Erneuerbare Energien Flashcards
Begründen Sie, warum die Bezeichnung “Energiegewinnung” und “Energieverbrauch” physikalisch gesehen nicht korrekt sind
Bei genauer Betrachtung gibt es keinen Energieverbrauch und auch keine Energieerzeugung, es gibt lediglich eine Energieumwandlung.
Begründen Sie, weshalb mechanische Arbeit und Energie dieselbe Einheit besitzen.
Die verrichtete Arbeit eines Systems ist gleich der Änderung seines Energiezustands (W = ΔE). Grundsätzlich gilt: Die Arbeit ist eine Prozessgröße und kennzeichnet einen Vorgang. Die Energie ist eine Zustandsgröße und charakterisiert den Zustand eines System
Erneuerbare Energien können aus drei grundlegend unterschiedlichen Quellen gewonnen werden. Nennen und erklären Sie diese.
• Sonnenstrahlung: Indirekte und direkte Strahlung liefert Energie
• Planetenbewegung: Kinetische Energie der Planetenbewegung, die wir über Gezeiten energetisch auf der Erde nutzen, ist ebenso wie die Sonnenenergie in unserem Zeitverständnis grenzenlos und zählt somit auch zu den erneuerbaren Energien
• Radioaktive Prozesse: Durch permanente Zerfallsprozesse im Erdinneren von schweren radioaktiven Elementen wird Energie als riesige Wärmemenge abgegeben, die wir heute in der Geothermie nutzen
Zeigen Sie anhand von zwei Beispielen den Unterschied von Nutzungsmöglichkeiten direkter und indirekter Sonnenstrahlen auf.
Direkte Sonnenstrahlung kann durch Photovoltaik und Solarthermie genutzt werden, da hier die Energie der Sonnenstrahlung direkt genutzt wird.
Ein Großteil der Sonnenenergie erreicht unseren Planeten jedoch indirekt in Formen von Wind- und Wasserkraft als Folge von Niederschlag und Thermik und die dadurch entstehenden Luftbewegungen (Wind)
Erkläre, was man unter dem Begriff “konventionelle” Energieträger versteht
Fossile und atomare Energieträger wie Öl, Kohle (Stein- und Braunkohle), Gas oder Uran werden als konventionell bezeichnet.
Geben Sie an, in welche Sektoren der Endenergieverbrauch üblicherweise unterteilt wird. Ordnen Sie die Sektoren nach der Höhe des deutschen Endenergieverbrauchs.
Verkehr ~30%
Industrie ~30%
Private Haushalte ~25%
Gewerbe, Handel und Dienstleistungen ~15%
Geben Sie an, durch welche Maßnahmen kann die Energieeffizienz von Gebäuden gesteigert werden kann
Maßnahmen um die Energieeffizienz von Gebäuden in Bezug auf den Energieverbrauch für die Raumheizung zu steigern:
Maßnahmen am Gebäude:
• Gebäude sollten komplett wärmeisoliert werden (Fassade, Dach und Keller).
• Energiesparfenster mit Zwei- und Dreifachverglasung erhöhen die Energieeffizienz von Gebäuden.
• Bei einem Neubau sollte bei der Planung darauf geachtet werden, dass das Gebäude zur passiven Nutzung der Sonnenenergie
ausgerichtet wird. Durch den Einbau großer Fensterflächen können diese als eine Art Kraftwerk wirken und die Räume durch die
solare Energie der Sonne aufheizen.
• Das Gebäude sollte über eine kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmetauscher verfügen.
Maßnahmen an der Heizungstechnik:
• Heizungsanlagen, wie zum Beispiel solarthermische Heizungen, Holzpelletheizungen oder Wärmepumpen, erhöhen die Energieeffizienz von Gebäuden, da sie regenerative Energien nutzen.
• Die Isolation des Rohrleitungssystems bringt Ersparnisse mit sich.
• Durch die Ausstattung der Heizungsanlage mit modernster Steuer- und Regelungstechnik kann Energie eingespart werden.
• Das Wärmeverteilsystem sollte auf eine niedrige Vorlauftemperatur eingestellt sein (Zum Beispiel 30 °C bis 60 °C bei einer Fußboden- oder Wandheizung).
Maßnahmen bezüglich des Verhaltens:
• Das Absenken der Raumtemperatur sollte bedacht werden (z. B. in der Nacht und während der Arbeit).
• Es sollte nach Möglichkeit die Anzahl der beheizten Räume verringert und die Türen dieser Räume geschlossen werden.
• Durch geeignetes Lüftungsverhalten kann Heizenergie eingespart werden. Anstatt Fenster lange zu kippen, sind kurze Stoßlüftungen durchzuführen.
Erläutern Sie, wie Energieverluste bei Gebäuden entstehen. Nennen Sie Fachbegriffe
Energieverluste bei Gebäuden:
• Transmissionswärmeverluste: Ein großer Teil der
Raumwärme entweicht durch Wände, Fenster,
Türen, Dach und Fußboden durch Wärmeleitung
• Konvektionsverluste: Energieverluste entstehen
auch durch Lüftungsverluste. Neben dem gewollten Luftaustausch erfolgt durch Undichtigkeiten der Gebäudehülle ein permanenter Luftaustausch. Man spricht hier von Konvektionsverlusten.
• Heizungsanlage: Der Energieverbrauch eines Gebäudes hängt auch davon ab, ob noch alte, ineffiziente Heizungen zum Einsatz kommen
Definieren Sie die Begriffe Primär- und Sekundärenergie, Nutzenergie und Endenergie
Energie ist in unterschiedlichen Energieträgern gespeichert:
• Primärenergieträger: Sie sind die von der Natur zur Verfügung gestellten Energieträger. Sie haben noch keine Veränderung durch den Menschen erfahren und sind in einem unbearbeiteten bzw. unveredelten Zustand. Es gibt regenerative, fossile Energieträger und Kernenergieträger.
• Sekundärenergieträger: Sie entstehen bei der Veränderung bzw. Veredelung von Primärenergieträgern. Es sollen damit Transportfähigkeit, Speicherfähigkeit und Umwandelbarkeit verbessert werden.
• Endenergieträger: Sie stehen dem Endverbraucher direkt zur Verfügung. Endenergieträger werden gebildet aus Sekundärenergieträgern und dem Teil der Primärenergieträger, die nicht veredelt werden müssen und direkt nutzbar sind.
• Nutzenergieträger: Der Verbraucher gewinnt letztlich aus der Endenergie Nutzenergie für die Befriedigung seiner unmittelbaren Bedürfnisse
Ordnen Sie folgende Energieträger den Begriffen Primär-, Sekundär-, Nutz- und Endenergie zu:
Uranerz, Heizöl, Licht, Briketts, Strom, Erdöl, Wasserstoff, Biogas und Heizwärme
• Primärenergieträger: Uranerz, Erdöl
• Sekundärenergieträger: Heizöl, Briketts, Strom,
Wasserstoff, Biogas
• Endenergieträger: Heizöl, Briketts. Strom,
Wasserstoff, Biogas
• Nutzenergieträger: Licht, Heizwärm
Nennen Sie die drei Hauptgruppen der Primärenergieträger, veranschaulichen Sie diese anhand von Beispielen
Beispiele für Hauptgruppen der Primärenergieträger:
• regenerative Energieträger: Biomasse, Windkraft,
Photovoltaik, Wasserkraft
• fossile Energieträger: Mineralöl, Erdgas,
Steinkohle, Braunkohle
• Kernenergieträger: Uran, Thorium, Deuterium
Nennen Sie Gründe für den Anstieg des weltweiten Primärenergieverbrauchs der letzten Jah
Gründe hierfür sind die wachsende Weltbevölkerung und die Erhöhung des allgemeinen Lebensstandards.
Nenne die unterschiedlichen Umwandlungsstufen in Kohlekraftwerken und erläutere, in welcher Form die Energie jeweils zur Verfügung steht
Chemische Energie -> Verbrennung von Kohle in der Brennkammer -> Thermische Energie -> Wasserdampferzeugung im Dampferzeuger -> Potentielle Energie -> Rotationserzeugung über Turbinen -> Rotationsenergie/kinetische Energie -> Spannungsgenerierung im Generator -> elektrische Energie
Geben Sie an, durch welche Maßnahmen kann die Energieeffizienz von Gebäuden gesteigert werden kann
Maßnahmen am Gebäude:
- Gebäude sollten komplett wärmeisoliert werden (Fassade, Dach und Keller).
- Energiesparfenster mit Zwei- und Dreifachverglasung erhöhen die Energieeffizienz von Gebäuden.
- Bei einem Neubau sollte bei der Planung darauf geachtet werden, dass das Gebäude zur passiven Nutzung der Sonnenenergie
ausgerichtet wird. Durch den Einbau großer Fensterflächen können diese als eine Art Kraftwerk wirken und die Räume durch die
solare Energie der Sonne aufheizen. - Das Gebäude sollte über eine kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmetauscher verfügen.
Geben Sie an, durch welche Maßnahmen kann die Energieeffizienz von Gebäuden gesteigert werden kann.
Maßnahmen an der Heizungstechnik
- Heizungsanlagen, wie zum Beispiel solarthermische Heizungen, Holzpelletheizungen oder Wärmepumpen, erhöhen die Energieeffizienz von Gebäuden, da sie regenerative Energien nutzen.
- Die Isolation des Rohrleitungssystems bringt Ersparnisse mit sich.
- Durch die Ausstattung der Heizungsanlage mit modernster Steuer- und Regelungstechnik kann Energie eingespart werden.
- Das Wärmeverteilsystem sollte auf eine niedrige Vorlauftemperatur eingestellt sein (Zum Beispiel 30 °C bis 60 °C bei einer Fußboden- oder Wandheizung).
Geben Sie an, durch welche Maßnahmen kann die Energieeffizienz von Gebäuden gesteigert werden kann.
Maßnahmen bezüglich des Verhaltens:
- Das Absenken der Raumtemperatur sollte bedacht werden (z. B. in der Nacht und während der Arbeit).
- Es sollte nach Möglichkeit die Anzahl der beheizten Räume verringert und die Türen dieser Räume geschlossen werden.
- Durch geeignetes Lüftungsverhalten kann Heizenergie eingespart werden. Anstatt Fenster lange zu kippen, sind kurze Stoßlüftungen durchzuführen.
Erkläre, wovon der maximale Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine abhängig ist
Der maximale Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine ist von der Temperaturdifferenz des ein- und ausströmenden Dampfes abhängig. Die Temperatur des austretenden Dampfes mindert somit den Wirkungsgrad.
Erläutern Sie das Grundprinzip, das bei nahezu allen Wärmekraftmaschinen identisch ist.
In der Regel wird mithilfe der Wärmeenergie Wasser bei hohen Temperaturen verdampft. Dies bewirkt eine große Volumenausdehnung. Ein geschlossener Kessel verhindert allerdings die Vergrößerung des Volumens und somit steigt der Druck. Mit diesem Druck wird eine Wärmekraftmaschine, meist eine Turbine, in Bewegung gesetzt. Diese treibt letztendlich einen Generator an. Die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie erfolgt somit über den Umweg der mechanischen Energie.
Erklären Sie, warum der Wirkungsgrad μ stets kleiner als 1 ist.
μ=Eab /Ezu
Aus dem Energieerhaltungssatz und aus der Erfahrung, dass bei jeder Energieumwandlung Verluste auftreten, kann gefolgert werden, dass der Anteil an abgegebener Energie Eab stets kleiner als der Anteil an zugeführter Energie Ezu ist. Der Wirkungsgrad kann somit Werte von 0 bis 1 annehmen.
Stellen Sie anhand eines Generators dar, wie Energieverluste zustande kommen
Bei einem Generator werden etwa 90% (bei großen Anlagen sogar bis zu 98%) der zugeführten mechanischen Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die Verluste werden meist in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Energieverluste kommen zustande durch die Lüftung (größere Generatoren benötigen Energieaufwand für Kühleinrichtungen), durch mechanische Reibung, Wicklungserwärmung und Eisenerwärmung.
Gehen Sie auf gesetzliche und geografische Besonderheiten im Zusammenhang mit der Standortwahl für Photovoltaikanlagen ein.
- Geografisch: Man kann in Deutschland von einer
mittleren jährlichen Globalstrahlung von 1000kWh/m2 ausgehen. Statistisch gesehen liegen im Süden Deutschlands die Werte um 10 - 20 % höher als im Norden. - Politisch: Großflächige PV-Installationen auf landwirtschaftlich nutzbaren Flächen werden seit 2010 nicht mehr subventioniert, womit deren Ausbau zum Erliegen kam. Als mögliche Standorte für PV-Anlagen stehen jedoch unzählige Freiflächen in Autobahn- und Schienennähe zur Verfügung. Für eine nachhaltige und CO2–neutrale Energieversorgung müsste in Deutschland die installierte PV-Leistung von momentan knapp 50GW auf 200GW erhöht werden. Dafür müsste eine Modulfläche von insgesamt 1400 km2 errichtet werden. Dies entspricht gerade mal 3% der deutschen Siedlungs- und Verkehrsflächen oder knapp einem Zehntel der Dach- und Fassadenflächen von Wohngebäuden.
Gehen Sie auf gesetzliche und geografische Besonderheiten im Zusammenhang mit der Standortwahl für Windkraftanlagen ein.
- Geografisch betrachtet sind die statistischen
Windgeschwindigkeiten in küstennahen Regionen und Erhebungen am höchsten. Da die Windgeschwindigkeit (v) mit dem Wirkungsfaktor (v3) auf die Leistung einer WKA Einfluss hat, ist die Standortwahl von großer Bedeutung. - Politisch: Im Herbst 2014 trat in Bayern die 10-H- Regel für neu installierte WKA in Kraft. Das Gesetz besagt, dass ein Mindestabstand vom 10-Fachen der Höhe des Windrads zu Wohngebäuden in Gebieten mit Bebauungsplänen eingehalten werden muss. Demzufolge ist es in Bayern schwer, mögliche Flächen für den Bau von Windrädern zu finden. Jedoch können Kommunen Ausnahmefälle genehmigen.
Grundlastkraftwerke
diese Kraftwerke sind sehr träge bei einer Leistungsänderung oder stellen sehr günstig Leistung zur Verfügung, werden nach Möglichkeit mit voller Leistung betrieben, müssen nicht unbedingt leicht regelbar sein
◦ Laufwasserkraftwerke → bei Drosselung würde Energie verschenkt werden
◦ Braunkohlekraftwerke, Steinkohlekraftwerke→ träge Systeme, hohe Investitionskosten aber geringe Betriebskosten
◦ Kernkraftwerke → träge Systeme, hohe Investitionskosten aber geringe Betriebskosten
◦ Erdwärmekraftwerke → konstantes Energieangebot kann genutzt werden
Mittellastkraftwerke
diese Kraftwerke variieren ihre Leistungsbereiche je nach ermitteltem Tagesbedarf (Tagesgangkurve) nach einem festgelegten Fahrplan, lassen sich über einen weiten Leistungsbereich regeln, Regelung hat aber eine gewisse Trägheit
◦ Steinkohlekraftwerke, Braunkohlekraftwerke
◦ Kernkraftwerke (werden aber dafür aus
ökonomischen Gründen nicht eingesetzt)
Spitzenlastkraftwerke
diese Kraftwerke müssen
jeder Leistungsänderung im Netz dynamisch folgen können, werden meist nur zu absoluten Verbraucherspitzen oder bei ungeplanten Schwankungen hochgefahren
◦ Gasturbinenkraftwerke → extrem schnell, niedrige Investitionskosten aber relativ hohe Betriebskosten
◦ (Pump-)Speicherkraftwerke → extrem schnell
Analysiere die internationale Lastgangkurve vom Frauenhofer Institut und ordne die einzelnen Energieträger einem der drei Bereiche Grund-, Mittel- und Spitzenlast zu.
Warum werden die Pumpen eines Pumpspeicherkraftwerkes vor allem Nachts betrieben?
Hier ist die Abnahme durch Verbraucher am geringsten und die überproduzierte Energie der Grundlastkraftwerke kann gespeichert werden in Form von Lageenergie im Hochbecken des Speicherkraftwerks.
Wieso ist es kritisch, wenn die Spannung, z.B. durch Kurzschluss kurzfristig, aber großflächig unter 85% absinkt?
Bei Spannungen unter 85 % werden viele Verbraucher, aber auch viele regenerative Erzeugungsanlagen automatisch abgeschaltet. Ist dann der Kurzschluss abgeschaltet und die Spannung kehrt wieder auf Nennwert zurück, ist das Leistungsgleichgewicht erheblich gestört, da Erzeugung und Verbrauch nicht mehr identisch sind.
Nennen Sie die Spannungsebenen der Energieversorgung, und begründen Sie, warum diese notwendig sind.
Die verschiedenen Spannungsebenen: * Höchstspannungsnetze,
* Hochspannungsnetze,
* Mittelspannungsnetze und
* Niederspannungsnetze.
Die Spannung muss möglichst hoch gewählt werden, um Übertragungsverluste zu minimieren. (Es gilt: P = U ∙ I). Je höher die Spannung ist, desto niedriger ist die Stromstärke bei gleicher Übertragungsleistung. Damit reduzieren sich die Ohm ́schen Verluste und elektrische Energie kann über weite Entfernungen übertragen werden. Kraftwerke erzeugen mit ihren Generatoren Spannungen von 6 kV bis 30 kV. Diese werden mit Transformatoren auf die gewünschte Spannungsebene hoch- und beim Verbraucher wieder heruntertransformiert. Mit diesem Vorgehen kann viel elektrische Energie transportiert werden.
Begründen Sie, warum die öffentliche Stromversorgung mit Wechselspannung erfolgt.
Generatoren produzieren auf einfache Weise Wechselstrom.
Transformiert werden kann nur Wechselstrom.
Nennen Sie Gründe, die grundsätzlich für den Einsatz von Energiespeichersystemen sprechen.
Gründe für einen Einsatz von Energiespeichersystemen: * Nichtsteuerbare Energiequellen, wie erneuerbare Energien, können besser genutzt werden.
* Versorgungssicherheit wird erhöht.
* Dimensionierung und Betreibung von Anlagen zur Energieerzeugung und für den Energietransport können besser nach wirtschaftlichen Maßstäben erfolgen.
Zeigen Sie einen Überblick über Möglichkeiten der Speicherung elektrischer Energie auf.
Zur Speicherung wird elektrische Energie meist in andere Energieformen gewandelt:
* Mechanische Energie: Pumpspeicher, Druckluftspeicher, Schwungmassenspeicher (kurzzeitig)
* Chemische Energie: Wasserstoff, Akkumulatoren * Elektrische Energie: Kondensatoren (kurzzeitig)
Analysieren Sie, warum der Wirkungsgrad bei den meisten Speicherarten von elektrischer Energie nicht hoch ist.
Zur Speicherung wird elektrische Energie meist zuerst in andere Energieformen gewandelt und muss im Bedarfsfall wieder in elektrische Energie zurückgewandelt werden. Bei jeder Umwandlung entstehen Verluste.
Erklären Sie, wie die Versorgungssicherheit mithilfe von Pumpspeicherkraftwerken erhöht werden kann.
Pumpspeicherkraftwerke sind ein klassisches Speichersystem, um die Schwankungen der Netzbelastung im Tagesverlauf auszugleichen. Die Versorgungssicherheit ist dann gegeben, wenn gewährleistet werden kann, dass die Produktion von elektrischem Strom und dessen Entnahme aus dem Netz sich im Gleichgewicht befinden. Im Verlauf eines Tages müssen Lastspitzen aufgefangen werden. In der Zeit, in der die Nachfrage an elektrischer Energie gering ist bzw. erneuerbare Energien viel einspeisen, wird das Überangebot an Energie dafür verwendet, mithilfe einer elektrisch angetriebenen Pumpe aus einem Unterbecken Wasser in ein Oberbecken zu befördern. Besteht ein Bedarf an elektrischer Energie, wird aus dem höhergelegenen Reservoir Wasser abgelassen, das dann über eine Turbine in das Unterbecken fließt. Ein großer Teil der Energie, die für das Pumpen eingesetzt wurde, kann somit wieder rückgewonnen werden.
Sektorenkopplung Energieversorgung
Durch die Sektorenkopplung kann Energie je nach Bedarf flexibel zwischen den drei großen Anwendungssektoren Mobilität, thermische Energie und Elektrizität verschoben, gespeichert und genutzt werden. So kann zum Beispiel überschüssige Leistung von PV-Anlagen an einem sonnigen Nachmittag in geparkte, netzgekoppelte Elektroautos gespeichert werden und zwei Stunden später beim Spitzenlastbedarf als kurzzeitige Energiequelle dienen.
Effizienzsteigerung Energieversorgung
Durch energetische Gebäudesanierung und Passivhäuser könnte der Bedarf an Wärmeenergie auf ein Zehntel gesenkt werden. Mit einem dreimal höheren Wirkungsgrad der E-Mobilität im Vergleich zu Verbrennungsmotoren kann ein beachtlicher Teil des deutschen Primärenergiebedarfs zusätzlich minimiert werden.
Geben Sie Nachteile des Konzepts „Power-to-Gas“ an.
Es kann bis heute lediglich ca. ein Drittel der eingesetzten elektrischen Energie zurückgewonnen werden. Beim Laden und Entladen des Speichers gibt es erhebliche Umwandlungsverluste. Zusätzlich wird Hilfsenergie benötigt, beispielsweise für die Kompression des Wasserstoffs.
Erklären Sie, warum Methan für die Stromerzeugung vorteilhafter als Wasserstoff ist.
Wasserstoff besitzt den Nachteil, dass nur eine sehr geringe Volumenkonzentration im Erdgasnetz gespeichert werden kann. Dagegen ist eine Speicherung von Methan CH4 problemlos im Erdgasnetz möglich, da Methan zu 80 – 90 % in natürlichem Erdgas vorkommt. Die Rückgewinnung der elektrischen Energie ist über Gaskraftwerke oder BHKWs möglich. Methan kann auch im Verkehr als Kraftstoff oder bei Heizungsanlagen als Brennstoff zum Einsatz kommen.
Erläutern Sie das Zustandekommen des Treibhauseffekts.
Die Sonne sendet ihre energiereichen kurzwelligen Lichtstrahlen auf die Erdoberfläche, dabei erwärmen sich Meere und Erdreich und geben einen Teil der Sonnenenergie wieder ins Weltall ab. Wolken und Treibhausgase wie CO2, Methan und andere Gase sind für ein lebenswertes Klima auf der Erde enorm wichtig. Sie bilden einen Treibhausgasmantel um unseren Globus und halten durch Reflexion einen gewissen Teil der langwelligen Wärmestrahlung zurück.
Leiten Sie die Leistungsformel für eine Windkraftanlage her.
Beschreibe mit einer beschrifteten Skizze das Laufwasserkraftwerk
Erkläre die Funktionsweise von Parabolrinnenkollektoren
In einer parabolisch geformten, verspiegelten Rinne, wird das Licht der Direkteinstrahlung auf ein Rohr mit Wärmeübertragungsmedium fokussiert, welches sich erhitzt und entweder direkt oder über einen Wärmetauscher eine Turbine antreibt.
Skizzieren Sie den Aufbau eines Flachkollektors.
Das Licht erwärmt eine flache, wärmeabsorbierende Fläche (Absorber), die Wärme gut leitet und mit Röhren durchzogen ist. In den Röhren befindet sich das Wärmeübertragungsmedium, meist ein Wasser- Diethylenglycol-Gemisch (frostbeständig), das die Wärmeenergie
durch Pumpen z.B. in einen Pufferspeicher transportiert. Bei neueren technischen Varianten wird anstelle des Dämmmaterials
eine Vakuumisolierung verwirklicht. Dies steigert durch geringere Energieverluste den Wirkungsgrad ɳ. Durch rauhe, nicht glänzende Absorber kann die Infrarot- Abstrahlung reduziert werden.
Erläutern Sie die Funktionsweise einer Solarzelle unter Anfertigung einer Skizze.
Durch den Photoeffekt wird in einer Photovoltaik-Zelle elektrische Energie erzeugt. Dies geschieht, indem ein Lichtteilchen – ein Photon – auf
eine Halbleitersperrschicht trifft. In dieser Sperr- oder auch Grenzschicht werden Elektronen als elektrische Ladung freigesetzt. Auf der lichtzugewandten Seite sammeln sich Elektronen als freie
Ladungsträger an und erzeugen somit eine Spannung. Verbindet man nun die Oberseite einer Photovoltaik-Zelle mit der Unterseite, gleichen sich die Ladungsträger aus, es kommt zum Stromfluss, welcher in Bild mit einem roten Pfeil und dem Kennbuchstaben I dargestellt ist.
Die Eigentümer eines Einfamilienhauses sind an einer Errichtung einer PV- Anlage zur Eigenstromnutzung interessiert.
Es sind folgende Daten gegeben:
Überprüfen Sie rechnerisch, den notwendigen Platzbedarf.
Photovoltaik-Energieernte pro Jahr und m2 bei einem Wirkungsgrad von 20%:
WPV = 1000 kWh/m2 ∙ 0,20 = 200 kWh/m2
Erklären Sie die Funktionsweise einer Wärmepumpe.
m Verdichter wird ein Gas z.B. Propan zusammengepresst und es erhitzt sich dabei. Das heiße Propan gibt seine Wärmeenergie im Kondensator (Wärmetauscher) an die Heizungsanlage ab wenn es dort flüssig wird (exotherm). Das flüssige Propan wird durch ein Expansionsventil wieder entspannt und verdampft dadurch. Durch die Verdampfung wird der Umgebung Wärme entzogen (endotherm).
- Bei diesem linksläufigen Kreisprozess wird insgesamt Arbeit über den Verdichter zugeführt und in Wärme umgewandelt.
- Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungswärme und Heizungswärme, desto effizienter ist die Nutzung → Fußbodenheizung oder Flächenheizung mit niedriger Vorlauftemperatur.
- Wenn „Umweltwärme“ mit „Heizungswärme“ vertauscht wird kann der Prozess auch zum kühlen verwendet werden.
Da das Dach nach Süden ausgerichtet ist wäre eine Photovoltaik-Anlage eine Möglichkeit zur Eigenstromerzeugung und -nutzung. Die südliche Dachfläche beträgt 90 m2
Es sind folgende Daten gegeben:
* Systemwirkungsgrad η = 20 %
* elektrischer Energiebedarf der Eigentümer pro Jahr Wel = 2000 kWh
Überprüfen Sie rechnerisch, den notwendigen Platzbedarf.
Photovoltaik-Energieernte pro Jahr und m2 bei einem Wirkungsgrad von 20%:
WPV = 1000 kWh/m2 ∙ 0,20 = 200 kWh/m2
Analysieren Sie das Diagramm und die Tabelle.
a) Wählen Sie die beste Kombination aus zwei Werkstoffen aus und begründen Sie Ihre Auswahl.
b) Berechnen Sie das E- Module des Faser-Werkstoffe, Ihrer Wahl.
- Dehnungs-Spannungs-Diagramm von Fasermaterialien (Kohlenstofffaser bis Dyneema)
- Dehnungs-Spannungs-Diagramm von verschiedenen Kunststoffen
a) Kohlefaser und Epoxidharz - die Kohlefaser UHM oder T7.0 haben das
höchste E-Modul - bei den Kunststoffen hat das Vinylester das
höchste E-Modul, Bruchdehnung und
Zugfestigkeit
b) z.B. E = σ / ε = 3*109 Pa/ 0,01 = 300 GPa
