Reinigungszug verwendet werden, was die laufenden Kosten dieser Lösung massiv steigert. Außerdem werden die Solaranlagen durch Schotterflug schnell beschädigt und müssen ausgetauscht werden, was die Kosten nochmals steigert. Aufgrund dieser vielen Probleme entschlossen wir uns, eine Lösung zur Stromerzeugung auf Schienen zu entwickeln.
Unsere Lösung
Um all diese Probleme zu lösen, platzieren wir die Solaranlagen über den Schienen. Zur Befestigung ergänzen wir die bereits bestehenden Oberleitungsmasten mit neuen, im Abstand von acht Metern verteilten Gitterrohrmasten. Die Solaranlagen werden dann auf diesen Masten im optimalen Winkel angebracht, sodass die Stromausbeute maximiert wird und Schmutz ohne großen Zusatzaufwand automatisch vom Regen abgewaschen werden kann. Wie bei bestehenden Lösungen kann der produzierte Strom direkt in das Oberleitungsnetz der Bahn eingespeist und dort genutzt werden, sodass keine neue Infrastruktur gebaut werden muss und Transportverluste reduziert werden. Weiterhin muss so auch keine zusätzliche Fläche versiegelt werden, da unsere Lösung Fläche verwendet, die bereits durch Bahnschienen belegt ist. Zusätzlich zu diesen bereits bekannten Effekten schützt die Überdachung der Gleise diese vor extremen Wetter wie Schnee, Eis sowie Hitze, die Gleise verbiegen kann und so zu Verspätungen führt. Durch die Überdachung der Schienen können 13,6 TWh Strom im Jahr produziert werden, was über 130% des Stromverbrauchs der Deutschen Bahn entspricht. Diese überschüssige Energie kann auf Netzfrequenz gebracht und in das reguläre Stromnetz eingespeist werden, wodurch zusätzliche Einnahmen entstehen. Durch den Wegfall des Stromeinkaufs, die Einspeisung von überschüssigem Strom sowie der Reduktion der Wartungskosten und Reparaturausgaben für Gleise konnten wir eine mögliche Amortisierung nach nur 7 Jahren errechnen.
Um all diese Probleme zu lösen, platzieren wir die Solaranlagen über den Schienen. Zur Befestigung ergänzen wir die bereits bestehenden Oberleitungsmasten mit neuen, im Abstand von acht Metern verteilten Gitterrohrmasten. Die Solaranlagen werden dann auf diesen Masten im optimalen Winkel angebracht, sodass die Stromausbeute maximiert wird und Schmutz ohne großen Zusatzaufwand automatisch vom Regen abgewaschen werden kann. Wie bei bestehenden Lösungen kann der produzierte Strom direkt in das Oberleitungsnetz der Bahn eingespeist und dort genutzt werden, sodass keine neue Infrastruktur gebaut werden muss und Transportverluste reduziert werden. Weiterhin muss so auch keine zusätzliche Fläche versiegelt werden, da unsere Lösung Fläche verwendet, die bereits durch Bahnschienen belegt ist. Zusätzlich zu diesen bereits bekannten Effekten schützt die Überdachung der Gleise diese vor extremen Wetter wie Schnee, Eis sowie Hitze, die Gleise verbiegen kann und so zu Verspätungen führt. Durch die Überdachung der Schienen können 13,6 TWh Strom im Jahr produziert werden, was über 130% des Stromverbrauchs der Deutschen Bahn entspricht. Diese überschüssige Energie kann auf Netzfrequenz gebracht und in das reguläre Stromnetz eingespeist werden, wodurch zusätzliche Einnahmen entstehen. Durch den Wegfall des Stromeinkaufs, die Einspeisung von überschüssigem Strom sowie der Reduktion der Wartungskosten und Reparaturausgaben für Gleise konnten wir eine mögliche Amortisierung nach nur 7 Jahren errechnen.