Wie viel Energie kann die Sonne liefern?

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1 BASIS-tHEMENINFORMAtIONEN für LEHRER Erneuerbare Energien Gründe für den Umstieg auf erneuerbare Energieträger Fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas stehen nur in begrenztem Ausmaß zur Verfügung und werden in absehbarer Zukunft erschöpft sein. Sie setzen zudem unerwünschtes CO 2 frei und bedeuten für viele Länder, auch Österreich, eine gewisse Abhängigkeit von Importen. Ressourcen wie Wind- oder Solarkraft hingegen stehen im Rahmen der Wettergegebenheiten in unbeschränktem Ausmaß auf Dauer zur Verfügung. Und Strom, der aus diesen natürlichen Energiequellen gewonnen wird, kann daher ebenfalls dauerhaft zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig wird durch die Nutzung erneuerbarer Energieträger ein Beitrag zur CO 2 -Reduktion und somit ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet. Aufgabe der Energieversorger Aufgabe der Energieversorger europaweit ist es nun, klimatische, topographische, aber auch wirtschaftliche Faktoren sowie ökonomische und ökologische Zusammenhänge sorgfältig zu analysieren, um geeignete Standorte für Kraftwerke, die erneuerbare Energien zur Stromerzeugung nutzen, zu finden. Es bietet sich beispielsweise an, im sonnenreichen Süden Europas im großen Stil Photovoltaik-Anlagen zu installieren und in Nordeuropa an der windreichen Nordsee Windparks zu errichten. In den Ländern der Berge eignen sich die Höhenunterschiede für die Errichtung von (Pump-)Speicherkraftwerken. Was sind eigentlich erneuerbare Energieträger? Erneuerbare Energieträger stammen aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Ressource beiträgt. Zu den erneuerbaren Energieträgern zählen: Wasser- und Windkraft, Sonnenenergie (z. B. Photovoltaik), Gezeiten, Erdwärme (= Geothermie), Biogas und biomasse (= nachwachsende Rohstoffe wie Holz oder Pflanzenöle). Erneuerbare Energiequellen (wie Wasser- und Windkraft, Photovoltaik, Geothermie oder Biomasse und Biogas) sollen zu den natürlichen Energiequellen der Stromzukunft werden und langfristig die Stromerzeugung aus CO 2 -haltigen fossilen Energieträgern (wie Kohle, Erdöl und Erdgas) schrittweise ablösen. Facts & Figures Wie viel Energie kann die Sonne liefern? Die Sonne liefert in einer Viertelstunde so viel Energie, wie die gesamte Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht! Und das nach einer Wegstrecke von acht Lichtminuten für 150 Mio. Kilometer von der Sonne bis zur Erde. Wie wird Wind zu elektrischem Licht? Natürlich vorkommende Primärenergieträger sind Kohle, Erdöl, Erdgas, Biomasse, Wasser, Wind und Sonne. 1/10

2 BASIS-tHEMENINFORMAtIONEN für LEHRER Facts & Figures Wenn die kinetische Energie der Windkraft oder chemische Verbrennungsenergie von Erdgas mittels Turbine und Generator zu elektrischem Strom wird, nennt man den Strom die Sekundärenergie. End- oder Nutzenergie sind schließlich die Wärme oder das Licht, die wir mit Hilfe des Stroms im Haushalt nutzen. Wenn Strom erzeugt wird, passiert Energieumwandlung chemische Verbrennungsenergie Wärme- Rotations energie energie elektrische Energie Gas Dampferzeuger Turbine Generator Hochspannungsleitung Quelle: RWE Das Bild stellt ein Beispiel für die Umwandlung der Energie dar: Als Erstes wird im Dampferzeuger des Kraftwerkes chemische Verbrennungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Im zweiten Schritt wandelt die Turbine die Wärmeenergie in Rotationsenergie um. Der Generator schließlich wandelt die Rotationsenergie in elektrische Energie um, die vom Stromnetz in die Haushalte transportiert wird. Wo stehen in Österreich die größten Windräder? In Potzneusiedl im Burgenland stehen zwei Windräder, die jeweils eine Nabenhöhe (d. h. vom Sockel bis zum Mittelpunkt der Rotorbefestigung) von 135 Meter haben das ist so hoch wie der Wiener Stephansdom. Die Windräder gehören zu den größten der Welt. Eines dieser Windräder hat eine maximale Leistung von 7,5 Megawatt und kann damit theoretisch Haushalte (oder Menschen) mit Ökostrom versorgen. Das sind so viele Einwohner, wie sie die Stadt Güssing hat. Dazu erntet die Windkraftanlage mit ihrem Rotor die kinetische 2/10

3 BASIS-tHEMENINFORMAtIONEN für LEHRER Facts & Figures Energie des Windes, wandelt sie in elektrische Energie um und speist diese dann in das Stromnetz ein. Mehrfache Energienutzung in einer Kraftwerksanlage wie geht das? Einerseits: Im Laufwasser-Kraftwerk Aschach an der Donau befindet sich zwischen Wehranlage und Schleusen das Maschinenhaus: Vier Maschinensätze liefern elektrischen Strom (Energieform Strom) in das öffentliche Stromnetz. Jeder dieser Maschinensätze besteht aus einer Kaplan-Turbine und einem Drehstromgenerator. Der Durchmesser eines Laufrades der Turbine beträgt 8,6 m im Vergleich: Der bis dato größte bekannte Mensch der Welt war 2,72 m groß! und andererseits: Über eine Großwärmepumpe wird die Abwärme der Maschinen (Energieform Reibungswärme) in die Fernwärmeversorgung der umliegenden Gemeinden Aschach und Hartkirchen geleitet. Außerdem verhindert ein Turbineneinlaufrechen das Eindringen von Schwemmgut in die Turbinen. Das anfallende Schwemmgut wird von Metall- und Plastikteilen befreit, anschließend zu Hackschnitzeln zerkleinert und in acht Silos gelagert. Die Hackschnitzel werden in Biomassekesseln verbrannt, die entstehende Wärme (Energieform Verbrennungswärme) in das Fernwärmenetz geleitet und damit zwei umliegende Gemeinden versorgt. Drei W zur Photovoltaik: Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Lichtenergie (meist Sonnenlicht) in elektrische Energie: und zwar mit Hilfe von Solarzellen. Die so erzeugte Elektrizität kann direkt genutzt oder in Stromnetze eingespeist werden. Fakt 1: Stromnetze werden mit Wechselstrom betrieben, die Solarzellen erzeugen jedoch Gleichspannung. Also muss der Gleichstrom zuerst von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden, bevor er in Stromnetze eingespeist werden kann. Fakt 2: Die meisten Solarzellen bei uns erreichen einen Wirkungsgrad zwischen 10 und 20 Prozent. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen erzeugter elektrischer Leistung und eingestrahlter Lichtleistung. Fakt 3: Wenn Solarzellen verschmutzen beispielsweise durch Pollen, Ruß aus Heizungen sowie Vogelkot sind die Solarmodule wärmer und produzieren weniger Strom. Deshalb ist es wichtig, die Anlage regelmäßig zu reinigen. Die Verschmutzung kann man mit einer Wärmebildkamera feststellen. 3/10

4 ARBEItSBLättER für SCHüLER Erneuerbare, natürlich nachwachsende Energiequellen als Stromzukunft Aufgabe 1: Setze ein, welche Energieformen in den hier abgebildeten Kraftwerken genutzt werden. Abbauprozessen Wassers Windes Sonne Erde Hier wird die Energie der Hier wird die Energie des Hier wird die Bewegungsenergie des Hier wird die Bewegungsenergie des Hier wird die Lageenergie des Hier wird die Energie von natürlichen Hier wird die Wärmeenergie der 4/10

5 Erneuerbare Energien Arbeitsblätter für Schüler Schulstufe Aufgabe 2: In welchen Regionen Österreichs können welche Energieformen optimal genutzt werden? Überlege zuerst, schneide dann die Abbildungen aus und klebe sie an die passenden Stellen! 5/10

6 LÖSUNGEN zu den AUFGABEN Lösungen zu den Aufgaben Aufgabe 1: Hier wird die Energie der Sonne Hier wird die Energie des Windes Hier wird die Bewegungsenergie des Wassers Hier wird die Bewegungsenergie des Wassers Hier wird die Lageenergie des Wassers Hier wird die Energie von natürlichen Abbauprozessen Hier wird die Wärmeenergie der Erde 6/10

7 Erneuerbare Energien Lösungen zu den Aufgaben Schulstufe Aufgabe 2: 7/10

8 HINWEISE für LEHRER für weitere UntERRICHtSELEMENte Weiterführende Anregungen für den Unterricht Unterrichtsgespräch Kennt ihr Kraftwerke, die erneuerbare Energien nutzen? Wo sind diese? Wisst ihr, wie sie funktionieren? Experiment Wind als Energiequelle (Sonnentaler.net), Basteln von Papierschiffen, Papierflugzeugen, Papierdrachen etc. Im Anschluss an das Experimentieren und Beobachten können je nach Altersgruppe beispielsweise folgende Fragen umfassender besprochen und die physikalischen Hintergründe erläutert werden: Warum/wie fliegen Flugzeuge? Warum/wie fahren Segelschiffe? Warum fliegen Drachen? Wie funktionieren Windmühlen? Wie funktionieren Windräder? Wie kann man mit Hilfe des Windes elektrischen Strom erzeugen? Recherche in der Gemeinde bzw. im Bezirk Gibt es Kleinwasserkraftwerke? Wo? Wer betreibt sie? Wofür wird der produzierte Strom genutzt? Wird auch Strom ins Netz eingespeist? Wird oder wurde Wasserkraft zum Betreiben von Mühlen, Hammerwerken etc. genutzt? Wo? Recherche interessanter Daten und Fakten Recherche von wirtschaftlichen und geschichtlichen Zusammenhängen Exkursionstipp Besichtigung eines Wasserkraftwerks, einer Mühle, eines Hammerwerks etc. Weiterführende Links auf 8/10

9 HINWEISE für LEHRER für weitere UntERRICHtSELEMENte Interaktive online 360 -Fotomotive Auf sehen Sie 360 -Fotopanoramen, welche das Thema interaktiv veranschaulichen. Die 360 -Fotokugel zeigt den Windpark Bruck an der Leitha. + + Die 360 -Fotokugel zeigt die Photovoltaikanlage Eberstalzell. Die 360 -Fotokugel zeigt das Laufwasserkraftwerk Steyrdurchbruch. 9/10

10 HINWEISE für LEHRER für weitere UntERRICHtSELEMENte Die 360 -Fotokugel zeigt das Biomasseheizkraftwerk Mödling. Trotz sorgfältiger Prüfung wird keine Gewähr für die inhaltliche Richtigkeit übernommen. Außer für Vorsatz und grobe Fahrlässigkeit ist jegliche Haftung von Herausgeber und Medieninhaber aus dem Inhalt dieses Werks ausgeschlossen. Diese Publikation ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten /10