Ο όμιλος STEM και Εκπαιδευτικής Ρομποτικής συμμετείχε στον Πανελλήνιο Διαγωνισμό Ανοικτών Τεχνολογιών του ΕΛΛΑΚ με το έργο βαρυτική μπαταρία, που σχεδίασαν και υλοποίησαν κατά την διάρκεια του ομίλου.
Η μπαταρία βαρύτητας (βαρυτικές μπαταρίες) είναι ένας τύπος συσκευής αποθήκευσης ενέργειας που αποθηκεύει δυναμική ενέργεια. Η ενέργεια αυτή προκύπτει από την αλλαγή ύψους που αποκτά ένα αντικείμενο λόγω της βαρύτητας, που ονομάζεται επίσης δυναμική ενέργεια. Μια μπαταρία βαρύτητας λειτουργεί χρησιμοποιώντας ενέργεια (ηλεκτρική τις περισσότερες φορές) για να ανυψώσει μια μάζα και με αυτό τον τρόπο να δημιουργήσει βαρυτική δυναμική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται για να μετατραπεί από δυναμική ενέργεια σε ηλεκτρική μέσω μιας ηλεκτρικής γεννήτριας. Η ενέργεια που παράγεται από μια μπαταρία βαρύτητας είναι μια μορφή ανανεώσιμης ενέργειας. Μια μορφή μπαταρίας βαρύτητας είναι αυτή που ανυψώνει μια μάζα, όπως ένα μπλοκ σκυροδέματος, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια από κάποια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, όπως είναι τα φωτοβολταϊκά και στην όταν αυτή εκλείπει τότε χρησιμοποιεί αυτό το βάρος, το οποίο το απελευθερώνει για να κινήσει μια γεννήτρια για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Η λύση που προτείναμε
Η πιο κοινή μπαταρία βαρύτητας είναι αυτή που ονομάζεται υδροηλεκτρικής ενέργειας αντλούμενης αποθήκευσης, με την οποία το νερό αντλείται σε υψηλότερα υψόμετρα για αποθήκευση ενέργειας και απελευθερώνεται μέσω υδροστροβίλων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στο project αυτό δημιουργήσαμε μια μακέτα που θα προσομοιώνει την λειτουργία μιας τέτοιας βαρυτικής μπαταρίας αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας παραγόμενης από τον ήλιο. Πιο συγκεκριμένα η βαρυτική μπαταρία που θα κατασκευάσουμε θα χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια για να κινεί μία αντλία που θα αντλεί νερό από μια δεξαμενή σε μια άλλη που θα βρίσκεται σε μεγαλύτερο ύψος από την πρώτη. Όταν χρειαστεί, δηλαδή όταν δεν μπορεί να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια από τον ήλιο (νύχτα ή συννεφιά), τότε με μια ηλεκτροβάνα θα ανοίγει ένας διακόπτης όπου το νερό από την δεξαμενή θα μπορεί να κινεί έναν υδροστρόβιλο, που θα κινεί μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος, που θα παράγει ρεύμα όπως ακριβώς γίνεται με τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια. Το νερό που θα περνάει από τον υδροστρόβιλο θα καταλήγει πάλι στην πρώτη δεξαμενή (κλειστό σύστημα). Σε τακτά χρονικά διαστήματα θα συμπληρώνεται νερό για να αντιμετωπιστούν οι διαρροές και η εξάτμιση.
https://www.canva.com/design/DAFT4Yp2QRg/watch
Η Υλοποίηση
Όλα ξεκίνησαν με την σύλληψη και τον σχεδιασμό της λειτουργικότητας της βαρυτικής μπαταρίας μας. Το project ήταν στα πλαίσια του ομίλου STEM και Πληροφορικής και ύστερα από αρκετή συζήτηση στην τάξη με τους μαθητές καταλήξαμε στον τρόπο λειτουργίας αλλά και στην χωροθέτηση της μακέτας. Οι μαθητές είχαν ασχοληθεί με τα κυκλώματα στο Arduino και είχαμε υλοποιήσει αρκετές από τις λύσεις που θα χρειαζόμασταν στο project. Οι μαθητές αρχικά υλοποιούσαν τις λύσεις σε tinkercad και στην συνέχεια τις υλοποιούσαν με πραγματικά κυκλώματα. Ταυτόχρονα ασχοληθήκαμε με την δημιουργία της πρότασης, την δημιουργία του infographic, ενώ παράλληλα αναζητούσαμε τα υλικά που θα χρειαστούμε για την κατασκευή.
Για την κατασκευή της μακέτας χρειαστήκαμε μακετόχαρτο, χαρτοταινία, αφρό πολυουρεθάνης για το βουνό, χαρτί γκοφρέ και ατλακόλ.
Η κατασκευή θα ήταν πολύ δύσκολο να υλοποιηθεί αν δεν είχαμε την δυνατότητα να σχεδιάσουμε και να εκτυπώσουμε πολλά από τα διάφορα κομμάτια της σε 3D εκτυπωτή. Το εργαστήριο μας έχει την τύχη να διαθέτει ένα τέτοιο εκτυπωτή και κάποιοι μαθητές του ομίλου μας έχουν εμπειρία στον σχεδιασμό τέτοιων μοντέλων με την βοήθεια του tinkercad. Με την διαδικασία αυτή δημιουργήσαμε την δεξαμενή αποθήκευσης του νερού στο βουνό, καθώς και το πορτάκι που την ανοιγοκλείνει, το δοχείο που τοποθετήσαμε την φτερωτή, που γυρνάει με το νερό, την φτερωτή, την βάση του δοχείου και την βάση του φωτοβολταϊκού. Η δυνατότητα να εκτυπώνουμε σε 3D printer, πολλά από τα κομμάτια που χρησιμοποιήσαμε μας έδωσε την δυνατότητα να δημιουργήσουμε κατασκευές απόλυτα προσαρμοσμένες στις ανάγκες μας, όπως για παράδειγμα στην δεξαμενή, πάνω στο βουνό, προσαρμόσαμε και μια βάση για τον κινητήρα, κάτι που μας έδωσε την δυνατότητα να ανοιγοκλείνει με αυτό τον τρόπο.
Η κατασκευή της μακέτας έγινε με την βοήθεια της εικαστικού του σχολείου μας κ. Φωτεινής Παυλόγλου, όπου με τις πολύτιμες προτάσεις της και την τεχνογνωσία της μπορέσαμε να δημιουργήσουμε την μακέτα μας.
Το τελικό Αποτέλεσμα
Τα αποτελέσματα του διαγωνισμού
Για περισσότερες πληροφορίες:
