Neues aus dem Energiegarten...

aktualisiert 300912 Me

Unsere (?)Sonne:
Unser nächster Stern: Fast 150 Millionen entfernt. Sein Licht ist 8 Minuten unterwegs.

Riesig:
Unsere Erde passt etwa 1 Million mal in die Sonne hinein.

Lebensfeindlich:
Oberfläche etwa 6000 Grad heiß. Innen ein Höllenfeuer von mehreren Millionen Grad.

Radioaktiver als jedes Kernkraftwerk. Harte todbringende Gammastrahlen...

Unser Planet:
Ein um die Sonne jagender "Krümel Erde".
Einer der wenigen Orte an dem Leben möglich ist.

 

Der

entstand zur EXPO 2000. Vieles ist geblieben, einiges sich seither verändert.

Auf dieser Seite möchten wir einige bisher unveröffentlichte Aspekte vorstellen:


Erntedank:


Wie viele Brötchen "wachsen" eigentlich auf einem Quadratmeter?

Und wie weit kann man damit fahren?

Bild: Kobako, Wikimedia Commons, Kaisersemmel

 

 

 

Die Diskussionen um Nachwachsende Treibstoffe wie Bioethanol und Biodiesel drehen sich oft um die Frage "Teller oder Tank?".


Grund genug sich einmal mit der Frage zu beschäftigen wie viel Energie ein Brötchen bzw. ein Liter Biotreibstoff enthält und wie viel Fläche eigentlich zur Erzeugung von Brötchen und Bioethanol benötigt wird.


Mit ein paar, von Landwirtschaftskammern und Fachverbänden veröffentlichten Zahlen und einem Taschenrechner kann man diesen Fragen nachgehen. Zum Beispiel in einer Vertretungsstunde

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Was bitte ist eine Kilowattstunde?

Foto: Andrew Bossi, WIKIPEDIA

 

 

 

 

PRINGLES,
1 Kilowattstunde (KWh) und das Matterhorn…

Bergsteigen, Knabbereien und Physik


1 KWh sind 3600000 Joule (3,6 Megajoule),


etwa 1,2 kg Kartoffeln oder eine Packung PRINGLES*

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Wie viel Treibstoff enthält ein Baum?


Foto: Ingo Mennerich (auf einer Weide bei Nienburg)

 

 

1 Kg Holz entspricht ungefähr 4,2 KWh

1 KWh sind 3600000 Joule (3,6 Megajoule)

Wie viel Holz enthält ein Baum?

Das hängt ab von der je nach Baumart unterschiedlichen "Dichte" des Holzes.

Nehmen wir mal an
wir könnten das Holz in Treibstoff zum Auto fahren verwandeln.

Wie viel Wald bräuchten wir dann?

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Ein Glaskasten mit Wolken und grünem Inhalt...

Geschlossene Gesellschaft: "Biosphäre 5":

Das kleine "grüne Raumschiff" um das sich keiner kümmern muss.

Ein geschlossener Lebensraum mit Miniaturklima, Stoff-, Gas- und Wasserkreislauf...

 

 

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Dass man mit Sonnenlicht Strom erzeugen kann und dass man durch den Verkauf dieses Stroms Geld verdienen kann hat sich herumgesprochen.
Zwar sind die sogenannten Einspeisevergütungen in den letzten Jahren gesunken - im Jahre 2000 lagen sie bei über 50 cent pro kWh, 2012 nur noch bei 24 ct/kWh mit weiter sinkender Tendenz, dennoch kann man mit der Sonne das Konto auffüllen.
Was wäre, wenn wir die Sonne selbst anzapfen könnten, d.h. ihre gesamte abgestrahlte Leistung in elektrischen Strom verwandeln könnten?

Aus der Länge eines Schattens kann auf die "Höhe" der Sonne und daraus auf die Leistung und Energie geschlossen werden.

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Wie viel Geld fällt vom Himmel?

 

 

   
           

Wie viel Watt lässt die Sonne vom Himmel fallen?
(Messung der Schattenlänge)

 

 

 


Der im Energiegarten des Schulbiologiezentrums aufgestellte und jetzt erneuerte
"solare Leistungsmesser" besteht aus einer 1 Quadratmeter großen horizontal liegenden Platte. In der Mitte steht ein 10 cm hoher Stab.
Der Abstand der in die Platte eingravierten Kreise ist so berechnet, dass man die aktuelle eingestrahlte Leistung (W/m2) direkt an der Länge des vom Stab geworfenen Schattens ablesen kann.

Grundlage ist das Lambertsche Gesetz:

Leistung/m2 (max) = 1000W/m2 x Sinus des Horizontwinkels

Pmax = 1000W/m2 x sin Horizontwinkel

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Arbeitshilfe
"Die „Sonnenenergie-Uhr“:
Abschätzen der solaren Strahlungsleistung mit Hilfe der Geometrie"

Druckvorlage Solarer Leistungsmesser


           

Wie viel Watt lässt die Sonne vom Himmel fallen?
(Messung mit einem Quadranten)

 

 

Der "solare Leistungsmesser" als Handmesshilfe ist ein von uns abgewandelter Quadrant.
Mit Quadranten (von "Viertelkreis") wurden früher die "Höhen" der Sterne am Himmel vermessen. Später benutzte man zur Positionsbestimmung den Sextanten (von "Sechstelkreis").

Unser Gerät besteht aus einer laminierten und auf eine Grundplatte geklebten 90°-Skala mit zusätzlicher Angabe W/m2, einer "Zielvorrichtung" zum Anpeilen der Sonne und einem Zeiger aus Metall, der im Mittelpunkt angebracht, durch die Schwerkraft senkrecht hängt.

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Vorlage zum Drucken (Einzeln)

Man kann das Gerät auch in Taschenformat herstellen
(Pappe, laminierte Vorlage, zwei Reißzwecken und ein U-förmig gebogener Schweißdraht als Zeiger)

Vorlage zum Drucken (Vierergruppe)



Kann man auf große Energieerzeuger und teure Stromrechnungen verzichten und seinen seinen Strom selbst erzeugen?

 

 

Strom kommt aus der Steckdose.
Wer sich aber nur eine Steckdose zulegt hat nicht verstanden wie Strom entsteht.. Ohne Kabel ist die Steckdose „tot“ und nur wenn das Kabel in einem Kraftwerk endet liefert sie Spannung, Strom und Leistung.
Was geschieht in einem Kraftwerk?
Auf unserem „Muskelkraftwerk“, einem mit einem leistungsstarken Generator ausgestattetem Fitnesstrainer, lässt sich erfahren, wie stark und wie lange man in die Pedale treten muss um den Strombedarf für Beleuchtung, Warmwasser oder Unterhaltungselektronik selbst zu erzeugen.
Mit dem eigenen Körper richtig Strom erzeugen ist eine Luft und Kräfte zehrende, Muskelkater fördernde Angelegenheit bei der man schnell einsieht, dass Strom nichts ist was einfach so vom Himmel fällt.
Und man begreift: Alleine schafft man das nicht! Also: Wie viele „Muskelkraftwerke“ und wie viele (schlecht entlohnte) Sklaven bräuchte man, um den eigenen normalen tagtäglichen Strombedarf zu decken?
Wer arbeitet schon 10 Stunden lang für 25 Cent? So lange braucht man schon um 1 Kilowattstunde Strom zu erzeugen wenn man über eine längere Zeit hinweg – wie die meisten Leute – „nur“ 100 Watt in die Pedalen treten kann.

Wer aber weiß schon, wie viel Kilowattstunden er verbraucht?
Und was kann man mit einer Kilowattstunde machen?
Den selbst erzeugten Strom kann man verkaufen
Aber wie wird Strom eigentlich abgerechnet?
Welchen Preis erwarten wir? Ist unsere Preisvorstellung marktgerecht?
Man kann den eigenen Strom auch speichern und später nutzen.
Welcher Akku ist der richtige? Welche „Füllmenge“ passt in den Akku hinein?
Was heißt „Kapazität“ in Amperestunden und was kann man mit einer Amperestunde anfangen?

Im Schulbiologiezentrum Hannover können Schülerinnen und Schüler erfahren, wie viel Power (Watt) ihre Muskeln hergeben können. Schaffe ich 400 Watt?
Beim Stromerzeugen lernen sie den Zusammenhang zwischen Spannung (Volt), Strom (Ampere) und Leistung (Watt) und dass es für Leistung auch eine zeitliche Dimension gibt (Wattstunde).

Bei einer Windkraftanlage übernimmt der Wind die Rolle des im Sattel des „Muskelkraftwerks“ sitzenden schwitzenden Menschen. Intelligent geschnittene Flügel drehen den Generator, leicht, scheinbar wie von selbst.

Es ist der gleiche 500W-Generator wie im "Muskelkraftwerk".

Aber was ist, wenn der Wind nicht weht?

 


           

Was leisten Solarmodule wirklich?

 

Die tägliche von der Sonne in Deutschland eingestrahlte Leistung liegt zwischen ein und acht Kilowattstunden pro Tag und Quadratmeter einer horizontalen Fläche.
Machen wir unseren Garten gedanklich mal zur Goldgrube:
100 m2 ergäben bei einer Einspeisevergütung von 25 ct/kWh zwischen 25 und 200 Euro täglich, bei stets senkrechter Ausrichtung zur Sonne erheblich mehr.
Wäre das nicht ein guter Grund, statt Kartoffeln Sonnenenergie zu ernten?

Was aber leisten Solarmodule tatsächlich?

Mit unseren 10 auf stabilen Videostativen dreh- und schwenkbar montierten Solarmodulen, einem Schiebewiderstand, einem Volt- und einem Amperemeter können wir eine Leistungs-Kennlinie aufnehmen.

Stimmt die Herstellerangabe auf dem Typenschild?

EXCEL-Programm
zur Berechnung der Leistung eines nicht nachgeführten Solarmoduls
in Abhängigkeit von der Höhe und dem Azimut (Himmelsrichtung) der Sonne

EXCEL-Programm
zur Berechnung der Höhe und des Azimuts (Himmelsrichtung) der Sonne
in Abhängigkeit von Ort und Zeit

 

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Wie groß sind die Verluste bei nicht senkrechter Einstrahlung?


 

Solarmodule werden nicht liegend auf dem Boden fixiert sondern in der Regel im 30° Winkel nach Süden ausgerichtet.
Damit werden sie streng genommen nur zwei mal im Jahr senkrecht getroffen.

Aufstellungswinkel und -richtung sind ein Kompromiss.

Bei nicht nachgeführten Systemen entstehen daher Verluste.

Wie messe ich den aktuellen Winkel unter dem das Sonnenlicht auf ein Solarmodul fällt?

Wie groß sind die Verluste bei "falscher" Einstrahlung?

 

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Druckvorlage Messhilfe (pdf)

 
           

Wir bestimmen die solare Tages-Durchschnittsleistung (W/m2/d) und die im Laufe eines Tages und Jahres eingestrahlte Energie (kWh/m2/d bzw. y)

 

 

Mit den solaren Leistungsmessern lassen sich im Abstand von fünf oder zehn Minuten Werte aufnehmen und daraus die gesamte Tagessumme errechnen.
Im Frühling, Sommer, Herbst und Winter.
So lässt sich bestimmen, wie viel Energie im Laufe eines Jahres "vom Himmel fällt".
Es wird aber kaum jemanden geben, der die Zeit dafür hat...

Das Internet und Astrononomieprogramme können dabei unterstützen.

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Wie viel Leistung strahlt die Sonne ins All?

 

 

 

Ein einfaches Solar-Wattmeter, enthalten im beim Schulbiologiezentrum ausleihbaren IKS "Solartrainer" zeigt, dass eine zur Sonnenstrahlung senkrechte Fläche von einem Quadratmeter etwa 1000 Watt Leistung empfängt (1 KW/m2).


Können wir, rund 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt, aus diesem Messergebnis schließen, wie viel Leistung unser "Stern" pro Sekunde, pro Minute, pro Stunde oder pro Tag abgibt?


Ja, wir können!

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Wie heiß ist die Sonne?

Temperatur messen mit dem Taschenrechner

Kein Sonnenfleck sondern der Venustransit 2004 im Schulbiologiezentrum.
Das Bild entstand mit Hilfe eines Projektionsschirms, angebracht an unserem (ausleihbaren) 114 mm Spiegelteleskop.

Wenn man einen solchen Venustransit an verschiedenen Orten beobachtet wird man feststellen, dass die Venus vor der Sonne mehr oder weniger stark verschoben erscheint (Parallaxe).
Mit den daraus gewonnenen Daten lässt sich die Größe und die Entfernung der Sonne bestimmen.

 

Wie kann ich auf der Erde die Temperatur der Sonne messen?


Wir können kein Thermometer zur Sonne schicken, es dort ablesen oder unbeschädigt wieder auf die Erde zurückholen. Dafür ist sie zu heiß und zu weit weg.


Die Temperatur der Sonnenoberfläche kann aber berechnet werden.
Mit dem "Solaren Wattmeter", einem Taschenrechner und der relativ einfachen Stefan-Boltzmann-Gleichung ist das durchaus möglich.


Die einzige Vorausetzung ist eine gewisse "Angstfreiheit" gegenüber großen Zahlen (Zehner-Potenzen) und dass man weiß, wie man diese mit dem Taschenrechner dividiert und multipliziert.

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Kalt und heiß: Mit den Füßen "sehen":
Seit 1999 im Energiegarten