Nachhaltige Energieträger at Technische Universität Wien

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5.11: Welche zwei Typen von Generatoren werden bei Windkraftanlagen verwendet? Nennen Sie die Vorteile eines jeden Typs.

                                       

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4.10: Wie groß ist der bei unkonzentriertem Sonnenlicht theoretisch erreichbare Wirkungsgrad einer auf einem pn-Übergang basierenden Solarzelle?

                                       

                                               

Welche Photonen sind prinzipiell nicht nutzbar und warum?

                                       

                                               

Wie groß ist die Bandlückenenergie Eg bei Silizium?

                                       

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1.24 Biomasse: 

a)Wie lautet die Summenformel der Photosynthese?

b) Warum können C4 Pflanzen rascher wachsen? auch Mechanismus

c) Welche Pflanzen sind C4 Pflanzen? 

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3.14/15: Welchen Wirkungsgrad erreicht eine typische 9 kW Dish-Stirling Anlage? (siehe Grafik)

                                       

                                               

Was ist die notwendige Leistung in Watt/m2 der solaren Direktstrahlung, ab der das System zu arbeiten beginnt?

                                       

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4.6: Beschreiben Sie detailliert den photovoltaischen Effekt.

                                       

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1.13

a) Was ist Direkt- Strahlung?


b) Was ist Diffus-Strahlung?


c) Welche dieser Strahlungsarten dominiert in Mitteleuropa?

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2.6 

a)Was ist der Unterschied in der Funktion einer opaken und einer transparenten Wärmedämmung? 


b) Wie viel Heizenergie pro Jahr und m^2 Außenwandfläche spart erfahrungsgemäß eine transparente Wärmedämmung?


c) Bei einer transparent oder opak gedämmten Wand: liegt der Temperaturgradient von innen nach außen hauptsächlich in der Dämmung oder in der Wand?

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1.27

Wodurch macht sich der heute gegenüber vor 2 Generationen bereits erhöhte Anteil an CO2 in der Luft beim Pflanzenwachstum bemerkbar? 

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2.11 

Nennen Sie die zwei Materialien für selektive Absorption mit dem höchsten Verhältnis von "Absorption im Sichtbaren/ Emission im Infraroten" (alpha s/ epsilon s). Wie groß ist dieses Verhältnis für diese Materialien? 


Wie groß ist dieses Verhältnis für einen nichtselektiven Absorber? 

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3.1 Was ist das Prinzip der solarthermischen Elektrizitätserzeugung? 


Welcher Anlagetyp hat den höchsten Entwicklungsgrad und gleichzeitig die geringste Flächenbindung bezogen auf die abgegeben elektrische Leistung? 

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1.12 

a) Durch welche Prozesse wird solare Strahlung in der Atmosphäre absorbiert?

b) Warum wirkt CO2 als Treibhausgas?

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3.16: Parabolrinnenkraftwerke:
Welche Fokussierung wird verwendet?

                                       

                                               

Erfordert dies einachsige oder zweiachsige Nachführung?

                                       

                                               

Welche Konzentrationen des Sonnenlichts werden erreicht?

                                       

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Nachhaltige Energieträger

                                               

5.11: Welche zwei Typen von Generatoren werden bei Windkraftanlagen verwendet? Nennen Sie die Vorteile eines jeden Typs.

                                       

                                               

Synchrongenerator: Nachteil: Erzeugter Wechselstrom ist durch Rotationsfrequenz festgelegt, d.h. Drehfrequenz muss konstant gehalten werden, um synchron zum 50 Hz Netz zu sein. Vorteil: Kann Blindleistung zur Netzstabilisierung liefern; leicht höherer Wirkungsgrad.

                   

Asynchrongenerator: Nachteil: Es wird Blindleistung von anderen Kraftwerken benötigt. Vorteil: Weiches Betriebsverhalten, da Drehfrequenz langsam steigerbar; billiger und wartungsärmer als Synchrongenerator.

                                       

Nachhaltige Energieträger

                                               

4.10: Wie groß ist der bei unkonzentriertem Sonnenlicht theoretisch erreichbare Wirkungsgrad einer auf einem pn-Übergang basierenden Solarzelle?

                                       

                                               

Welche Photonen sind prinzipiell nicht nutzbar und warum?

                                       

                                               

Wie groß ist die Bandlückenenergie Eg bei Silizium?

                                       

                                               

Ca. 30 %

                                       

                                               

Photonen mit Energie kleiner als Eg, weil sie keine Elektronen vom VB ins LB heben können.

                                       

                                               

Ca. 1,1 eV.

                                       

Nachhaltige Energieträger

1.24 Biomasse: 

a)Wie lautet die Summenformel der Photosynthese?

b) Warum können C4 Pflanzen rascher wachsen? auch Mechanismus

c) Welche Pflanzen sind C4 Pflanzen? 

a) Umwandlung von Solarenergie in chemische Energie durch Photosynthese in einem komplexen Prozess. 

Summenformel:

6CO2 + 6H2O --> C6H12O6 +O2

Es entstehen Hexosen, bzw Zucker in den Chloroplasten, die das grüne, lichtabsorbierende Pigment Chlorophyll enthalten. 


b) CO2 Akzeptor ist Phosphoenol-Benztraubensäure. Hat größere Affinität zu CO2 --> rascheres Wachstum möglich . Es entstehen zuerst Verbindungen  aus 4 C- Atomen. 


C) Mais, Zuckerrohr, Chinaschilf 

Nachhaltige Energieträger

                                               

3.14/15: Welchen Wirkungsgrad erreicht eine typische 9 kW Dish-Stirling Anlage? (siehe Grafik)

                                       

                                               

Was ist die notwendige Leistung in Watt/m2 der solaren Direktstrahlung, ab der das System zu arbeiten beginnt?

                                       

                                               

ca. 18 %

                                       

                                               

ca. 200 (brutto) - 250 (netto) W/m2

                                       

Nachhaltige Energieträger

                                               

4.6: Beschreiben Sie detailliert den photovoltaischen Effekt.

                                       

                                               

Wenn ein Photon in Raumladungszone (RLZ) ein Elektron vom VB ins LB hebt
und so ein Elektron-Loch Paar erzeugt, wird das Elektron vom inneren Feld sofort
auf die n-Seite und das Loch auf die p-Seite befördert
Wenn Erzeugung in p-Schicht außerhalb der RLZ, diffundiert Elektron frei und kann zufällig in die RLZ gelangen (wenn es nicht vorher rekombiniert), sodass es ebenfalls auf die n-Seite geschleudert wird. Das Loch bleibt aber auf p-Seite, denn wenn es zufällig zur RLZ diffundiert, wird es zurückgeworfen. Wenn Erzeugung in n-Schicht außerhalb der RLZ, diffundiert Elektron frei, bleibt aber in n-Schicht, denn an RLZ wird es zurückgeworfen. Das Loch diffundiert ebenfalls frei, kommt es aber in RLZ (bevor es rekombiniert) wird es auf p-Seite geschleudert. Dies geschieht so lange, bis dieses neue Feld das innere Feld kompensiert. In Summe: Elektronen sammeln sich auf n-Seite, Löcher auf p-Seite Spannung, die außen abgegriffen werden kann.

                                       

Nachhaltige Energieträger

1.13

a) Was ist Direkt- Strahlung?


b) Was ist Diffus-Strahlung?


c) Welche dieser Strahlungsarten dominiert in Mitteleuropa?

a) Strahlung, die direkt von der Sonne kommt, auf eine Fläche fällt 

b) nach Streuung in Atmosphäre oder in Umgebung (z.B. Wolken, Boden)

c) In Mitteleuropa ist die Diffusstrahlung im Jahresmittel weit größer als die Direktstrahlung 

Nachhaltige Energieträger

2.6 

a)Was ist der Unterschied in der Funktion einer opaken und einer transparenten Wärmedämmung? 


b) Wie viel Heizenergie pro Jahr und m^2 Außenwandfläche spart erfahrungsgemäß eine transparente Wärmedämmung?


c) Bei einer transparent oder opak gedämmten Wand: liegt der Temperaturgradient von innen nach außen hauptsächlich in der Dämmung oder in der Wand?

a) Opak: nur Dämmung des Wärmeflusses 

transparent: Dämmung des Wärmeflusses und Energiegewinn aus Solarstrahlung. 

B)

150 bis 350MJ/m^2a im Vergleich zu opaker Wärmedämmung 

c) 

Hauptsächlich in der Dämmung 


Nachhaltige Energieträger

1.27

Wodurch macht sich der heute gegenüber vor 2 Generationen bereits erhöhte Anteil an CO2 in der Luft beim Pflanzenwachstum bemerkbar? 

Da CO2 nur etwa 0.03 Volumprozent der Luft ausmacht, kann bei hocher Einstrahlung das CO2- Angebot der begrenzende Wachstumsfaktor sein. Bereits heute merkt man in manchen Mais- Anbaugebieten rascheres Wachstum, weil sich CO2 in den letzen hundert Jahren signifikant vermehrt hat. Satellitenaufnahmen zeigen überdies, dass z.b. die Nordhalbkugel heute um rund 2 Wochen länger grün ist als in 1980er Jahren 

Nachhaltige Energieträger

2.11 

Nennen Sie die zwei Materialien für selektive Absorption mit dem höchsten Verhältnis von "Absorption im Sichtbaren/ Emission im Infraroten" (alpha s/ epsilon s). Wie groß ist dieses Verhältnis für diese Materialien? 


Wie groß ist dieses Verhältnis für einen nichtselektiven Absorber? 

Schwarznickel (12.37) und Titanoxidnitrid (19.00)


b) 1.00

Nachhaltige Energieträger

3.1 Was ist das Prinzip der solarthermischen Elektrizitätserzeugung? 


Welcher Anlagetyp hat den höchsten Entwicklungsgrad und gleichzeitig die geringste Flächenbindung bezogen auf die abgegeben elektrische Leistung? 

a) Solarstrahlung wird in Wärme umgewandelt. Diese in einem thermodynamischen Kreisprozess in mechanische Energie. Und diese in elektrische Energie. 


b) Parabolrinnen-Kraftwerk

Nachhaltige Energieträger

1.12 

a) Durch welche Prozesse wird solare Strahlung in der Atmosphäre absorbiert?

b) Warum wirkt CO2 als Treibhausgas?

a) Strahlungsschwächung in der Atmosphäre durch: 

  • Streuung an Atomen, Molekülen, Wassertropfen, Aerosolen, Eiskristallen 
  • Absorption - in Molekülen oder Atomen in Anregungsenergie (Rotaionsbande) / in Aerosolen, Eiskristallen direkt in Wärme


b) CO2 wirkt für einen gewissen Anteil der Sonnenstrahlung als Absorber und kann sehr viel Energie aufnehmen, weshalb ein gewisser Teil Infrarot-Strahlung komplett absorbiert wird. 

Nachhaltige Energieträger

                                               

3.16: Parabolrinnenkraftwerke:
Welche Fokussierung wird verwendet?

                                       

                                               

Erfordert dies einachsige oder zweiachsige Nachführung?

                                       

                                               

Welche Konzentrationen des Sonnenlichts werden erreicht?

                                       

                                               

Linienfokussierung

                                       

                                               

Einachsige Nachführung

                                       

                                               

Konzentration von 50 -90

                                       

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