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.

8. Test

Windenergie, Wasserkraft und Wirkungsgrad online üben

Test 8 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
0/5 Fragen0 %
Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Wie kann man die Windgeschwindigkeit experimentell messen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Mit einem Anemometer.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Ein Anemometer misst die Geschwindigkeit der Luftströmung, die in die Leistungsabschätzung eingeht.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Mit einem Anemometer. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Ein Anemometer misst die Geschwindigkeit der Luftströmung, die in die Leistungsabschätzung eingeht.

2. FrageMultiple Choice

Wie kann man den Volumenstrom eines Bachs näherungsweise bestimmen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Querschnittsfläche und mittlere Strömungsgeschwindigkeit bestimmen und multiplizieren.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Für eine gleichmäßige Strömung gilt Q ≈ A·v.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Querschnittsfläche und mittlere Strömungsgeschwindigkeit bestimmen und multiplizieren. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Für eine gleichmäßige Strömung gilt Q ≈ A·v.

3. FrageMultiple Choice

Welche Unsicherheit beeinflusst die Windleistungsberechnung besonders stark?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Die Unsicherheit der Windgeschwindigkeit.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Da P proportional zu v³ ist, wirkt sich ein relativer Fehler in v ungefähr dreifach auf den relativen Leistungsfehler aus.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Unsicherheit der Windgeschwindigkeit. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Da P proportional zu v³ ist, wirkt sich ein relativer Fehler in v ungefähr dreifach auf den relativen Leistungsfehler aus.

4. FrageMultiple Choice

Warum darf man eine Modellformel nicht ohne Prüfung auf jede reale Anlage anwenden?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Reale Anlagen besitzen Verluste, Betriebsgrenzen, turbulente Strömungen und variable Bedingungen.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Grundformeln liefern Näherungen; Wirkungsgrad, Kennlinien und Standortbedingungen müssen ergänzt werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Reale Anlagen besitzen Verluste, Betriebsgrenzen, turbulente Strömungen und variable Bedingungen. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Grundformeln liefern Näherungen; Wirkungsgrad, Kennlinien und Standortbedingungen müssen ergänzt werden.

5. FrageMultiple Choice

Wie kann man die Leistung einer kleinen Turbine vergleichen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Bei gleichen Bedingungen Leistung, Volumen- oder Massenstrom, Höhe beziehungsweise Windgeschwindigkeit und Wirkungsgrad bestimmen.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Nur kontrollierte Bedingungen erlauben einen fairen Vergleich verschiedener Anlagen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Bei gleichen Bedingungen Leistung, Volumen- oder Massenstrom, Höhe beziehungsweise Windgeschwindigkeit und Wirkungsgrad bestimmen. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Nur kontrollierte Bedingungen erlauben einen fairen Vergleich verschiedener Anlagen.

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.