Titel: Ökologie Energie von Sonne und Wind

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1 Titel: Ökologie Energie von Sonne und Wind Themen: Prozentrechnung, Oberfläche, Energie, Solarpaneele, Windräder Zeit: 90 Minuten Alter: Differenzierung: Höheres Level: Physikalische Grundlagen von Energiegewinnung durch Wind oder Sonne kann genauer diskutiert werden; Halbleiter können besprochen werden Richtlinien, IKT Unterstützung etc.: Experten von lokalen NGOs (Non-Government Organisations) oder Energieerzeugungsunternehmen können für eine Forumsdiskussion eingeladen werden. Alternativ können Teams aus Schülerinnen und Schülern gebildet werden, um die Standpunkte für alternative, im Vergleich zu traditionellen, Energiequellen zu repräsentieren. Niedrigeres Level: Die Eigenschaften von Silizium von Arbeitsblatt 1 können ausgelassen werden

2 Benötigtes Zubehör für diese Aktivität: Arbeitsblätter Internetzugang Baukasten einer Windmühle, Baukasten eines solarbetriebenen Geräts (z. B. Spielzeug) Benötigte Kenntnisse: Lernergebnisse für diese Aktivität: Die Lernenden sollten dazu fähig sein, die Berechnungen und die praktischen Arbeitsaufträge auf den Arbeitsblättern auszuführen. Sie sollten der Diskussion folgen können und die Notwendigkeit von plausiblen Daten und Berechnungen erkennen, um sich eine kundige Meinung über kontroverse Themen zu bilden Sie sollten dazu in der Lage sein, die physikalischen Grundlagen von Solarzellen und Windmühlen zu verstehen. Konzept von Energie Prozentrechnung Gesundheit und Sicherheit:

3 Beschreibung der Lehreinheit Anfangsaktivität Die Lehrperson stellt das Thema von traditionellen vs. alternativen Energiequellen vor. Die Schülerinnen und Schüler werden aufgefordert, Beispiele solcher Energiequellen zu nennen, die ihnen bekannt sind. Dann werden die Lernenden gefragt, ob sie glauben, dass der Energieverbrauch eines Landes (als Beispiel wurde hier Österreich verwendet, aber die Lehrpersonen können die Werte in den Arbeitsblättern durch Daten ihres Heimatlandes ersetzen) von Solarzellen gedeckt werden kann. Diejenigen, die davon überzeugt sind, sollen einige Vorschläge nennen, welche Fläche (in %) des Landes dann ihrer Meinung nach von Solarzellen bedeckt wäre. Diese Vorschläge werden an die Tafel geschrieben. Dann folgen die gleichen Arbeitsschritte für Windräder, und die Lernenden sollen wieder raten, wie viele Windräder benötigt werden. Hauptaktivität Die Lernenden bilden Teams aus 6 Personen. Jedes Team wählt entweder Solarzelle oder Windrad als Thema und erhält das entsprechende Arbeitsblatt und den dazugehörigen Baukasten (abhängig von der Klassengröße wird es ein oder zwei Teams für jedes Thema geben). Drei Personen des Teams werden Technische Crew genannt, sie müssen die theoretischen Berechnungen auf dem Arbeitsblatt müssen. Die anderen drei werden als Bauarbeiter und Bauarbeiterinnen bezeichnet, sie müssen die Baukästen zusammenfügen. Jede Crew führt die Arbeitsaufträge wie auf dem Arbeitsblatt beschrieben aus und erklärt dann der anderen Crew ihres Teams, was sie getan haben. Die Teams erhalten dann Arbeitsblatt 2, im Rahmen dessen sie mögliche Vor- und Nachteile ihrer gewählten Art der Stromerzeugung und Hürden bei der Umsetzung der theoretischen Ergebnisse von Arbeitsblatt 1 bedenken und niederschreiben sollen. Plenumsaktivität Jedes Team wählt einen Sprecher aus, der das fertiggestellte Modell präsentiert und die Ergebnisse der Berechnungen beschreibt. Falls zwei Teams an dem Thema gearbeitet haben, führt der Sprecher des zweiten Teams dieselben Arbeitsaufträge aus. Die Ergebnisse werden neben die ursprünglichen Vermutungen auf die Tafel geschrieben. Nachdem alle Teams ihre Ergebnisse präsentiert haben, findet eine Diskussions-und-Debatten Sitzung über die möglichen Hürden bei der Umsetzung der theoretischen Berechnungen in praktische Konstruktionen statt (z. B. Anzahl der benötigten Solarzellen, wo sollen riesige Anlagen mit Solarzellen in dicht besiedelten Ländern gebaut werden, Kosten für den Bau von Windkraftanlagen, Widerstand lokaler Gemeinden gegen Windräder etc.).

4 Arbeitsblatt 1a Photovoltaik ist eine Technologie, die verwendet wird, um Sonnenlicht (hauptsächlich der sichtbare Teil des Spektrums) in elektrische Energie umzuwandeln. In Österreich werden nur 0.03% des Energieverbrauchs durch Photovoltaik gedeckt. Personen, die aktiv im Umweltschutz tätig sind, fordern eine drastische Erhöhung dieser Art der Energiegewinnung, besonders um das Verbrennen fossiler Brennstoffe oder Atomenergie zu vermeiden. Lasst uns sehen, wie viel Energie mit Hilfe von Photovoltaik produziert werden kann und ob es möglich ist, irgendwann die gesamte Energiegewinnung mit Solarpaneelen zu decken. Arbeitsauftrag 1: Ein übliches Solarpaneel hat eine rechteckige Form und eine Größe von 160cm x 90 cm. Es hat eine maximale Abgabeleistung von 200 W. a) Wie groß wäre die Fläche in Österreich, die mit Solarpaneelen bedeckt wäre, um den gesamten Stromverbrauch (im Jahr 2013 waren das GWh) unter Verwendung von Solarpaneelen zu decken? Nimm dabei an, dass die Sonne für durchschnittlich 8 Stunden pro Tag scheint. b) Österreich hat eine Gesamtfläche von km². Welcher Prozentanteil der Fläche wäre dann mit Solarpaneelen bedeckt? Arbeitsauftrag 2: Die tatsächliche Sonnenenergie (Bestrahlungsstärke, das heißt Energie pro Flächeneinheit), die die Erdoberfläche erreicht, hängt sowohl von der Jahreszeit, als auch von der eigenen Position auf der Erdoberfläche ab. In Österreich ist der maximale Wert ca. 700W/m². Was wäre die Leistung des oben erwähnten Solarpaneels im Fall der maximalen Bestrahlungsstärke und der Abgabeleistung des Paneels von 200 W?

5 Arbeitsblatt 1b Du hast wahrscheinlich schon einmal Windräder irgendwo an der Küste, auf ödem Land oder mitten in einem Weizenfeld stehen gesehen und wir sprechen hier nicht von den alten, hölzernen Windmühlen, die verwendet wurden, um Getreide etc. zu mahlen, sondern über moderne Beton-und-Stahl-Konstruktionen. Von der Ferne sieht ein Windrad nicht sonderlich groß aus, aber wenn du neben einem stehst, kannst du erst erkennen, dass es wirklich riesig ist normalerweise ungefähr 80 m! In einigen Ländern gibt es sie sehr zahlreich, wohingegen man in anderen Ländern zurückhaltend ist, sie aufzustellen. Lass uns sehen, ob wir den Energiebedarf Österreichs durch Windenergie decken könnten! Arbeitsauftrag 1: Eine Windkraftanlage kann bis zu 3600 kw an Strom produzieren (die tatsächliche Abgabeleistung hängt von der Windgeschwindigkeit ab; für gewöhnlich arbeiten Windräder in einem Bereich zwischen 4 m/s und 25 m/s Windgeschwindigkeit). a) Nimm an, dass der Wind Tag und Nacht innerhalb der idealen Geschwindigkeit von 13 bis 25 m/s bläst, was die maximale Abgabeleistung der meisten Windräder ergibt. Wie viele Windräder würde man benötigen, um den gesamten Stromverbrauch Österreichs (im Jahr 2013 waren das GWh)? b) Offenkundig bläst der Wind nicht Tag und Nacht mit derselben Stärke. Versuche die tatsächliche Windgeschwindigkeit für einen Ort in deiner Nähe herauszufinden und wiederhole die Berechnung! Arbeitsauftrag 2: Das Betzsche Gesetz besagt, dass die maximale erreichbare Leistung einer Windkraftanlage bei 59,3 % liegt. Leitungsschwächen in der Praxis, wie Luftwiderstand und Reibung, verringern die tatsächliche Leistung auf ca. 45 %. Vergleiche das mit der Leistung konventioneller Stromerzeugung und mit der von Solarzellen!

6 Arbeitsblatt 2a???? Was sind die Vorteile von Sonnenenergie im Vergleich zur Windenergie? Was sind die Nachteile von Sonnenenergie gegenüber der Windenergie? Welche praktischen (z. B. technisch, ökologisch, sozial etc.) Hürden können bei der Umsetzung der theoretischen Berechnungen von Arbeitsblatt 1 auftreten, das heißt, wenn du versuchst, den gesamten Energieverbrauch Österreichs mit Hilfe von Solarzellen zu decken?

7 Arbeitsblatt 2b???? Was sind die Vorteile von Windenergie im Vergleich zur Sonnenenergie? Was sind die Nachteile von Windenergie gegenüber Sonnenenergie? Welche praktischen (z. B. technisch, ökologisch, sozial etc.) Hürden können bei der Umsetzung der theoretischen Berechnungen von Arbeitsblatt 1 auftreten, das heißt, wenn du versuchst, den gesamten Energieverbrauch Österreichs mit Hilfe von Windrädern zu decken?