Curriculum 4.0.nrw - Gestaltung von Hochschulcurricula für die digitale Welt

Die Potenziale und die Auswirkungen der Digitalisierung erfassen heute alle Bereiche des menschlichen und gesellschaftlichen Handelns. Die Hochschulen stehen damit in der Verantwortung, eine Kompetenzentwicklung ihrer Studierenden zu ermöglichen, die nicht allein den souveränen Umgang mit digitalen Technologien umfasst, sondern ebenso die Fähigkeit, Potenziale und Auswirkungen der Digitalisierung in Gesellschaft und Arbeitswelt zu beurteilen, Digitalisierungsprozesse aktiv und reflexiv zu gestalten und insgesamt mit der rasanten Veränderungsdynamik Schritt halten zu können.

Im Jahr 2019/2020 hat das Land Nordrhein-Westfahlen die Förderlinie Curriculum 4.0.nrw entwickelt, die unter anderem die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg bei der Nutzung der Chancen digitaler Lehre unterstützten soll.

Im Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Technikjournalismus sollen mit Hilfe dieser Förderlinie zum einen der Masterstudiengang Nachhaltige Ingenieurswissenschaften, welcher die Themenfelder der Förderlinie wie technische Innovation und Digitalisierung adressiert, weiterentwickelt werden.

Weiter sollen im Rahmen des Programmes drei für die Bachelorstudiengänge übergreifende bereits bestehende Module weiterentwickelt werden („Power Hardware-in-the-Loop, „Praktikum Controller Hardware-in-the-Loop“ und „Control of grid-connected inverters"). Diese werden im neuen Format im Wintersemester 2020/2021 und im Sommersemester 2021 unter der Leitung des Gastprofessors Prof. Dr. Jean Patric Da Costa der Universidade Tecnologica Federal Do Parana und Prof. Dr. Marco Jung erstmalig stattfinden. Hier wird der erste Ansatz eines „P-HIL RemoteLAB und Lecture“ integriert. Dafür wird ein Hardware-in-the-Loop (HiL) Laborsystem aufgebaut, welches durch einen Fernzugriff (remote) über das Internet zugänglich sein wird und somit Studierenden praxisnahe Laborversuche ermöglichen wird.

Zudem wird eine entsprechende Plattform „Open Energy Gym“ (kurz e-Gym) für die Lehre aufgebaut. Diese wird verschiedene Modelle - welche im Rahmen des Remote-LABs angewendet werden können –, Anleitungen für den Remote-Zugriff und die möglichen durchzuführenden Tests beinhalten. Des Weiteren sollen hier auch die Ergebnisse der vorher durchgeführten Versuche abgebildet werden können.

Somit kann auch der praktische Teil der weiterentwickelten Lehrveranstaltungen im digitalen Umfeld durchgeführt werden. In zukünftigen Semestern sollen das implementierte Laborsystem und die Versuche erweitert und teilweise in Präsenz durchgeführt werden. Die zu entwickelnden Versuche sollen dabei die folgenden Themen in den jeweiligen Lehrveranstaltungen beinhalten:

Lehrveranstaltung „Power Hardware-in-the-Loop“

• Das Verhalten eine Batteriewechselrichters oder DC-Schnellladestation über die Entwicklungsstufen (Simulation => Labor => Realität)
• Optimierung der P-HiL Feedback-Schleife (z.B. Simulationszeitschritt, dynamische Systemverhalten, Verzögerung) und deren Einfluss auf die Ergebnisse

Lehrveranstaltung „Control of grid-connected inverters”

• Entwicklung und Überprüfung einer Fehlernetzerkennung von PV-Wechselrichtern (z.B. System muss abschalten bei langem Spannungsabfall)

Durch die Eigenschaft des Fernzugriff kann auf die e-Gym Plattform von der ganzen Welt aus zugegriffen werden. Somit können nicht nur Studierende der H-BRS sondern auch andere Partnerhochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen darauf zugreifen. Gleichzeitig wird dies auch eine Kopplung mit deren Infrastruktur ermöglichen wodurch ein geografisch verteiltes Labor entstehen wird. 

Dazu wird wie oben beschrieben das Remote-LAB aufgebaut. Der zweite Schritt sieht anschließend die Kopplung der Infrastrukturen der UTFPR in Brasilien und dem Fraunhofer IEE aus Kassel vor. Hierfür wird zusätzlich die Zeitverschiebung mit Brasilien vorteilig sein, da die Studierenden der Hochschulen zeitversetzt die Systeme nutzen werden, wodurch eine hohe Auslastung und Nutzung gewährleistet wird.