ENERGIE AG MACHT SCHULE

Transkript

1 Physik, 5./6. Schulstufe ENERGIE AG SONNENENERGIE

2 Sehr geehrte Lehrerinnen, sehr geehrte Lehrer, liebe Eltern! Wissen ist das entscheidende Kapital für die Zukunft. Wir alle tragen Verantwortung dafür, dass wir den heranwachsenden Jugendlichen die bestmögliche Ausbildung zuteilwerden lassen. Doch auch die Wissensvermittlung verändert sich. Durch die Digitalisierung erhalten unsere Kinder aus verschiedenen Kanälen eine Vielzahl an Informationen. Die Energie AG bekennt sich zu ihrer Verantwortung den kommenden Generationen gegenüber und speziell der Verantwortung für die Jugend. Unter dem Motto Energie AG macht Schule wurde das Schulprogramm der Energie AG bereits vor Jahren gestartet. Damit stehen für alle Schulstufen der Volksschule bzw. der Neuen Mittelschulen und Gymnasium-Unterstufen lehrreiche und vor allem interessante Unterlagen rund um das Thema Energie, Entsorgung und Wasser zur Verfügung. Jetzt haben wir diese Reihe um das Thema Digitalisierung ergänzt und möchten damit nicht nur die Hardware wie Computer, schnelle Internetverbindungen etc., sondern auch die Software und die digitale Verantwortung ins Zentrum stellen. Die Energie AG hat sich in mehr als 125 Jahren der Unternehmensgeschichte vom reinen Stromversorger zum Energie- und Dienstleistungskonzern entwickelt. Unser Ziel ist es, wichtige Fragen rund um die Themenbereiche Energie, Wasserversorgung und Abfallverwertung für eine saubere Umwelt sowie jetzt auch für Digitalisierung verständlich aufzubereiten. Die Energie AG bietet für Schulen auf Anfrage gerne Führungen zum Beispiel in unseren Kraftwerken an, in denen anschaulich und spannend der Lehrplaninhalt vertieft werden kann. Darüber hinaus haben Sie bei uns die Möglichkeit, Energie in der Erlebnis Welt Energie in Timelkam hautnah zu erleben und im Museum Stromgeschichten die rasante Entwicklung der Energie in mehr als 125 Jahren zu sehen und zu begreifen. Auf der Internet-Seite gibt es zusätzliche Informationen zum Nachlesen, interaktive Wissensspiele zum Ausprobieren und alle Unterlagen des Bildungsprogramms Energie AG macht Schule zum Downloaden. Wir wünschen viel Spaß und spannendes Lernen mit den neuen Schulunterlagen der Energie AG! Generaldirektor KR Prof. Ing. DDr. Werner Steinecker MBA Vorsitzender des Vorstands Dr. Andreas Kolar Mitglied des Vorstands Dipl.-Ing. Stefan Stallinger MBA Mitglied des Vorstands

3 Was fällt dir zum Stichwort ein? Durchforste dein Gehirn nach Informationen zu diesem Thema! Schreib alles auf, was dir dazu einfällt! Was erwartet dich? Antworten auf folgende Fragen 1. Energiegewinnung in Österreich 2. Was sind erneuerbare Energien? 2.1 Welche gibt es? 2.2 In welchem Ausmaß werden sie genutzt? 2.3 Warum sind sie wichtig? 3. Was ist? 3.1 Wie wird sie genutzt? 3.2 Warum ist wichtig? 4. Energiequiz Warum das alles? Ohne elektrische Energie (Strom) ist unser Alltag undenkbar. Bei der Erzeugung von Strom entstehen manchmal Schadstoffe, die der Umwelt schaden. Dafür werden Rohstoffe (z. B. Kohle, Erdöl) verbraucht, die nur in begrenztem Ausmaß zur Verfügung stehen. Doch es geht auch anders. Erforsche mit uns, wie umweltschonende Energieerzeugung funktioniert. 1

4 1 Eneergiegewinnung in Österreich In Österreich werden rund 60 Prozent des Stroms umweltschonend in Wasserkraftwerken gewonnen. Außerdem wird Strom durch die Verbrennung fossiler Energieträger (z. B. Erdöl, Erdgas, Kohle) erzeugt. Diese Rohstoffe sind aber in Österreich nicht ausreichend vorhanden. Sie müssen aus anderen Ländern zugekauft werden. Die Folge ist, dass Österreich beim Einkauf dieser fossilen Energieträger stark vom Ausland abhängig ist. Ein kleiner Teil des benötigten Stroms wird durch die Verbrennung von Biomasse (in Biomassekraftwerken) gewonnen. Dabei werden Produkte aus der Land- und Forstwirtschaft sowie Holzreste aus verschiedenen Betrieben (z. B. Tischlereien) verbrannt. Die Nutzung der Windenergie trägt ebenfalls einen geringen Teil zur Stromerzeugung in Österreich bei. Forscher gefragt! 1a Wie wird der Strom erzeugt, den du zu Hause nutzt? 2 Was sind erneuerbare Energien? Energie wird dann als erneuerbar bezeichnet, wenn sie nahezu uneingeschränkt zur Verfügung steht. Dies trifft auf, Windenergie, Erdwärme und Wasserkraft sowie nachwachsende Biomasse zu. Diese Energieformen sind ständig vorhanden oder wachsen nach und können deshalb nicht zur Neige gehen. In jedem Kraftwerk wird eine spezielle erneuerbare Energieform genutzt und daraus Strom erzeugt. 2.1 Welche erneuerbaren Energien gibt es? In einem Sonnenkraftwerk wird aus der Energie des Sonnenlichts elektrische Energie erzeugt. Im Wasserkraftwerk entsteht mit der Energie des Wassers Strom. Das Windkraftwerk erzeugt mit der Energie des Windes elektrische Energie. Im Biomassekraftwerk werden Holz und Stroh verbrannt, dadurch wird die beim Wachsen von Biomasse gespeicherte Energie zu Strom. In Erdwärmekraftwerken wird aus der Wärme der Erde elektrische Energie gewonnen. Elektrische Energie (Strom) erzeugt man + in einem Sonnenkraftwerk mit der Energie der Sonne, + in einem Wasserkraftwerk mit der Energie des Wassers, + in einem Windkraftwerk mit der Energie des Windes, + in einem Biomassekraftwerk durch Verbrennen von Holz und Stroh, + in Erdwärmekraftwerken mit der Wärme der Erde. Denker gefragt! 2a Fülle das Rätsel aus!

5 2.2 In welchem Ausmaß werden erneuerbare Energien genutzt? In der Europäischen Union (EU) sind alle Länder bemüht, den Anteil erneuerbarer Energie an der Energieproduktion zu erhöhen. Die Mitgliedsstaaten haben sich verpflichtet, bis 2020 um ein Fünftel weniger Treibgase als 1990 in die Umwelt abzugeben. Gleichzeitig soll der Anteil erneuerbarer Energie im Durchschnitt auf 20 Prozent erhöht werden. In Österreich liegt dieser Anteil bereits heute bei rund 28 %. Österreich ist gemeinsam mit Lettland, Schweden und Finnland im Moment Spitzenreiter bei der Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien. In vielen anderen Ländern (Deutschland, Spanien, USA, aber auch in China) steigt die Verwendung erneuerbarer Energien rasant an. Gebremst wird die weltweite Zunahme allerdings durch hohe Investitionskosten beim Bau der Kraftwerke. Erneuerbare Energieformen werden langfristig Atomkraft und fossile Energieträger ablösen, da letztere nur begrenzt zur Verfügung stehen. Der Einsatz erneuerbarer Energie wirkt sich auch positiv auf die globale Erwärmung aus: Die Verbrennung von Biomasse setzt nur so viel CO 2 frei wie die Pflanze während ihres Wachstums gespeichert hat. Im Gegensatz zu fossilen Energieträgern wird bei der Nutzung der meisten erneuerbaren Energien kaum CO 2 ausgestoßen. Der Einsatz erneuerbarer Energie ist sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich sinnvoll. Forscher gefragt! 2b Was ist fossile Energie? 2c Bildet Gruppen und findet gemeinsam Vorteile für die Nutzung erneuerbarer Energien! 2.3 Warum sind erneuerbare Energien wichtig? Der weltweite Bedarf an Rohstoffen wie Erdöl, Erdgas und Kohle ist hoch. Anfänglich war deren Nutzung als Energieträger sehr günstig. Europa konnte den ständig steigenden Bedarf bald mit dem Abbau eigener Vorräte nicht mehr decken, die Rohstoffe mussten im Ausland zugekauft werden. Damit machte sich Europa von den Lieferländern abhängig diese können sowohl den Preis als auch die Liefermengen nach Belieben diktieren. Den Menschen wurde bewusst, wie teuer und knapp diese Vorräte sind. Die wachsende Bevölkerungszahl und der höhere Energieverbrauch verstärkten diese Abhängigkeit zusätzlich. Europa konzentriert sich nun darauf, verstärkt erneuerbare Energien zu fördern, um die Abhängigkeit von anderen Ländern zu verringern. Bei der Energieerzeugung mit fossilen Rohstoffen werden verschiedene Stoffe freigesetzt. Viele davon belasten unsere Umwelt. Beispielsweise wird bei der Verbrennung von Erdgas, Erdöl und Kohle CO 2 freigesetzt, was den sogenannten Treibhauseffekt verstärkt. Forscher gefragt! 2d Was versteht man unter dem Begriff Treibhauseffekt? 3

6 3 Was ist? Eine erneuebare Energieform ist die. Die Energie des Sonnenlichts wird von Solarzellen oder -kollektoren in Strom umgewandelt oder zum Erhitzen von Wasser verwendet. Diese Form der Energiegewinnung schont nicht nur die Umwelt, Sonnenlicht ist auch unbegrenzt verfügbar. Die nennt man auch Solarenergie. Das Wort Sol kommt aus dem Lateinischen und bedeutet Sonne. Solar bezeichnet also Dinge und Methoden, die sich auf die Sonne beziehen. Sonnenkollektoren sieht man häufig auf Hausdächern. Sie dienen dazu, Wasser zu erwärmen. Das Warmwasser wird zum Duschen, Heizen oder für den Swimmingpool verwendet. Mithilfe der Solarzelle wird Strom erzeugt. Lange Zeit waren solche Anlagen in privaten Haushalten äußerst selten, weil die Anschaffungskosten sehr hoch waren und der Wirkungsgrad gering war. Durch intensive Forschung und die Massenproduktion der Solarzellen sind die Preise aber stark gesunken und der Wirkungsgrad ist enorm gestiegen. Daher sind Solaranlagen mittlerweile auch für Privathäuser eine gute Möglichkeit der Energieerzeugung. Außerdem werden immer mehr Photovoltaik-Kraftwerke gebaut. Die Energie AG hat 2010 das größte Solarkraftwerk Österreichs in Eberstalzell in Betrieb genommen. Mit dem erzeugten Strom werden jetzt rund 300 Haushalte ein ganzes Jahr lang mit elektrischer Energie versorgt. Der Power Tower ist die Konzernzentrale der Energie AG in Linz. Das Gebäude hat eine Photovoltaik-Fassade. Die Fläche der Solarzellen ist mit 637 m 2 ungefähr so groß wie drei Tennisplätze. Der dort erzeugte Strom wird im Power Tower verwendet. Denker gefragt! Immer häufiger sind auf den Dächern der Häuser auch Photovoltaikanlagen (Solarpanele) zu finden. Die Panele bestehen aus vielen einzelnen zusammengesetzten Solarzellen. Mit ihnen kann aus dem Sonnenlicht elektrische Energie erzeugt werden. 3b Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit ein Solarkraftwerk möglichst viel elektrische Energie erzeugen kann? Finder gefragt! 3a Gibt es in deiner Umgebung Solaranlagen bzw. Sonnenkollektoren auf Hausdächern? Es gibt zwei Arten von Sonnenkraftwerken zur Stromerzeugung: In solarthermischen Kraftwerken wird durch die Sonne eine Flüssigkeit erwärmt und verdampft. Der Dampf treibt eine Turbine an, mit deren Hilfe in einem Generator elektrische Energie erzeugt wird. Die andere Form ist die Photovoltaik. Teilt man das Wort in zwei Begriffe, erhält man das griechische Wort Photo, zu deutsch Licht. Im zweiten Teil des Wortes steckt der Begriff Volt, die Bezeichnung der Einheit der elektrischen Spannung. Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung der Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie mithilfe von Solarzellen. Power Tower Energie AG Oberösterreich 4

7 3.1 Wie wird Energie aus der Sonne gewonnen? 3.1 Wie wird Energie aus der Sonne gewonnen? Negative Elektrode Negativ geladenes Silizium Gleichstrom, und den dieser der wird Wechselrichter durch den Wechselrichter in Wechselstrom in Wechselstrom umwandelt. umgewandelt. Dieser Wechselstrom Dieser Wechselstrom kann nun in das kann Stromnetz nun in das eingespeist Stromnetz eingespeist und von den und Verbrauchern von den Verbrauchern werden. genutzt genutzt werden. Positive Elektrode Grenzschicht Positiv geladenes Silizium Um zu gewinnen, werden die Solarzellen zur Sonne hin ausgerichtet. Eine Solarzelle besteht aus zwei zwei Schichten Schichten des des Halbleiters Halbleiters Silizium. Silizium. Eine dieser Eine Schichten ist ist negativ, negativ, die die andere andere positiv geladen. Positive und negative Ladungsträger werden durch Absorption des Lichts getrennt. Dadurch bildet sich eine Spannung. Allerdings ist die elektrische Spannung mit 0,6 Volt sehr gering. Deshalb sind zahlreiche Solarzellen zu einem Solarmodul oder Solarpaneel Solarpanel zusammengeschlossen. Innerhalb eines solchen Solarmoduls wird die Energie gesammelt, die von den einzelnen Solarzellen erzeugt wird. Auf diese Weise wird innerhalb der Solaranlage eine ausreichend hohe Strommenge erzeugt. Um diese elektrische Energie endgültig nutzbar zu machen, verfügt jede Photovoltaik-Anlage über einen sogenannten Wechselrichter. Die Die Solarzellen Sonnenzellen erzeugen erzeugen nämlich nämlich 3.2. Warum ist wichtig? Ursprünglich wurden Photovoltaik-Anlagen nur zur Stromversorgung von Satelliten verwendet. Doch Doch dank die verbesserter Technik wurde Technik verbessert und geringerer und die Kosten sind können gesunken. Heute Geräte können des täglichen wir Geräte Bedarfs für den damit täglichen betreiben. Bedarf wir heute Armbanduhren, damit betreiben. Taschenrechner, Notrufsäulen und auch Armbanduhren, Hütten im Taschenrechner, Gebirge werden Notrufsäulen durch Photovoltaik- und auch Anlagen Hütten im mit Gebirge Strom versorgt. werden durch Diese Photovoltaik-Anlagen Systeme funktionieren mit im Strom Inselbetrieb, versorgt. Diese das heißt Systeme ohne funktionieren Verbindung zum im öffentlichen Inselbetrieb, Stromnetz. das heißt ohne Verbindung ins öffentliche Stromnetz. Österreich hat erkannt, wie wichtig Solarenergie für unsere Österreich Zukunft hat ist. erkannt, Deshalb wie gibt wichtig es für Solarenergie die Errichtungfür unsere Zukunft ist. Deshalb gibt es für die Errichtung von Sonnenkraftwerken Solarkraftwerken zahlreiche Förderungen. Allerdings ist der Strom aus Photovoltaik-Anlagen derzeit noch um ein Vielfaches teurer als als der der Strom aus aus anderen anderen Kraftwerken. Quellen. Finder Finderinnen gefragt! und Finder gefragt! 3c) Verwendest du du Geräte mit einer Photovoltaik- Anlage im Inselbetrieb? Gibt es solche Geräte in deiner Umgebung? 5 5

8 4 Was W hast du dir gemerkt? Mach den Test beim Energiequiz! Kreuze die richtigen Antworten an und finde das Lösungswort! + Was kann nicht mithilfe von erzeugt werden? Strom (U) Wasser (Q) Wärme (L) + Wie kannst du zu Hause etwas für die Umwelt tun? Ich nutze und spare außerdem Energie. (U) Ich heize im Winter bei geöffnetem Fenster, damit es auch draußen schön warm wird. (S) Ich kaufe Elektrogeräte, die besonders viel Strom verbrauchen. (I) + Was wird als bezeichnet? die Energie, die im Solarium zum Bräunen der Haut verwendet wird (O) die umweltfreundliche Erzeugung von Strom und Wärme mithilfe der Energie des Sonnenlichts (E) die aus Pflanzen gewonnene Energie (K) + Wobei entsteht kein CO 2? beim Atmen (R) beim Verbrennen von Erdöl (P) beim Nutzen erneuerbarer Energien (Solarenergie) (L) + Wo wurden die ersten Solaranlagen installiert? auf Flugzeugen (U) auf Raketen (F) auf Satelliten (L) + Warum ist Solarenergie so wertvoll? weil sie umweltfreundlich ist und nicht aufgebraucht werden kann (E) weil sie Lampen besonders hell macht (P) weil sie schneller zur Verfügung steht als andere Energieformen (V) Lösungswort: 6

9 Was fällt dir jetzt alles zum Thema Sonnenengie ein? Stürme dein Gehirn (Brainstorming) und schreib alles auf, was du nun über weißt! 7

10 Zusammenfassung Der Kern der Sache Überlegt gemeinsam, was nun der Kern der Sache ist was sind die Inhalte, die ihr wissen sollt? Die Kraft der Sonne macht die verschiedensten Arten der Energiegewinnung möglich. Ohne Sonne gäbe es keinen Wasserkreislauf, der die Wasserkraftwerke antreibt; keinen Wind, der in Windkraftanlagen genutzt wird; keine Rohstoffe wie Kohle, Erdgas oder Biomasse, aus denen in thermischen Kraftwerken Energie gewonnen wird. Direkt nutzbar wird aber nur in Sonnenkollektoren und Solarzellen. In Sonnenkollektoren wird die Strahlung der Sonne zur Wärmegewinnung verwendet. Mit dieser Wärme kann beispielsweise ein Haus beheizt oder Wasser erwärmt werden. In Solarzellen werden Sonnenstrahlen in elektrische Energie umgewandelt. Eine Solarzelle besteht aus verschiedenen, speziell behandelten Schichten. In der Regel ist der Hauptbestandteil der Halbleiter Silizium. Durch die besondere Behandlung wird eine Schicht positiv, die andere negativ aufgeladen. Trifft Sonnenlicht auf die Oberfläche auf, beginnt zwischen den Silizium-Schichten Strom zu fließen, der dann genutzt werden kann. Eine Solarzelle allein kann aber bei Weitem nicht genug Strom erzeugen, um damit ein elektrisches Gerät zu betreiben. Deshalb werden einzelne Zellen zu Solarmodulen oder Solarpanelen zusammengefasst. Im größten Sonnenkraftwerk Österreichs in Eberstalzell besteht die Gesamtfläche aus fast 5000 einzelnen Solarpanelen. Der Strom, der in den Solarzellen entsteht, ist sogenannter Gleichstrom. Weil unser Stromnetz aber auf der Basis von Wechselstrom betrieben wird und auch fast alle elektrischen Geräte ausschließlich damit funktionieren, muss der Gleichstrom aus den Solarzellen in umgewandelt werden. Für diesen Vorgang werden sogenannte Wechselrichter verwendet. Sie sind das Herzstück jeder Photovoltaikanlage. 8

11 Lehrling bei der Energie AG Eine Ausbildung mit Zukunft Die Energie AG Oberösterreich bekennt sich seit sieben Jahrzehnten zu einer umfassenden und intensiven Ausbildung im Konzern. Diese Qualitätsausbildung spiegelt sich Jahr für Jahr in den Lehrlingswettbewerben wider, bei denen die Lehrlinge der Energie AG stets unter den besten ihres Jahrganges zu finden sind. Weit mehr als die Hälfte aller bisher im Unternehmen ausgebildeten Lehrlinge sind noch heute in der Energie AG Oberösterreich tätig und mittlerweile bis in Führungspositionen aufgestiegen. Wir bieten in folgenden Berufen eine Lehrlingsausbildung: Elektrotechnik (Hauptmodul Energietechnik) Maschinenbautechnik Bürokaufmann/-frau Schnupperlehre Für interessierte Jugendliche bieten wir in der Lehrwerkstätte in Gmunden eine ein- bzw. zweitägige Schnupperlehre im Rahmen einer Schulveranstaltung an. Weitere Infos unter: Whatchado-Lehrlingsvideos:

12 Energie AG Oberösterreich, Linz Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht der Verbreitung (auch durch Film, Fernsehen, Internet, fotomechanische Weitergabe, Bild-, Ton- und Datenträger jeder Art) und der auszugsweise Nachdruck. Die Kopiervorlagen sind urheberrechtlich geschützt. Der Erwerber ist berechtigt, davon Vervielfältigungen in Klassensätzen ausschließlich für den eigenen Gebrauch herzustellen. Alle weiteren Vervielfältigungen sind nach dem Urheberrecht unzulässig. Sofern nicht anders angegeben: Fotos Energie AG Oberösterreich, Abdruck honorarfrei bei Bildhinweis: Energie AG Auflage (2015) Gedruckt in Österreich Wir bitten um Verständnis, dass wir uns aus Gründen der leichteren Lesbarkeit im Text größtenteils auf die allgemein übliche von uns jedoch absolut geschlechtsneutral verstandene männliche Form für Personenbezeichnungen beschränken. Impressum: ENERGIE AG Oberösterreich Postfach 298 Böhmerwaldstraße Linz, Austria Service-Nummer: Service-Fax: schule@energieag.at Internet: