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Referat - Alternative Energien / sonnen -und wasserengergie Hausarbeit


Dieses Referat wurde vom Mitglied Devangel veröffenlicht. Pausenhof.de ist für die Inhalte der Veröffentlichungen der Mitglieder nicht verantwortlich.


Gliederung

1. Was sind alternative Energien
2. Arten von alternativen Energien
2.1 Bioenergie
2.2 Geothermie
2.3 Solarenergie
2.4 Wasserkraft
2.5 Windenergie
3. Sonnenenergie
3.1 Nutzung der Solarenergie
3.2 Speicherung der Solarenergie
3.3 Potenzial der Solarenergie
3.4 Abhängigkeit der Strahlungsleistung
3.5 Vor –und Nachteile der Solarenergie
4. Wasserkraft
4.1 Geschichte der Wasserkraft
4.2 Typen von Wasserkraftwerken
4.3 Funktionsweise
4.4 Leistung/Potenzial eine Wasserkraftwerkes
4.5 Bedeutung der Wasserkraft
4.6 Vor –und Nachteil der Wasserkraft
5. Alternative Energien in Deutschland


1. Was sind alternative Energien?

Alternative Energien, auch regenerative Energie oder Erneuerbare Energie genannt, bezeichnet Energie aus nachhaltigen Quellen, die nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich sind.


2. Arten von alternativen Energien

- Energie aus unterschiedlichen Primärquellen:
• der thermonuklearen Umwandlung in der Sonne,
• dem radioaktiven Zerfall im Erdinnern,
• der Erdrotation und den damit verbundenen Effekten (Gezeiten)
- Arten von alternativen Energien
• Bioenergie (aus Biomasse bzw. Energiepflanzen)
o Holz
o Pflanzenöl
o Fettsäuremethylester (Biodiesel)
o (Bio-)Ethanol
o Biogas (Biogasanlage)
o Biowasserstoff (Dampfreformierung)
• Geothermie
○ Umgebungswärme (z. B. genutzt durch Wärmepumpenheizung oder Wärmespeicherheizung)
• Muskelkraft
o Menschliche Muskelkraft (z. B. Fahrrad)
o Zug- und Tragtiere
• Solarenergie
o Fotovoltaik (Fotovoltaikanlage)
o Solarthermie (Sonnenkollektor, Sonnenwärmekraftwerk)
o Solarchemie
o Thermik (Thermikkraftwerk)
• Wasserkraft
o Gezeitenkraft
o Strömungsenergie des Meeres
o Meereswärme
o Staudämme und Staumauern
o Osmosekraftwerk (Unterschiedlicher Salzgehalt von Süß- und Salzwasser)
o Wellenenergie des Meeres
• Windenergie (Windmühlen bzw. Windenergieanlage)
o Aufwind- oder Thermikkraftwerk
2.1 Bioenergien
- Kunstwort für die energetische Nutzung von Biomasse
- einsetzbare Biomasse sind: Holz, Stroh, Mais, Getreide, Zuckerrüben, Raps, Biogas, Pflanzenöle, Bioabfälle, Exkremente, Algen

2.2 Geothermie
- im oberen (zugänglichen) Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme.
- ist in der Erde gespeicherte Energie. die entzogen und genutzt wird

2.3 Solarenergien
- von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie
- gelangt als elektromagnetische Strahlung zur Erde.

2.4 Wasserkraft
- bezeichnet die Strömungsenergie von fließendem Wasser, die über geeignete Maschinen in mechanische Energie umgewandelt wird
- Umwandlung zu elektrischer Energie durch Wasserkraftwerken

2.5 Windenergie
- ist kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre
- indirekte Form der Sonnenenergie

3. Sonnenenergie

Solarenergie oder auch Photovoltaik genannt, ist die direkte Gewinnung von Elektrizität aus Sonnenlicht, mit Hilfe von Solarzellen. Sie ist die teuerste aber auch edelste Variante, aus Sonnenenergie Strom zu erzeugen.
Die Solarzellen sind die Grundeinheit eines Solarstromgenerators, sie sind ca. 10x10cm² groß und liefern Strom von einigen Ampere bei einer Spannung von ca. 0,5V.
Meist Zusammenschluss mehrerer Solarzellen zu einem Solarmodul in einem Gehäuse nötig, dadurch sind die Anforderungen hoch: Temperaturen von -40°C bis +80°C, Regen, Hagel, Wind, Kondenswasser müssen überwunden werden.




3.1 Nutzung der Solarenergie

- Photosynthese bei den Pflanzen
- Alle Tiere leben direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) von der Sonnenenergie
- für den Mensch Grundlage des Lebens
- Solartechnik = Nutzung der Solarenergie
- Fotovoltaikanlage wandeln in thermische Energie um



Faktisch lassen sich auch die Windenergie, die Energie des Wassers, Biomasse und biogene Gase als Formen der Solarenergie bezeichnen, da sie durch natürliche physikalische oder biologische Prozesse umgewandelte Sonnenenergie nutzen.




3.2 Speicherung der Solarenergie

Die solare Einstrahlung ist eine unregelmäßige Größe. Tag und Nacht, natürliche Bewölkung sowie Abdämpfe in der Luft beeinflussen die Bestrahlungsstärke.
Um die Energieversorgungssicherheit zu gewährleisten, sind deshalb immer Zusatzmaßnahmen notwendig. Das Stromnetz kann als Ausgleich lokaler Schwankungen dienen. Um kurzfristige Leistungseinbrüche ausgleichen zu können, sind steuerbare und
dynamische Kraftwerke notwendig. Dieses können Gasturbinenkraftwerke erfüllen, im
Gegensatz zu Atomkraftwerken oder Kohlekraftwerken, die nur extrem träge reagieren können.
Eine andere Möglichkeit ist die Energiespeicherung, so dass Schwankungen aus diesen Speichern ausgeglichen werden können.
Bei kleinen Anlagen wie z.B Inselanlagen werden häufig Solarbatterien eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen chemischen Energiespeicher.
Solarthermisch erzeugte Wärme kann im Sommer in geothermische Speicher eingebracht und im Winter genutzt werden. Ein anderes Verfahren ist die Umwandlung metallischer Stoffe, beispielsweise das „Solzinc-Verfahren“ oder die Wandlung der elektrischen Energie in Rotationsenergie (Schwungrad).


3.3 Potenzial der Sonnenenergie

- pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 • 1024 J = 1,08 • 1018 kWh
- entspricht etwa dem 10.000fachen des Weltprimärenergiebedarfs

Potenzial wird bestimmt durch:
- Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fällt diese sind abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad



Daraus resultierende Unterschieden(z.B) :
- etwa 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa
- etwa 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara



3.4 Abhängigkeit der Strahlungsleistung am Beispiel Einfallswinkel

Die Haupteinflussgröße ist das Wettergeschehens und das Regionalen, sowie globalen Klimas. Die Strahlungsstromdichte(die Strahlungsenergie pro Flächen- und Zeiteinheit) ist dabei abhängig vom Winkel der Sonneneinstrahlung. Bei einen flachem Winkel treffen weniger Photonen pro Flächeneinheit auf dem Boden und erwärmen ihn weniger stark als bei senkrechtem Einfall.
Diese Einstrahlung kann man berechnen durch folgende Formel:


o J die Strahlungsleistung
o J0 die Strahlungsleistung bei senkrechtem Einfallswinkel
o β den Einfallswinkel gegenüber dem Horizont


3.5 Vor- und Nachteile der Sonnenenergienutzung

Vorteile:

-unbegrenzt verfügbar(im Gegensatz zu fossilen Energieträgern oder radioaktiven Isotopen)
- keine Schadstoffen wie z.B. Treibhausgasen
-Reduzieren der Energieverluste durch Übertragung und Verteilung
- Kosteneinsparungen, weil die Kosten der Weiterleitung und Verteilung zentral erzeugter Elektrizität so hoch sind wie Kosten der Energieerzeugung
-Wegfall von Preiskartellen große
Energieerzeuger
-Wegfall großer Reservekapazitäten
- Reduzierung energiepolitischer Abhängigkeiten von Krisenherden und internationalen Konflikten

Nachteile:

- Abhängig von Wetter, Tages- und Jahreszeit
- ohne zusätzliche Speichertechnologie keine konstante Energieversorgung möglich
- nach ökologischer Bilanz nicht emissionsfrei

- Fotovoltaik sehr teuer

4. Wasserkraft
Im Grunde kommt jede Art von Energie von der Sonne. Die Sonneneinstrahlung hält den natürlichen Wasserkreislauf der Erde in Gang. Das Wasser verdunstet und fällt als Niederschlag wieder auf die Erde. All diese Energien sind unerschöpflich. Aufgrund der Höhenunterschiede zwischen den einzelnen Landflächen und des Meeresspiegels, auf den Kontinenten, entsteht nutzbare potentielle Energie der Wassermenge auf.

4.1 Geschichte der Wasserkraft
Die Geschichte der Energieanwendung des Wassers geht weit zurück. Bereits im 3. Jahrtausend v.Chr. waren Wasserräder in China und Vorderasien bekannt und die antiken Kulturen benötigten Wasserkraft, um Mehl zu mahlen. Auch die Tatsache, dass die meisten Kolonien und Siedlungen am Wasser, besonders an Flüssen, errichtet wurden zeigt, wie nützlich das Wasser als Antrieb für z.B. Arbeitsmaschinen war.
Im Mittelalter verbreitete sich das Wasserrad rasch und setzte sich als allgemeine Antriebsmaschine durch. In dieser Zeit baute man das erste Wasserrad aus Gusseisen und läutete so die Zeit der modernen Wassernutzung ein. In der weiteren Entwicklung wurde die Wasserkraft zugunsten der damals billigeren Energiequellen Kohle, Öl und Kernkraft verdrängt.
Trotzdem wurde 1880 das erste Wasserkraftwerk zur Erzeugung von Strom gebaut und bildete den Beginn einer immer ausgeprägteren Wassernutzung im 20. Jahrhundert, als der Generator erfunden wurde und die Stromnachfrage stetig stieg. Auch wenn die Turbinen verbessert wurden und andere Veränderungen vorgenommen wurden, blieb das Prinzip der Energiegewinnung aus Wasser dasselbe.





4.2 Typen von Wasserkraftwerken
Es gibt mehrer Einteilungen von Wasserkraftwerken.

Folgende Einteilungen sind möglich:

→ Einteilung nach Nutzgefälle
• Niederdruckkraftwerke
Fallhöhe: < 15 m
Durchfluss: groß
Verwendung für: Grundlast
Turbinenarten: Kaplan-Turbine, Durchströmturbine
Bauarten: Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk

• Mitteldruckkraftwerke
Fallhöhe: 15–50 m
Durchfluss: mittel - groß
Verwendung für: Grundlast, Mittellast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Kaplan-Turbine, Durchströmturbine
Bauarten: Flusskraftwerke, Speicherkraftwerke

• Hochdruckkraftwerke
Fallhöhe: 50–2.000 m
Durchfluss: gering
Verwendung für: Spitzenlast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Pelton-Turbine
Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Kavernenkraftwerke




→ Einteilung nach Auslastung

• Grundlastkraftwerk
Auslastung: > 50 %
Bauarten: Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk
• Mittellastkraftwerke
Auslastung: 30–50 %
Bauarten: Flusskraftwerke mit Schwellbetrieb, Speicherkraftwerke
• Spitzenlastkraftwerke
Auslastung: < 30 %
Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkr...


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