Welche fünf Hauptkomponenten hat ein solarthermischer Warmwasser-Flachkollektor laut der Skizze?
Scheibe (Glasabdeckung) Absorber
Erklären Sie kurz die Funktionsweise eines solaren Flachkollektors.
Die Sonne strahlt durch die Scheibe auf den Absorber der die Wärme an das Wasser in den Leitungen abgibt
Welche beiden Komponenten eines Flachkollektors sind primär für den Wärmegewinn zuständig?
Die Scheibe und der Absorber.
Welche beiden Komponenten eines Flachkollektors sind primär für den Wärmeverlust verantwortlich?
Das Gehäuse und die Isolation. Die Scheibe und der Absorber.
Nennen Sie drei Parameter von denen der Wirkungsgrad eines Warmwasser-Solarkollektors abhängt.
Sonneneinstrahlungswinkel, Temperaturdifferenz (ΔT) und die Art/Aufbau des Kollektors.
Was ist das physikalische Prinzip eines selektiven Absorbers (SA)?
Er hat einen hohen Absorptionskoeffizienten im kurzwelligen Strahlungsbereich (Sonnenlicht) und einen niedrigen Emissionskoeffizienten im langwelligen (Wärme).
Wie reagiert ein solarthermischer Kollektor auf eine Verschattung?
Der Kollektor im Schatten liefert eine geringere Leistung. Er hat einen hohen Absorptionskoeffizienten im kurzwelligen Strahlungsbereich (Sonnenlicht) und einen niedrigen Emissionskoeffizienten im langwelligen (Wärme).
Welches Symbol und welche Einheit werden für Energie verwendet?
Das Symbol ist 'E' und die Einheit ist Joule [J].
Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden sondern nur zwischen verschiedenen Formen umgewandelt werden. Dieser Grundsatz ist bekannt als der _____.
Energieerhaltungssatz.
Was ist Primärenergie?
Energie die in den natürlich vorkommenden Energieformen oder Energiequellen wie Holz
Was ist Endenergie?
Der Teil der Primärenergie der dem Verbraucher nach Umwandlungs- und Transportverlusten zur Verfügung steht (z.B. Strom
Was ist Nutzenergie?
Die Energie die vom Verbraucher für den eigentlichen Zweck genutzt wird
Die Umwandlung von Wärme (Q) und Arbeit (W) wird durch den _____ der Wärmelehre beschrieben.
1. Hauptsatz
Nennen Sie zwei zentrale Vorteile regenerativer Energien.
Sie reduzieren den CO2-Ausstoß und schaffen Versorgungssicherheit durch Unabhängigkeit von Energieversorgern.
Welcher Prozess in der Sonne ist die Quelle ihrer enormen Energiestrahlung?
Kernfusion (Kernprozesse) bei der unter anderem Wasserstoff zu Helium fusioniert.
Wie hoch ist die Strahlungsleistung der Sonne (PS) ungefähr?
Ungefähr 3,86⋅1026 W.
Die Strahlungsleistung, die außerhalb der Erdatmosphäre ankommt, beträgt ca. _____ W/m².
1367
Die maximale Strahlungsleistung, die am Erdboden ankommt, beträgt ca. _____ W/m².
1000
Wie nennt man den Anteil der Sonnenstrahlung der ohne Richtungsänderung die Erdoberfläche erreicht?
Direktstrahlung (DNI - Direct Normal Irradiation).
Wie nennt man den Anteil der Sonnenstrahlung, der durch Streuung in der Atmosphäre (z.B. an Luftmolekülen, Wolken) aus allen Richtungen auf die Erdoberfläche trifft?
Diffusstrahlung (DHI - Diffuse Horizontal Irradiation).
Die Summe aus Direkt- und Diffusstrahlung auf einer horizontalen Fläche wird als _____ bezeichnet.
Globalstrahlung (GHI - Global Horizontal Irradiation).
Womit wird die Global- und Diffusstrahlung gemessen?
Mit einem Pyranometer.
Welche zwei Hauptkategorien von Solarkollektoren gibt es zur Wärmeerzeugung?
Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren.
Was ist der Hauptvorteil von Vakuumröhrenkollektoren gegenüber Flachkollektoren insbesondere im Winter?
Durch das Vakuum werden Leitungs- und Konvektionsverluste stark reduziert
Welche drei Arten von Solarzellen werden nach ihrer Kristallstruktur unterschieden?
Monokristalline polykristalline und amorphe (dünnschicht) Zellen.
Was ist der photovoltaische Effekt?
Die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie (Licht) in elektrische Energie in einem Halbleitermaterial.
Welchen Zweck haben Bypass-Dioden in einem PV-Modul?
Bei teilweiser Verschattung leiten sie den Strom um die verschattete(n) Zelle(n) herum um einen großen Leistungsabfall des gesamten Moduls zu verhindern.
Was versteht man unter dem äußeren photoelektrischen Effekt?
Die Energie eines Photons ist so groß dass ein Elektron komplett aus dem Atomverband herausgeschlagen wird (Ionisation).
Was versteht man unter dem inneren photoelektrischen Effekt wie er in Solarzellen genutzt wird?
Ein Elektron wird innerhalb des Festkörpers durch ein Photon auf ein höheres Energieniveau gehoben
Im Bändermodell eines Festkörpers: Wie nennt man das höchste mit Elektronen vollständig oder teilweise besetzte Band bei 0 Kelvin?
Valenzband (VB).
Im Bändermodell eines Festkörpers: Wie nennt man das nächsthöhere leere oder teilweise gefüllte Band über dem Valenzband?
Leitungsband (LB).
Der Energiebereich zwischen Valenz- und Leitungsband, in dem sich keine Elektronen aufhalten können, wird als _____ oder Bandlücke (Eg) bezeichnet.
verbotene Zone (VZ)
Wie unterscheiden sich Leiter Halbleiter und Isolatoren bezüglich ihres Bändermodells?
Bei Leitern überlappen Valenz- und Leitungsband, bei Halbleitern gibt es eine kleine Bandlücke (Eg<5eV) und bei Isolatoren eine große Bandlücke (Eg≥5eV).
Was passiert, wenn ein Photon mit einer Energie größer als die Bandlücke (EPhoton>Egap) auf einen Halbleiter trifft?
Ein Elektron wird vom Valenzband ins Leitungsband angehoben und es entsteht ein Elektronen-Loch-Paar.
Was versteht man unter der Dotierung eines Halbleiters?
Den gezielten Einbau von Fremdatomen (Verunreinigungen) in das Kristallgitter um dessen elektrische Leitfähigkeit zu verändern.
Was ist n-Dotierung?
Der Einbau von Atomen mit Elektronenüberschuss (z.B. 5 Valenzelektronen wie Phosphor in Silizium) die als Donatoren wirken und freie Elektronen bereitstellen.
Was ist p-Dotierung?
Der Einbau von Atomen mit Elektronenmangel (z.B. 3 Valenzelektronen wie Bor in Silizium) die als Akzeptoren wirken und freie 'Löcher' erzeugen.
Was entsteht an der Grenzschicht zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Halbleiter?
Eine Raumladungszone (Verarmungszone) mit einem permanenten elektrischen Feld.
Was bewirkt das elektrische Feld in der Raumladungszone einer Solarzelle?
Es trennt die durch Lichteinfall erzeugten Elektronen-Loch-Paare und treibt die Elektronen in die n-Schicht und die Löcher in die p-Schicht. Eine Raumladungszone (Verarmungszone) mit einem permanenten elektrischen Feld.
Was beschreibt die I-U-Kennlinie einer Solarzelle?
Sie zeigt den Zusammenhang zwischen dem erzeugten Strom (I) und der anliegenden Spannung (U) bei einer bestimmten Einstrahlung.
Was ist der Maximal-Power-Point (MPP) einer Solarzelle?
Der Betriebspunkt auf der I-U-Kennlinie, an dem die Solarzelle ihre maximale elektrische Leistung (PMPP=UMPP⋅IMPP) abgibt.
Wie hoch war der Anteil erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2022?
Er betrug 17%.
Welcher Energieträger hatte 2024 den größten Anteil an der öffentlichen Nettostromerzeugung in Deutschland?
Wind Onshore mit 26,8%.
Was sind die Stromgestehungskosten (LCOE)?
Die durchschnittlichen Kosten für die Erzeugung einer Kilowattstunde (kWh) Strom über die gesamte Lebensdauer einer Anlage.
Warum ist der LCOE-Wert allein für die Bewertung von fluktuierenden erneuerbaren Energien oft nicht ausreichend?
Weil er die zusätzlichen Kosten für die Integration in das Stromsystem (z.B. für Speicher Netzausbau
Der _____ berücksichtigt zusätzlich zu den Erzeugungskosten auch die Integrationskosten von Energiequellen.
System LCOE
Welche drei Arten von Kosten fallen unter die Integrationskosten beim System LCOE?
Backup costs (Kosten für Reservekapazitäten) FLH reduction costs (Kosten durch Abregelung) und Overproduction costs (Kosten durch Überproduktion).
Was ist der Unterschied zwischen hydrothermalen und petrothermalen Geothermiesystemen?
Hydrothermale Systeme fördern heißes Wasser aus natürlichen wasserführenden Schichten (Aquiferen) während petrothermale Systeme heißes
Welches Verfahren wird bei petrothermalen Systemen (Hot-Dry-Rock) angewendet, um das Gestein durchlässig zu machen?
Hydraulische Stimulation, auch als 'Fracking' bekannt, bei der Wasser unter hohem Druck in das Gestein gepresst wird, um Risse zu erzeugen.
Welche Risiken sind mit der geothermischen Energienutzung verbunden?
Fündigkeitsrisiko (findet man eine geeignete Wärmequelle) Umsetzungsrisiko (technische Probleme) und Betriebsrisiko.
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