Windenergie und Wasserkraft verstehen

Wind und Wasser liefern erneuerbare Energie, deren nutzbare Leistung von Geschwindigkeit, Fläche, Volumenstrom, Fallhöhe und Wirkungsgrad abhängt. Auf dieser Seite übst du die wichtigsten Modelle und Rechnungen.

Die Aufgaben passen besonders zu Klasse 9–12 und verbinden Formeln mit Turbinen, Stromnetz, Speichern, Standortwahl und Nachhaltigkeit.

So löst du Aufgaben zu Wind und Wasser

  1. Wähle die passende Formel: P = ½ρAv³ für Wind oder P = ρgQh für Wasser.
  2. Vereinheitliche Einheiten und berücksichtige den Wirkungsgrad.
  3. Unterscheide Energie, Leistung, Nennleistung und Kapazitätsfaktor.
  4. Prüfe Größenordnung, Modellannahmen, Standortbedingungen und Umweltaspekte.

4. Test

Windenergie, Wasserkraft und Wirkungsgrad online üben

Test 4 zu Windleistung, hydraulischer Leistung, Wirkungsgrad und Nachhaltigkeit mit 5 Aufgaben und Lösungen.

Wähle eine Antwort. Achte auf Energie, Leistung, v³, Volumenstrom, Fallhöhe, Wirkungsgrad und Einheiten.

5 Fragen
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Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Wie berechnet man den Wirkungsgrad einer Energieanlage?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: η = P_nutz/P_zu beziehungsweise η = E_nutz/E_zu.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Der Wirkungsgrad ist dimensionslos und liegt bei realen Anlagen zwischen 0 und 1 beziehungsweise 0 und 100 Prozent.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet η = P_nutz/P_zu beziehungsweise η = E_nutz/E_zu. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Der Wirkungsgrad ist dimensionslos und liegt bei realen Anlagen zwischen 0 und 1 beziehungsweise 0 und 100 Prozent.

2. FrageMultiple Choice

Eine Anlage erhält 1000 W und liefert 500 W Nutzleistung. Wie groß ist ihr Wirkungsgrad?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: 50 %.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: η = 500/1000 = 0,5 = 50 %.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 50 %. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

η = 500/1000 = 0,5 = 50 %.

3. FrageMultiple Choice

Warum ist ein Wirkungsgrad von 100 % bei realen Anlagen kaum erreichbar?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Reibung, elektrische Widerstände, Schall und Wärme verursachen unvermeidbare Verluste.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Ein Wirkungsgrad von 100 % ist ein Idealgrenzfall ohne Verluste.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Reibung, elektrische Widerstände, Schall und Wärme verursachen unvermeidbare Verluste. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Ein Wirkungsgrad von 100 % ist ein Idealgrenzfall ohne Verluste.

4. FrageMultiple Choice

Was ist die Nennleistung einer Windturbine?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Die für definierte Bedingungen angegebene maximale oder ausgelegte elektrische Leistung.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Die tatsächliche Leistung hängt vom Wind und vom Betriebszustand ab und muss nicht dauerhaft der Nennleistung entsprechen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die für definierte Bedingungen angegebene maximale oder ausgelegte elektrische Leistung. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Die tatsächliche Leistung hängt vom Wind und vom Betriebszustand ab und muss nicht dauerhaft der Nennleistung entsprechen.

5. FrageMultiple Choice

Was beschreibt der Kapazitätsfaktor?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Das Verhältnis der tatsächlich erzeugten Jahresenergie zur Energie bei dauerndem Betrieb mit Nennleistung.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Er berücksichtigt, dass eine Anlage nicht ständig ihre Nennleistung erreicht.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Das Verhältnis der tatsächlich erzeugten Jahresenergie zur Energie bei dauerndem Betrieb mit Nennleistung. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Er berücksichtigt, dass eine Anlage nicht ständig ihre Nennleistung erreicht.

Windenergie und Wasserkraft FAQ

Wie hängt Windleistung von der Windgeschwindigkeit ab?

Näherungsweise gilt P = ½ρAv³. Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit verachtfacht die verfügbare Leistung.

Wie berechnet man hydraulische Leistung?

Mit P = ρgQh, wobei ρ die Dichte, Q der Volumenstrom und h die Fallhöhe ist.

Gibt es Lösungen zu allen Aufgaben?

Ja. Jede Aufgabe enthält eine richtige Antwort, eine Erklärung und drei nachvollziehbare Lösungsschritte.