Lernen mit Spaß!

Verbessere deine Noten mit sofatutor!

Lernen mit Spaß!

sofatutor kostenlos testen!

14.081+

14.081+ Bewertungen

Wind als erneuerbare Energie in Windkraftanlagen

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Du willst ganz einfach ein neues Thema lernen
in nur 12 Minuten?
Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
  • Lucy lernt 5 Minuten 5 Minuten verstehen

    Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.

    92%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen.
  • Lucy übt 5 Minuten 5 Minuten üben

    Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.

    89%
    der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert.
  • Lucy stellt fragen 2 Minuten Fragen stellen

    Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.

    94%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden

Bewertung

Ø 3.9 / 9 Bewertungen

Die Autor*innen
Avatar
Team Wissenswelt
Wind als erneuerbare Energie in Windkraftanlagen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Grundlagen zum Thema Wind als erneuerbare Energie in Windkraftanlagen

Inhalt

Stromerzeugung durch Windkraftanlagen

Beim Fahren durch ländliche Gebiete sind dir bestimmt schon einmal Windkraftanlagen oder ganze Windparks aufgefallen. Doch was genau ist ein Windkraftwerk eigentlich? Und wie hoch sind Windräder? In diesem Text wird dir auf einfache Weise erklärt, was Windenergie und was Windkraftanlagen sind.

Windenergie – Definition

Als Windenergie wird die Gewinnung von elektrischem Strom aus der kinetischen Energie des Winds bezeichnet. Da der Wind eine bewegte Luftmasse ist, besitzt er kinetische, also Bewegungsenergie. Mithilfe von Windkraftanlagen kann die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden. Der durch Windkraftanlagen erzeugte Strom wird auch Windstrom genannt. Die Frage Wie entsteht Wind? wird im Video über Windböen genauer erklärt.

Windenergie – Geschichtliches

Die Windenergie wird schon sehr lange vom Menschen genutzt – zum Beispiel, um mithilfe von Windmühlen Getreide zu mahlen. Mit der Erfindung von Generatoren kam die Idee auf, die Windkraft in elektrische Energie umzuwandeln. Die ersten Versuche stellten sich jedoch als wenig effektiv heraus. Erst in den $1970$er-Jahren kam es zur Optimierung von Windkraftanlagen und seit den $1990$er-Jahren steigt die Zahl an Windkraftanlagen deutlich an und auch ihre Leistung hat zugenommen.

Windkraftanlagen – Definition

Windkraftanlagen werden auch Windkraftwerke oder Windenergieanlagen genannt. Umgangssprachlich hört man auch häufig den Begriff Windrad. Sie werden dazu benötigt, um die kinetische Energie des Winds für den Menschen nutzbar zu machen. Da Windkraftanlagen lediglich die Energie des Winds nutzen, um Strom zu erzeugen, und Wind eine unerschöpfliche Ressource ist, zählen sie zu den erneuerbaren Energiequellen.

Windkraftanlagen – Aufbau und Funktionsweise

Im Folgenden schauen wir uns den typischen Aufbau von Windkraftanlagen an. Nicht alle Windkraftanlagen sind auf diese Weise aufgebaut. Es handelt sich zudem um eine stark vereinfachte Darstellung. Gleiches gilt für die Funktionsweise.

Aufbau
Eine Windkraftanlage besitzt zunächst ein Fundament. Auf diesem befindet sich ein Turm, der in den meisten Fällen deutlich über $100\,\pu{m}$ hoch ist. Im Turm befindet sich zudem eine Leiter, um für Wartungsarbeiten bis nach oben steigen zu können. Oben am Turm ist eine Gondel angebracht. In dieser befindet sich ein Generator. Außen an der Gondel ist der Rotor angebracht. Die Anzahl der Rotorblätter variiert zwischen zwei und drei, da mit dieser Anzahl an Rotorblättern die Effizienz am höchsten ist. Der Durchmesser des Rotors mit Rotorblättern ist ebenfalls in den meisten Fällen über $100\,\pu{m}$ groß. Somit besitzen moderne Windkraftanlagen häufig eine Gesamthöhe von über $200\,\pu{m}$. Die Gondel kann sich je nach Windrichtung so ausrichten, dass der Rotor für die Energiegewinnung optimal steht. Unten am Fundament befindet sich zudem meist eine Transformatorstation.

Windrad mit Rotorblättern, Aufbau und Funktion

Funktionsweise
Entscheidend für die Energiegewinnung sind der Rotor und der Generator. Der Wind versetzt die Rotorblätter und damit den Rotor in Bewegung. Diese Bewegung wird mithilfe einer sogenannten Welle auf den Generator übertragen. Dieser wandelt die kinetische Energie in elektrische Energie um. Wie genau der Generator im Windrad funktioniert, lernst du im Video über Generatoren. Die umgewandelte elektrische Energie wird in die Transformatorstation am Fuß der Windkraftanlage geleitet und ins Stromnetz eingespeist.

Windkraftanlagen – Standorte

Damit sich der Aufbau und die Kosten für Windkraftanlagen lohnen, benötigen sie einen passenden, windreichen Standort. Als Jahresmittel muss eine Windgeschwindigkeit von $4\,\pu{\frac{m}{s}}$ gegeben sein. In Deutschland ist die Anzahl dieser Standorte nicht besonders hoch. Deshalb siehst du in manchen Regionen besonders viele Windkraftanlagen oder Windparks und in anderen Regionen kaum welche. Besonders gut eignen sich Küsten- oder Bergregionen.

Dieses Video

In diesem Video und dem dazugehörigen Text wird die Frage Wie funktioniert ein Windkraftwerk? auf eine für Kinder geeignete Weise erklärt. Es wird auf die Geschichte sowie die Definition der Windenergie eingegangen. Außerdem erfährst du, wie ein Windrad zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Auch wird die Frage beantwortet, ob Windenergie erneuerbar ist. Der Aufbau und die Funktionsweise von Windkraftanlagen werden ebenfalls erklärt. Welche Probleme diese mit sich bringen, erfährst du im Video über Probleme mit Windenergieanlagen. Mit all diesen Informationen sollte ein Referat zum Thema Was ist Windenergie? kein Problem sein!

Transkript Wind als erneuerbare Energie in Windkraftanlagen

Heute hat allein die allein die Bundesrepublik Deutschland im Jahr einen Energieverbrauch von circa 14.000 Petajoule. Das entspricht einer Energie, wie sie bei der Verbrennung von fast 500 Millionen Tonnen Steinkohle freigesetzt wird. Würde man diese Menge in einem Zug transportieren, bräuchte man etwa 6 Millionen Waggons voller Steinkohle. Und das ist nur der Energieverbrauch in einem einzigen Land. Ganz Europa verbraucht in einem Jahr schon fast 4 Milliarden Steinkohleeinheiten. Und die ganze Welt? Fast 15 Milliarden Tonnen, eine unvorstellbar große Zahl. Kaum jemand denkt darüber nach, wie viel Energie er verbraucht, um zum Beispiel einen Film im Fernsehen anzusehen oder sich ein warmes Mittagessen zu kochen. Doch eine ausreichende Energieversorgung könnte schon bald zu den bisher größten Problemen der Menschheit zählen. Bis heute nutzt man als Energiequellen zu etwa 80 Prozent fossile Brennstoffe; Kohle, Öl und Gas. Hinzu kommt die Kernenergie, die wegen eventueller Reaktorunfälle und ihrer radioaktiven Abfälle ökologisch höchst bedenklich erscheint. Bei der Verbrennung der fossilen Energiequellen entsteht neben der Umweltverschmutzung das Problem, dass diese immer weniger werden. Je nach Art und Berechnung kann man davon ausgehen, dass die fossilen Brennstoffe in den nächsten 50–300 Jahren verbraucht sind. Die Zukunft kann nur in den erneuerbaren Energien liegen. Die Sonne liefert uns mehr Energie, als wir benötigen. Seitdem die Erde existiert, steht uns diese Energiequelle zur Verfügung. Ob wir sie als Windenergie, Wasserkraft, Sonnenlicht oder Biomasse nutzen, es ist erneuerbare Energie. Wind kann stark sein, obwohl er doch nur aus Luft besteht. Was ist Wind? Woher kommt er? Wie entsteht er? Grundsätzlich entsteht Wind durch die Wärme der Sonne. Die Strahlung der Sonne erwärmt die Erdoberfläche vom Äquator bis zu den Polen unterschiedlich. Bei starker Sonneneinstrahlung, wie am Äquator, wird die Luft wärmer, der Luftdruck sinkt und die leichtere Luft steigt auf. Um Ausgleich zu schaffen, strömt unten kältere Luft nach. Es entstehen Strömungen, Wind beginnt zu wehen. Steigt die Luft auf, spricht man von einem Tiefdruckgebiet, fällt kühler werdende Luft herab, handelt es sich um ein Hochdruckgebiet. Da die wärmende Energie der Sonne zu den Polen hin stetig abnimmt, existieren weltweit mehrere Zirkulationssysteme. Mithilfe moderner Windkraftanlagen wird die kinetische Energie des Windes in für uns nutzbaren elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Umwandlungsprozess erfolgt heute meistens nach den gleichen technischen Prinzipien. Eine Windkraftanlage besteht im Wesentlichen aus einem stabilen Fundament mit einem Turm, einer oben aufgesetzten drehbaren Gondel, die das Getriebe und den Generator enthält, und natürlich dem Rotor mit seinen Flügeln. Dazu kommt die Elektronik, um die erzeugte elektrische Energie ins Stromnetz einspeisen zu können. Sie ist meistens im Fuß der Anlage oder in einem nahestehenden Häuschen untergebracht. Auf dem Turm, meist eine Rohrkonstruktion aus Stahl oder Beton, sitzt auf einem sogenannten Azimutlager die Gondel, die nahezu den kompletten Maschinensatz enthält. Sie ist horizontal drehbar, denn sie muss den wechselnden Windrichtungen folgen können. In ihr wird die Drehgeschwindigkeit des Rotors, mit oder ohne Getriebe, auf den Generator übertragen. Heute dominieren Windkraftanlagen mit drei Flügeln, jedes einzelne dieser Rotorblätter besteht hauptsächlich aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen, CFK. Das Profil ähnelt dem einer Flugzeugtragfläche, das heißt das physikalische Prinzip des Auftriebs wird genutzt. Durch Veränderung der Blatteinstellwinkel lassen sie sich den unterschiedlichen Windverhältnissen optimal anpassen. Die meisten Windkraftanlagen laufen mit konstanter Drehzahl. Um überall einen möglichst günstigen Anströmwinkel zu erhalten, sind die Rotorblätter großer Windkraftanlagen immer verwunden. Zur Umwandlung der Rotationsenergie in Elektrizität benutzt eine gängige Windkraftanlage einen Generator. Eine grundsätzliche Frage besteht darin, ob vor dem Drehstromgenerator ein Getriebe eingebaut wird, oder nicht. Windkraftgeneratoren haben ein besonderes Problem zu bewältigen; sie werden von einer Leistungsquelle, dem Rotor mit stark schwankender mechanischer Leistung, unterschiedliches Drehmoment, angetrieben. Normale Drehstromgeneratoren benötigen ein Getriebe, weil der Rotor zu langsam dreht, sonst wären Blattspitzengeschwindigkeiten erforderlichen, die bei einem Rotordurchmesser von 43 Metern bei weit mehr als der doppelten Schallgeschwindigkeiten lägen. Ein Getriebe erhöht die Drehzahl des Rotors, zum Beispiel bei einer 750-Kilowatt-Anlage typischerweise mit einem Übersetzungsverhältnis von rund 1:50. Wird auf ein Getriebe verzichtet, dann kann ein spezieller, langsam laufender Drehstromgenerator mit einem Vielpolrotor direkt eingebaut werden. Beim Inselbetrieb wird der erzeugte Strom nicht in das öffentliche Netz eingespeist, sondern versorgt ein bestimmtes Areal mit Energie. Beim Verbundbetrieb sind die Windgeneratoren an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, hier gleichen andere Energiequellen mögliche Engpässe aus.

30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

2.679

sofaheld-Level

6.290

vorgefertigte
Vokabeln

10.814

Lernvideos

43.890

Übungen

38.603

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer*
innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Klassenstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden