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Wenn du eine Taschenlampe einschaltest, wird chemische Energie in der Batterie in elektrische Energie umgewandelt und zur Lampe übertragen. Die Lampe erzeugt das benötigte Licht und erwärmt zugleich Teile der Taschenlampe und die Umgebung. Auch diese Erwärmung gehört zur Energiebilanz, obwohl du mit der Taschenlampe den Raum beleuchten möchtest.
Das Diagramm zeigt, in welchen Formen verschiedene Quellen Energie bereitstellen und wie Anlagen sie zur Nutzung umwandeln.
Bei der Wasserkraft strömt Wasser durch eine Druckrohrleitung und dreht die Turbinenschaufeln. Die Turbine treibt einen Generator an, der Strom erzeugt.
Bei der Windkraft setzt der Wind die Rotorblätter in Bewegung. Der Rotor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt.
In einem Photovoltaikmodul wandeln Solarzellen Sonnenlicht direkt in Strom um. Nur die vom Halbleitermaterial absorbierten Photonen tragen Energie zur Stromerzeugung bei.
| Technologie | Hauptumwandlungskette | Häufige Energieabgabe an die Umgebung |
|---|---|---|
| Wasserkraftwerk | potenzielle Energie des Wassers → kinetische Energie des Wassers → Turbine → Generator → Strom | Reibungswärme an der Welle, Schall, Vibration |
| Windkraftanlage | kinetische Energie des Windes → Turbine → Generator → Strom | Schall, Vibration, Bauteilwärme |
| Photovoltaik-Solarpanel | Sonneneinstrahlung → Strom | reflektiertes Licht und Wärme |
| Biomasse | chemische Energie → Verbrennung → Wärme → Turbine → Generator → Strom | Abwärme, Abgase, Schall |
| Biogas | chemische Energie → Verbrennung in Motor oder Turbine → Drehbewegung der Welle → Generator → Strom | Abwärme, Abgase, Schall |
| Geothermie | Wärmeenergie des Reservoirs → strömender Dampf oder Arbeitsstoff → Turbine → Generator → Strom | Abwärme und Reibungsverluste im System |
Bioenergietechnologien wandeln Biomasse durch Verbrennung, bakteriellen Abbau oder die Umwandlung in gasförmige und flüssige Brennstoffe in Wärme und Strom um.
Geothermiekraftwerke nutzen heiße Flüssigkeiten oder Dampf aus dem Untergrund, um Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen.
Da nicht die gesamte zugeführte Energie zur gewünschten Nutzenergie wird, verwenden wir den Wirkungsgrad. Er vergleicht Nutzenergie und zugeführte Energie.
Symbolanleitung:
| Symbol | Bedeutung |
|---|---|
| Wirkungsgrad | |
| Energie, die als gewünschte Nutzenergie abgegeben wird | |
| dem Gerät zugeführte Energie |
Während der folgenden Messung bleibt die im Modul gespeicherte Energie unverändert. Angenommen, ein Solarmodul empfängt Strahlungsenergie und gibt elektrische Energie ab. Sein Wirkungsgrad beträgt:
Die Energie, die nicht in nutzbaren Strom umgewandelt wird, ist:
Ein Wirkungsgrad von bedeutet nicht, dass die übrigen verschwinden. Die übrigen werden an die Umgebung übertragen, zum Beispiel durch Erwärmung sowie reflektierte oder durchgelassene Strahlung.
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie von einem Gerät in Nutzenergie umgewandelt wird.
Solarmodule, Windkraftanlagen, Generatoren und Biogasreaktoren wandeln vorhandene Energie von einer Form in eine andere um. Am Gerätenamen allein lässt sich noch nicht erkennen, welche Energiequelle genutzt wird, welche Umwandlungen stattfinden, welche Nutzenergie entsteht und welche Energie an die Umgebung abgegeben wird.
| Wenn diese Technik genannt wird | Dann ist zu fragen |
|---|---|
| Solarpanel | Wie viel Strahlungsenergie wird zu Strom? |
| Windkraftanlage | Ist der Wind schnell genug, um den Rotor zu drehen? |
| Wasserkraftwerk | Wie groß sind der Wasserdurchfluss und der Höhenunterschied? |
| Biomasse | Ist der Rohstoff ausreichend und wird nachhaltig bewirtschaftet? |
| Geothermiekraftwerk | Bietet der Standort ausreichend Wärme im Untergrund, Fluide und Strömung für die Stromerzeugung? |
Die Umwandlungskette nennt Quelle, anfängliche Energieform, Ausgangsform, Nutzenergie und Energieabgabe an die Umgebung.
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