T9 G - Energieversorgungssysteme vergleichen

Einleitung

Wie kommt elektrische Energie zuverlässig zu Dir? Ein Energieversorgungssystem besteht nicht nur aus einem Kraftwerk. Es verbindet Energiequellen, technische Anlagen zur Energieumwandlung, mögliche Speicher, das Netz und die Verbraucher.

In diesem aiMOOC vergleichst Du vor allem Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft. Zusätzlich lernst Du Biogas, Wärmekraftwerke, Speicher und Netze kennen.

Dein Ziel auf G-Niveau: Du sollst Versorgungssysteme beschreiben und zwei Systeme mit denselben vorgegebenen Kriterien vergleichen können.

Das kannst Du am Ende	Einfach erklärt
Aufbau beschreiben	Du erkennst Energiequelle, Erzeugungsanlage, Speicher, Netz und Verbraucher.
Funktion erklären	Du beschreibst, wie Energie im System umgewandelt und weitergeleitet wird.
Medien untersuchen	Du beobachtest Bilder und Animationen, markierst Bauteile, misst an sicheren Modellen und findest Fehler.
Vergleichen	Du vergleichst zwei Systeme nach denselben funktionalen und ökologischen Kriterien.
Technisch entscheiden	Du begründest eine Entscheidung mit passenden Kriterien.

Der Bildungsplan Technik für die Sekundarstufe I in Baden-Württemberg nennt auf G-Niveau unter anderem das Beschreiben von Systemen zur Bereitstellung und Verteilung von Energie, einfache Experimente zur regenerativen Energie sowie den Vergleich ausgewählter Energieversorgungssysteme nach funktionalen und ökologischen Kriterien.

Bildungsplan Technik Baden-Württemberg, Fassung 2026

Sicherheit im Technikunterricht

Sicherheitsregel
Praktische Arbeiten erfolgen nur nach schulischer Unterweisung, unter Aufsicht und mit der vorgeschriebenen Schutzausrüstung.
Keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen.
Keine Versuche an Netzspannung.
Elektrische Versuche nur mit von der Schule freigegebenen Komponenten und sicherer Kleinspannung.
Beschädigte Leitungen, Bauteile oder Messgeräte werden nicht benutzt. Du meldest Schäden sofort der Lehrkraft.
Bei rotierenden Modellen bleiben Haare, Kleidung und Finger außerhalb des Bewegungsbereichs.

Merke: Ein gutes technisches Experiment ist nicht nur aussagekräftig. Es ist auch sicher, nachvollziehbar und wiederholbar.

Die fünf Fachbegriffe

Fachbegriff	Einfache Erklärung	Beispiel
Energiequelle	Dort steht Energie für eine technische Nutzung zur Verfügung.	Sonnenstrahlung, Wind, fließendes Wasser, Biogas, Kohle
Erzeugung	Im Alltag sagt man „Stromerzeugung“. Physikalisch wird Energie dabei umgewandelt, nicht aus dem Nichts erzeugt.	Eine Solarzelle wandelt Strahlungsenergie in elektrische Energie um.
Speicherung	Energie wird aufgenommen und später wieder abgegeben.	Batterie, Pumpspeicher
Netz	Leitungen, Schaltanlagen und Transformatoren verteilen elektrische Energie.	Übertragungsnetz und Verteilnetz
Versorgung	Das gesamte System stellt Energie dort bereit, wo sie benötigt wird.	Kraftwerk + Speicher + Netz + Verbraucher

Kurzform zum Einprägen:

Energiequelle → Erzeugung/Umwandlung → Speicherung → Netz → Versorgung der Verbraucher

Nicht jedes System benötigt an jeder Stelle einen eigenen Speicher. Speicher können aber helfen, Erzeugung und Verbrauch zeitlich besser zusammenzubringen.

Mini-Selbstcheck

Ordne die fünf Begriffe einem Schulfoto oder einer Skizze zu. Frage Dich:

Energiequelle: Woher kommt die nutzbare Energie?
Erzeugung: In welchem Bauteil wird sie umgewandelt?
Speicherung: Kann Energie zeitversetzt genutzt werden?
Netz: Wie gelangt die elektrische Energie weiter?
Versorgung: Wer oder was wird am Ende versorgt?

Selbstkontrolle
Wenn Du bei einem System mindestens Energiequelle, Umwandlung und Weg zum Verbraucher benennen kannst, hast Du die Grundstruktur erkannt. Prüfe danach, ob ein Speicher vorhanden ist.

So funktioniert ein Energieversorgungssystem

Ein Versorgungssystem lässt sich als Energiekette lesen.

Schritt	Leitfrage	Beispiel Windenergie
1. Energiequelle	Woher kommt die Energie?	Bewegte Luft
2. Energiewandler	Was verändert die Energieform?	Rotor und Generator
3. Aufbereitung	Was macht die elektrische Energie netzgeeignet?	Leistungselektronik und Transformator
4. Speicherung	Wird Energie zwischengespeichert?	Möglich, zum Beispiel in Batterien oder Pumpspeichern im Gesamtsystem
5. Netz	Wie wird Energie verteilt?	Stromleitungen und Umspannwerke
6. Verbraucher	Wo wird Energie genutzt?	Schule, Haushalt, Betrieb

Prüfungstipp: Wenn Du ein unbekanntes Versorgungssystem siehst, gehe immer in dieser Reihenfolge vor. So übersiehst Du weniger Bauteile.

Solarenergie und Photovoltaik

Bildlegende: Photovoltaikanlage. Viele Solarmodule bilden zusammen eine größere Erzeugungsanlage.

Photovoltaik bedeutet: Solarzellen wandeln Licht direkt in elektrische Energie um.

Energiekette:

Sonnenstrahlung → Solarzelle → Gleichstrom → Wechselrichter → Wechselstrom → Netz/Verbraucher

Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom um, der für viele Verbraucher und die Netzeinspeisung benötigt wird.

Bildlegende: Von einzelnen Solarzellen über ein Modul bis zu einem größeren Solarfeld.

Medienauftrag: Beobachten und markieren

Betrachte die beiden Abbildungen.

Beobachten: Suche den kleinsten dargestellten Energiewandler.
Markieren: Zeige oder markiere, welche Einheiten zu einem Modul zusammengefasst werden.
Vergleichen: Erkläre den Unterschied zwischen einer einzelnen Zelle und einer Anlage.
Weiterdenken: Ergänze in einer eigenen Skizze Wechselrichter, Netz und Verbraucher.

Hilfe
Eine einzelne Solarzelle liefert nur einen kleinen Teil der elektrischen Leistung einer Anlage. Deshalb werden Zellen zu Modulen und Module zu größeren Anlagen verbunden.

Lösungskern
Solarzelle → Solarmodul → mehrere Module/Generatorfeld → Wechselrichter → Netz oder Verbraucher.

Funktionsanimation Photovoltaik

Interaktive Darstellung zur Solarzelle beim Landesbildungsserver Baden-Württemberg

Arbeitsauftrag: Beobachte die Animation. Beschreibe in drei kurzen Sätzen, was sich zwischen einfallendem Licht und elektrischem Strom verändert.

Photovoltaik interaktiv beim Landesbildungsserver Baden-Württemberg

Simulationsauftrag: Verändere nacheinander Standort, Ausrichtung, Neigung oder Verschattung, sofern die Simulation diese Einstellungen anbietet. Ändere immer nur eine Größe. Notiere, ob der Ertrag steigt, sinkt oder ungefähr gleich bleibt.

Veränderung	Vorhersage	Beobachtung in der Simulation	Erklärung
stärkere Verschattung
andere Ausrichtung
andere Neigung

Messregel: Nur eine Einflussgröße gleichzeitig verändern. Sonst weißt Du nicht, welche Veränderung die Wirkung verursacht hat.

Einfaches Datendiagramm: Photovoltaik lesen

Das folgende Diagramm ist ein vereinfachtes Lernmodell. Es zeigt keine konkrete reale Anlage. Es hilft Dir, eine typische Tagesabhängigkeit zu lesen.

Zeitpunkt	Modellwert der PV-Leistung	Balken
früher Morgen	niedrig	██
Vormittag	mittel	█████
Mittagszeit bei gutem Licht	hoch	██████████
Nachmittag	mittel	█████
Nacht	keine PV-Erzeugung

Diagrammauftrag: Formuliere zwei Aussagen, die direkt aus dem Modell ablesbar sind. Nenne anschließend einen Grund, warum die Kurve an einem bewölkten Tag anders aussehen kann.

Photovoltaik kurz verglichen

Kriterium	Beobachtung
Energiequelle	Sonnenstrahlung
Erzeugung steuerbar?	Die Sonneneinstrahlung selbst ist nicht steuerbar.
Speicherung	Nicht zwingend Teil der PV-Anlage; Speicher können zeitliche Unterschiede ausgleichen.
Netz	Wechselrichter und Netzanschluss verbinden die Anlage mit Verbrauchern und Stromnetz.
Ökologische Wirkung	Im Betrieb entstehen keine direkten Abgase aus einer Verbrennung. Herstellung, Flächenbedarf und Recycling müssen trotzdem betrachtet werden.

Windenergie

Bildlegende: Mehrere Windenergieanlagen bilden einen Windpark.

Bei einer Windenergieanlage bringt bewegte Luft die Rotorblätter in Drehung. Die Drehbewegung treibt einen Generator an.

Energiekette:

Bewegungsenergie des Windes → Rotor → Drehbewegung → Generator → elektrische Energie → Transformator → Netz

Bildlegende: Schematischer Aufbau einer Windenergieanlage. Die Darstellung eignet sich zum Zuordnen von Bauteilen und Funktionen.

Videoauftrag: Sieh Dir für den Einstieg nur einen kurzen Abschnitt an. Notiere drei Bauteile und jeweils ihre Funktion. Stoppe das Video nach Bedarf.

Medienauftrag: Bauteile finden

Rotor: Nimmt Bewegungsenergie des Windes auf.
Generator: Wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um.
Transformator: Passt die elektrische Spannung für die Weiterleitung an.
Netz: Transportiert und verteilt elektrische Energie.

Fehler finden:

Eine Schülerin schreibt:

Wind → Transformator → Rotor → Generator → Verbraucher

Finde mindestens zwei Fehler.

Lösungsweg
Frage bei jedem Pfeil: „Kann dieses Bauteil die vorherige Energieform überhaupt aufnehmen?“ Beginne beim Wind.

Lösung
Der Rotor muss am Anfang der technischen Umwandlung stehen. Der Generator folgt auf die mechanische Drehbewegung. Der Transformator arbeitet erst mit elektrischer Energie. Eine passende vereinfachte Reihenfolge ist: Wind → Rotor → Generator → Transformator → Netz → Verbraucher.

Windkraft virtuell untersuchen

Mediendossier Windkraftanlagen des Landesmedienzentrums Baden-Württemberg

Auftrag: Nutze eine dort verlinkte Animation oder Simulation. Beobachte, welche Größen sich verändern lassen. Wähle eine Größe und beschreibe ihre Wirkung.

Selbstcheck: Deine Aussage ist gut, wenn sie aus drei Teilen besteht:

Veränderung → Beobachtung → technische Erklärung

Beispielstruktur: „Wenn … verändert wird, dann … . Das lässt sich damit erklären, dass … .“

Windenergie kurz verglichen

Kriterium	Beobachtung
Energiequelle	Bewegte Luft
Erzeugung steuerbar?	Windstärke und Windzeitpunkt sind nicht frei steuerbar.
Speicherung	Speicher im Gesamtsystem können Schwankungen ausgleichen.
Netz	Windparks benötigen Netzanschluss, Schalttechnik und häufig Transformatoren.
Ökologische Wirkung	Im Betrieb keine direkten Abgase aus Verbrennung. Standort, Landschaft, Tiere, Materialeinsatz und Rückbau müssen mitbetrachtet werden.

Wasserkraft

Bei Wasserkraft wird die Bewegungs- oder Lageenergie von Wasser technisch genutzt. Wasser treibt eine Turbine an. Die Turbine treibt einen Generator.

Energiekette:

Lage-/Bewegungsenergie des Wassers → Turbine → Generator → elektrische Energie → Transformator → Netz

Bildlegende: Vereinfachtes Schema eines Wasserkraftwerks mit Wasserweg, Turbine und Generator.

Medienauftrag: Den Energiefluss verfolgen

Betrachte das Schema von oben nach unten beziehungsweise entlang des Wasserwegs.

Beobachten: Wo besitzt das Wasser vor der Turbine nutzbare Energie?
Markieren: Wo wird die Wasserbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt?
Zuordnen: Wo entsteht aus der Drehbewegung elektrische Energie?
Ergänzen: Zeichne Transformator, Netz und einen Verbraucher an den passenden Stellen dazu.

Lösungskern
Wasser → Turbine → Generator → elektrische Energie → Transformator → Netz → Verbraucher.

Laufwasserkraft und Speicherwasserkraft

System	Grundidee	Typische Eigenschaft
Laufwasserkraft	Nutzt fortlaufend fließendes Wasser.	Erzeugung hängt stark vom Wasserangebot ab.
Speicherwasserkraft	Wasser wird in einem höher gelegenen Speicher zurückgehalten.	Die Abgabe kann in bestimmten Grenzen zeitlich gesteuert werden.
Pumpspeicher	Wasser wird mit elektrischer Energie hochgepumpt und später wieder durch Turbinen geleitet.	Dient vor allem der Speicherung und zeitlichen Verschiebung von Energie.

Pumpspeicherkraftwerk: Erzeugung oder Speicherung?

Bildlegende: Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks mit Oberbecken, Unterbecken und Maschinenhaus.

Animationsauftrag: Stoppe die 3D-Animation einmal beim Pumpen und einmal beim Erzeugen. Beschreibe jeweils die Richtung von Wasserfluss und Energiefluss.

Betriebsart	Wasser bewegt sich	Elektrische Energie	Speicherzustand
Pumpbetrieb	vom Unterbecken zum Oberbecken	wird aufgenommen	nimmt zu
Turbinenbetrieb	vom Oberbecken zum Unterbecken	wird abgegeben	nimmt ab

Wichtig: Ein Pumpspeicherkraftwerk ist keine ursprüngliche Energiequelle. Es speichert zuvor bereitgestellte Energie in Form von Lageenergie des Wassers.

Bildlegende: Beispieldarstellung zur zeitlichen Nutzung eines Pumpspeichers.

Diagrammauftrag: Speichern erkennen

Untersuche das Diagramm.

Beobachten: Suche Zeiträume, in denen Energie eingespeichert wird.
Vergleichen: Suche Zeiträume, in denen Energie zurück ins Netz gelangt.
Erklären: Begründe, warum Speicher für ein Netz mit wechselnder Erzeugung und wechselndem Verbrauch hilfreich sein können.

Hilfe: Ein Speicher kann Energie nicht kostenlos vermehren. Beim Speichern und Rückwandeln treten Verluste auf.

Wasserkraft kurz verglichen

Kriterium	Beobachtung
Energiequelle	Lage- und Bewegungsenergie von Wasser
Erzeugung steuerbar?	Je nach Kraftwerkstyp unterschiedlich. Speicheranlagen sind zeitlich stärker steuerbar als Laufwasserkraftwerke.
Speicherung	Pumpspeicher können Energie speichern.
Netz	Generator, Transformator und Netzanschluss sind erforderlich.
Ökologische Wirkung	Keine direkten Abgase aus Verbrennung im Betrieb. Eingriffe in Flüsse, Lebensräume und Fischwanderung müssen betrachtet werden.

Biogas als weiteres Versorgungssystem

Bildlegende: Beispiel einer Biogasanlage.

In einer Biogasanlage bauen Mikroorganismen organische Stoffe unter sauerstoffarmen Bedingungen ab. Dabei entsteht ein Gasgemisch mit energiereichem Methananteil. In einem Blockheizkraftwerk kann das Gas verbrannt werden. Ein Motor treibt dann einen Generator an. Gleichzeitig kann nutzbare Wärme entstehen.

Vereinfachte Energiekette:

Biomasse → Biogas → Verbrennung → Motor → Generator → elektrische Energie

Interaktive Animation zur Funktionsweise einer Biogasanlage bei Planet Schule

Medienauftrag: Stoff- und Energiefluss unterscheiden

Stofffluss: Biomasse gelangt in die Anlage. Gas und Gärprodukte entstehen.

Energiefluss: Chemische Energie wird in Wärme, Bewegung und elektrische Energie umgewandelt.

Auftrag: Erstelle zwei Pfeilketten. Verwende für die erste nur Stoffe. Verwende für die zweite nur Energieformen.

Selbstkontrolle
In der Stoffkette dürfen Begriffe wie Biomasse, Biogas und Gärprodukt vorkommen. In der Energiekette passen Begriffe wie chemische Energie, Wärme, Bewegungsenergie und elektrische Energie.

Biogas kurz verglichen

Kriterium	Beobachtung
Energiequelle	Chemische Energie in Biomasse beziehungsweise Biogas
Erzeugung steuerbar?	Ein vorhandener Gasvorrat kann zeitlich gezielter genutzt werden als Sonne oder Wind.
Speicherung	Biogas kann in geeigneten technischen Speichern zeitweise gespeichert werden.
Netz	Strom kann über Generator und Netzanschluss eingespeist werden. Wärme kann zusätzlich vor Ort genutzt werden.
Ökologische Wirkung	Herkunft der Biomasse, Flächennutzung, Emissionen bei Verbrennung und mögliche Methanverluste sind wichtige Kriterien.

Wärmekraftwerke mit Brennstoffen

Bildlegende: Beispiel eines großen Wärmekraftwerks. Bei Wärmekraftwerken wird chemische Energie eines Brennstoffs über Wärme und Bewegung in elektrische Energie umgewandelt.

Ein klassisches Wärmekraftwerk mit Brennstoff arbeitet vereinfacht so:

Brennstoff → Wärme → Dampf oder heißes Gas → Turbine → Generator → elektrische Energie → Netz

Bei fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdgas entsteht bei der Verbrennung direkt Kohlendioxid. Weitere Umweltwirkungen entstehen durch Gewinnung, Transport, Anlagenbau und Abfälle.

Vergleichsregel: Vergleiche nicht nur „erneuerbar“ und „nicht erneuerbar“. Prüfe immer dieselben Kriterien: Funktion, Steuerbarkeit, Speicherbedarf, Netz, Ressourcen und ökologische Folgen.

Speicher: Energie für später

Ein Energiespeicher trennt Erzeugung und Nutzung zeitlich. Er kann Energie aufnehmen und später wieder abgeben.

Bildlegende: Vereinfachte Einbindung eines Batteriespeichers in ein elektrisches Versorgungssystem.

Speicher	Gespeicherte Energieform	Typische Rolle
Batteriespeicher	chemische Energie	kurzfristige bis zeitversetzte elektrische Nutzung
Pumpspeicherkraftwerk	Lageenergie des Wassers	größere Energiemengen zeitlich verschieben
Wärmespeicher	thermische Energie	Wärme zu einem späteren Zeitpunkt nutzen

Merksatz: Speicher erzeugen keine zusätzliche Energie. Sie verschieben die Nutzung in der Zeit. Bei jeder Umwandlung entstehen Verluste.

Einfaches Datendiagramm: Netz und Speicher

Bildlegende: Vereinfachter Tagesverlauf von Erzeugung, Verbrauch und Speicherwirkung.

Diagramm untersuchen:

Beobachten: Suche Bereiche mit Überschuss.
Markieren: Kennzeichne Bereiche, in denen der Speicher Energie aufnehmen könnte.
Vergleichen: Finde Bereiche, in denen gespeicherte Energie den Verbrauch unterstützen könnte.
Fehler finden: Prüfe die Aussage „100 kWh hinein bedeuten immer 100 kWh wieder heraus“. Erkläre den Fehler.

Lösung zum Fehler
Reale Speicher und Umwandlungen haben Verluste. Deshalb kommt weniger nutzbare Energie heraus, als zuvor hineinging.

Das Stromnetz verbindet Erzeugung und Verbraucher

Bildlegende: Transformator in einem Umspannwerk. Solche Anlagen verbinden unterschiedliche Spannungsebenen des Stromnetzes.

Ein Netz besteht nicht nur aus Leitungen. Es benötigt außerdem Schaltanlagen, Schutztechnik, Messung und Transformatoren.

Transformator: Ein Transformator verändert bei Wechselspannung das Spannungsniveau. Hohe Spannungen ermöglichen eine verlustärmere Übertragung großer elektrischer Leistungen über längere Strecken. In Verteilnetzen wird die Spannung für die Nutzung wieder angepasst.

Videoauftrag: Erstelle während des Videos eine Wegskizze mit höchstens sechs Stationen: Erzeugungsanlage → Transformator → Übertragungsnetz → Umspannwerk → Verteilnetz → Verbraucher.

Netzauftrag: Fehler finden

Welche Aussage ist falsch?

A: Ein Netz verbindet Erzeuger und Verbraucher.

B: Transformatoren können Spannungsebenen anpassen.

C: Ein Stromnetz braucht keine Regelung und keine Schutztechnik.

D: Speicher können das Gesamtsystem bei zeitlichen Unterschieden zwischen Erzeugung und Verbrauch unterstützen.

Lösung
C ist falsch. Ein elektrisches Versorgungssystem benötigt Schutz-, Schalt-, Mess- und Regelungsfunktionen, damit der Betrieb zuverlässig erfolgen kann.

Erneuerbare Systeme im Überblick

Kurzauftrag zum Video: Wähle zwei dargestellte Systeme. Notiere jeweils Energiequelle, einen Energiewandler und einen möglichen Vorteil beziehungsweise Nachteil. Verwende nur Aussagen, die Du technisch begründen kannst.

Vergleichen mit festen Kriterien

Beim Vergleichen müssen beide Systeme mit denselben Kriterien untersucht werden. Sonst ist der Vergleich unfair oder unklar.

Für das G-Niveau sind besonders funktionale und ökologische Kriterien wichtig.

Kriterium	Leitfrage	Bereich
Energiequelle	Welche Energie wird ursprünglich genutzt?	Funktion
Umwandlung	Welche Bauteile wandeln die Energie um?	Funktion
Verfügbarkeit	Wann steht die Energiequelle zur Verfügung?	Funktion
Steuerbarkeit	Kann die Erzeugung zeitlich gezielt verändert werden?	Funktion
Speicherbedarf/-möglichkeit	Welche Rolle spielen Speicher?	Funktion
Netzanbindung	Welche technischen Einrichtungen verbinden die Anlage mit dem Netz?	Funktion
Emissionen im Betrieb	Entstehen bei der Erzeugung direkte Abgase?	Ökologie
Eingriff in Natur und Fläche	Welche Auswirkungen kann der Standort haben?	Ökologie
Material und Lebenszyklus	Welche Rohstoffe, Herstellung, Wartung, Rückbau und Recycling sind zu beachten?	Ökologie

Vergleichsmatrix: Solar, Wind, Wasser und Biogas

Kriterium	Photovoltaik	Windenergie	Wasserkraft	Biogas
Energiequelle	Sonnenstrahlung	bewegte Luft	Lage-/Bewegungsenergie von Wasser	chemische Energie in Biomasse/Biogas
Zentrales Bauteil	Solarzelle	Rotor + Generator	Turbine + Generator	Gaserzeugung + Motor/Generator
Zeitlich steuerbar	Sonneneinstrahlung nicht steuerbar	Wind nicht steuerbar	je nach Kraftwerkstyp teilweise gut steuerbar	mit vorhandenem Gasvorrat vergleichsweise gut steuerbar
Speicher im Gesamtsystem sinnvoll	häufig hilfreich	häufig hilfreich	Pumpspeicherung technisch möglich	Gas kann zeitweise gespeichert werden
Direkte Abgase bei der elektrischen Erzeugung	keine Verbrennung	keine Verbrennung	keine Verbrennung	Verbrennung im Motor oder BHKW
Typische ökologische Prüffrage	Fläche, Herstellung, Recycling	Standort, Tiere, Landschaft, Materialien	Gewässer, Lebensräume, Fischwanderung	Biomasseherkunft, Flächenbedarf, Methanverluste, Verbrennung

Wichtig: Die Tabelle ist keine Rangliste. Ein technisches System wird immer für eine konkrete Aufgabe und einen konkreten Standort geprüft.

Schrittfolge für einen guten Vergleich

Nutze diese fünf Schritte in Klassenarbeit oder Prüfung:

Kriterien nennen: Verwende für beide Systeme dieselben Kriterien.
System A beschreiben: Schreibe zu jedem Kriterium eine kurze fachliche Aussage.
System B beschreiben: Mache dasselbe mit System B.
Unterschied formulieren: Verwende Wörter wie „während“, „dagegen“, „beide“, „unterschiedlich“.
Begründen: Beziehe Deine Schlussfolgerung auf die vorgegebenen Bedingungen.

Satzstarter:

„Beide Systeme …“

„Bei System A …, während System B …“

„Für das Kriterium … ist entscheidend, dass …“

„Unter der Bedingung … spricht technisch für …, weil …“

Prüfungswerkstatt: Zwei Versorgungssysteme in einer Tabelle vergleichen

Prüfungsnahe Aufgabe:

Vergleiche Photovoltaik und Windenergie anhand der vier vorgegebenen Kriterien. Schreibe kurze Fachsätze oder Stichpunkte in die Tabelle.

Kriterium	Photovoltaik	Windenergie
Energiequelle
zentraler Energiewandler
Verfügbarkeit/Steuerbarkeit
eine ökologische Wirkung

Zusatzfrage: Eine Schule besitzt eine große unverschattete Dachfläche. Auf dem Schulgelände gibt es keinen geeigneten Platz für ein großes Windrad. Welches der beiden Systeme lässt sich unter diesen vorgegebenen Bedingungen leichter direkt am Schulgebäude einsetzen? Begründe mit zwei Kriterien.

Hilfe 1: Begriffe
PV: Sonnenstrahlung – Solarzelle – wetter- und tageszeitabhängig.
Wind: bewegte Luft – Rotor und Generator – windabhängig.

Hilfe 2: So vergleichst Du
Fülle zuerst nur die Zeile „Energiequelle“ aus. Arbeite dann Zeile für Zeile weiter. Beurteile nicht nach Gefühl, sondern nach den Bedingungen der Aufgabe.

Musterlösung

Kriterium	Photovoltaik	Windenergie
Energiequelle	Sonnenstrahlung	bewegte Luft
zentraler Energiewandler	Solarzelle	Rotor und Generator
Verfügbarkeit/Steuerbarkeit	abhängig von Licht, Tag/Nacht und Wetter	abhängig von ausreichendem Wind
eine ökologische Wirkung	Flächen- und Materialbedarf sowie Recycling beachten	Standortwirkungen auf Landschaft und Tiere sowie Materialbedarf beachten

Unter den ausdrücklich genannten Bedingungen passt eine Dach-PV-Anlage räumlich besser zum Schulgebäude, weil eine geeignete Dachfläche vorhanden ist und kein geeigneter Standort für eine große Windenergieanlage genannt wird. Die Aussage gilt nur für dieses Beispiel und ersetzt keine vollständige Standortprüfung.

Technische Entscheidung: Welches System passt?

Eine technische Entscheidung braucht Anforderungen und Kriterien.

Beispiel: Berghütte

Eine Berghütte benötigt elektrische Energie. Folgende Bedingungen sind gegeben:

Das Dach ist groß und wenig verschattet.
Ein kleiner Batteriespeicher ist möglich.
Ein Fluss mit nutzbarem Gefälle fehlt.
Eine große Windenergieanlage ist am Standort nicht vorgesehen.
Das System soll möglichst wenig laufende Brennstofftransporte benötigen.

Aufgabe: Vergleiche Photovoltaik, Wasserkraft und ein brennstoffbasiertes System nur mit diesen Angaben. Wähle anschließend eine technisch begründete Lösung oder Kombination.

Lösungsweg
1. Streiche Systeme, deren notwendige Standortbedingung fehlt.
2. Prüfe die vorhandenen Ressourcen.
3. Prüfe Speicher und Versorgung bei schwankender Erzeugung.
4. Formuliere eine Entscheidung mit mindestens zwei Kriterien.

Beispiellösung
Photovoltaik ist unter den genannten Bedingungen naheliegend, weil eine geeignete Dachfläche vorhanden ist und keine laufenden Brennstofftransporte für die Erzeugung erforderlich sind. Der Batteriespeicher kann einen Teil der zeitlichen Verschiebung übernehmen. Für eine reale Hütte müssten zusätzlich Energiebedarf, Winterbedingungen, Speichergröße, Netzanschluss und Sicherheit geprüft werden.

Praktisches Untersuchen mit sicherer Kleinspannung

Nur im angeleiteten Schulversuch: Eine freigegebene kleine Solarzelle oder ein freigegebenes Windmodell kann an einem sicheren Kleinspannungs-Messgerät untersucht werden.

Ein mögliches Unterrichtsziel ist nicht „möglichst hohe Spannung“, sondern das Erkennen eines Zusammenhangs.

Untersuchung	Veränderte Größe	Gemessene Größe	Regel
Solarzelle	Lichtstärke oder Winkel	freigegebene Messgröße, zum Beispiel Spannung	nur eine Größe gleichzeitig verändern
Windmodell	Luftstrom unter schulischer Vorgabe	freigegebene Messgröße	Abstand und sichere Drehzone einhalten

Nicht selbstständig durchführen: Keine Netzspannung, keine offenen Netzgeräte, keine selbstgebauten Netzanschlüsse, keine gefährlichen Maschinen und keine Versuche außerhalb der schulischen Sicherheitsvorgaben.

Messprotokoll

Versuch	Veränderung	Messwert/Beobachtung	Technische Erklärung
1
2
3

Auswertungsregel: Eine Beobachtung beschreibt, was passiert. Eine Erklärung begründet, warum es technisch plausibel ist.

Funktionsanimationen und kurze Medienimpulse

Die folgenden Angebote eignen sich besonders zum aktiven Untersuchen:

Medium	Einsatz	Dein Auftrag
Solarzelle interaktiv	Photovoltaik	Beobachte die Energieumwandlung und beschreibe sie in drei Schritten.
Photovoltaik interaktiv	PV-Ertrag	Verändere eine Einflussgröße und protokolliere die Wirkung.
Windkraft-Mediendossier	Windenergie	Finde Rotor, Generator und Netzanschluss in einer Darstellung.
Wasserkraft-Animation	Wasserkraft	Verfolge den Weg des Wassers bis zur elektrischen Energie.
Simulation Pumpspeicherkraftwerk	Speicherung	Vergleiche Pumpbetrieb und Turbinenbetrieb.
Biogasanlage interaktiv	Biogas	Unterscheide Stofffluss und Energiefluss.

Medienregel: Nicht nur ansehen. Immer beobachten, markieren, vergleichen, messen, simulieren oder einen Fehler finden.

Medienrecht und Quellenbewusstsein

Die eingebundenen Bilder und Grafiken stammen aus Wikimedia Commons. Die jeweilige Dateiseite nennt Urheber, Lizenz und erforderliche Namensnennung. Diese Angaben müssen bei einer Weiterverwendung beachtet werden.

OER-Angebote werden bevorzugt eingesetzt, wenn eine freie Lizenz auf der jeweiligen Quellseite ausgewiesen ist. Bei externen Lernplattformen gilt die Lizenz- und Nutzungsangabe der verlinkten Seite.

YouTube-Videos werden hier nur über die vorgesehene Einbettungsfunktion eingebunden. Sie werden nicht neu hochgeladen. Rechte und Verfügbarkeit verbleiben beim jeweiligen Anbieter. Für schulische Nutzung gelten zusätzlich die Vorgaben der Schule.

Prüfauftrag für Medien: Frage bei jedem Medium: Wer ist die Quelle? Ist eine Lizenz angegeben? Unterstützt das Medium wirklich das Lernziel?

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Diesen aiMOOC als Battle spielen

Was beschreibt eine Energiequelle? (Dort steht Energie für eine technische Nutzung zur Verfügung) (!Dort wird ausschließlich elektrische Energie gespeichert) (!Dort wird immer Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt) (!Dort werden nur Verbraucher miteinander verbunden)

Welche Aufgabe hat ein Energiespeicher? (Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben) (!Energie aus dem Nichts erzeugen) (!Nur die Netzspannung erhöhen) (!Jede Energiequelle ersetzen)

Welches Bauteil wandelt bei Photovoltaik Licht direkt in elektrische Energie um? (Solarzelle) (!Turbine) (!Transformator) (!Pumpe)

Welche Bauteilkette passt vereinfacht zu einer Windenergieanlage? (Rotor Generator Transformator Netz) (!Transformator Rotor Pumpe Netz) (!Solarzelle Turbine Generator Netz) (!Batterie Kessel Rotor Netz)

Welches Bauteil wird in einem Wasserkraftwerk direkt vom Wasser angetrieben? (Turbine) (!Wechselrichter) (!Solarzelle) (!Batteriezelle)

Was geschieht beim Pumpbetrieb eines Pumpspeicherkraftwerks? (Wasser wird unter Energieaufnahme in ein höheres Becken gepumpt) (!Wasser wird ohne Energieaufwand nach oben bewegt) (!Kohle wird in elektrische Energie umgewandelt) (!Sonnenlicht wird direkt gespeichert)

Welche Hauptaufgabe hat ein Stromnetz? (Elektrische Energie zwischen Erzeugern und Verbrauchern übertragen und verteilen) (!Nur Sonnenenergie speichern) (!Nur Windräder bremsen) (!Brennstoffe herstellen)

Wie wird ein fairer technischer Vergleich durchgeführt? (Beide Systeme werden mit denselben Kriterien untersucht) (!Jedes System erhält andere Kriterien) (!Nur das Aussehen wird bewertet) (!Es wird ohne Begründung entschieden)

Welche Aussage zur Photovoltaik ist richtig? (Die Erzeugung hängt unter anderem von der verfügbaren Sonnenstrahlung ab) (!Photovoltaik benötigt immer eine Wasserturbine) (!Photovoltaik arbeitet nur bei Nacht) (!Photovoltaik erzeugt Strom durch Verbrennung)

Welche Aussage ist für einen prüfungsnahen Vergleich besonders geeignet? (Photovoltaik und Windenergie werden in einer Tabelle nach gleichen Kriterien gegenübergestellt) (!Es wird nur ein Lieblingssystem genannt) (!Es werden nur Farben der Anlagen verglichen) (!Es werden keine Fachbegriffe verwendet)

Memory

Energiequelle	Ausgangspunkt der nutzbaren Energie
Erzeugung	technische Umwandlung in nutzbare elektrische Energie
Speicherung	zeitliches Verschieben der Energienutzung
Netz	Übertragung und Verteilung elektrischer Energie
Generator	Umwandlung mechanischer in elektrische Energie
Wechselrichter	Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom
Turbine	Umwandlung einer Strömung in Drehbewegung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Photovoltaik	Sonnenstrahlung
Windenergie	bewegte Luft
Wasserkraft	strömendes oder fallendes Wasser
Biogas	chemische Energie aus Biomasse
Pumpspeicher	gespeicherte Lageenergie des Wassers

Kreuzworträtsel

Solarzelle	Welches Bauteil wandelt Licht direkt in elektrische Energie um?
Generator	Welches Bauteil wandelt mechanische in elektrische Energie um?
Turbine	Welches Bauteil kann von Wasser oder Dampf in Drehung versetzt werden?
Speicher	Welcher Begriff bezeichnet ein System zur zeitversetzten Energienutzung?
Umspannwerk	Welche Anlage verbindet unterschiedliche Spannungsebenen eines Stromnetzes?
Fermenter	Wie heißt der Behälter, in dem bei einer Biogasanlage Mikroorganismen Biomasse abbauen?

LearningApps

Lückentext

Eine technische

stellt nutzbare Energie bereit. Bei der sogenannten Stromerzeugung wird Energie technisch

. Eine Solarzelle wandelt Licht direkt in

Energie um. Bei einer Windenergieanlage nimmt der

Bewegungsenergie des Windes auf. In einem Wasserkraftwerk wird eine

durch Wasser angetrieben. Ein Pumpspeicherkraftwerk kann Energie als Lageenergie des Wassers

. Ein

passt in Wechselstromnetzen Spannungsebenen an. Das elektrische

verbindet Erzeugungsanlagen und Verbraucher. Für einen fairen Vergleich werden beide Systeme mit denselben

untersucht. Praktische elektrische Versuche erfolgen in der Schule nur mit freigegebenen Komponenten und sicherer

.

Wiederholung: 60-Sekunden-Check

Beantworte ohne Nachschlagen:

Energiequelle: Nenne je eine Energiequelle für PV, Wind und Wasser.
Energiewandler: Nenne den zentralen Wandler bei PV und den Generator bei Wind/Wasser.
Energiespeicher: Erkläre in einem Satz den Zweck eines Speichers.
Stromnetz: Erkläre in einem Satz den Zweck des Netzes.
Vergleich: Nenne zwei funktionale und zwei ökologische Kriterien.

Selbstkontrolle
PV: Sonnenstrahlung. Wind: bewegte Luft. Wasser: Lage-/Bewegungsenergie von Wasser.
PV: Solarzelle. Wind/Wasser: Generator nach der mechanischen Bewegung.
Speicher verschieben Energienutzung zeitlich.
Das Netz überträgt und verteilt elektrische Energie.
Funktionale Kriterien sind zum Beispiel Verfügbarkeit, Steuerbarkeit, Speicher und Netz. Ökologische Kriterien sind zum Beispiel direkte Emissionen, Flächen-/Naturwirkung, Materialien und Recycling.

Fehlerwerkstatt

Fehler 1: „Ein Batteriespeicher ist eine Energiequelle.“

Fehler 2: „Bei Windenergie kommt zuerst der Generator und danach der Rotor.“

Fehler 3: „Ein Pumpspeicher erzeugt mehr Energie, als zum Hochpumpen benötigt wurde.“

Fehler 4: „Für einen Vergleich darf ich bei Solar die Umweltwirkung und bei Wind nur die Farbe untersuchen.“

Fehler 5: „Ein praktischer Versuch an einer Steckdose ist erlaubt, wenn ich vorsichtig bin.“

Auftrag: Korrigiere jeden Satz fachlich.

Lösung
1. Ein Batteriespeicher ist ein Speicher, keine ursprüngliche Energiequelle.
2. Der Wind bewegt zuerst den Rotor; dessen Bewegung wird anschließend im Generator in elektrische Energie umgewandelt.
3. Pumpspeicher haben Umwandlungsverluste und vermehren Energie nicht.
4. Beide Systeme müssen nach denselben sinnvollen Kriterien verglichen werden.
5. Nein. Keine eigenständigen Versuche an Netzspannung. Schulversuche nur nach Unterweisung, unter Aufsicht und mit freigegebenen Komponenten bei sicherer Kleinspannung.

Offene Aufgaben

Leicht

Energiequelle erkennen: Wähle drei Medien aus diesem aiMOOC. Schreibe unter jedes Bild die passende Energiequelle und ein zentrales Bauteil.
Energiekette zeichnen: Zeichne für Photovoltaik eine Pfeilkette von der Sonne bis zu einem Verbraucher. Verwende mindestens fünf Stationen.
Bildanalyse Windenergie: Markiere in der Windenergie-Schemazeichnung Rotor, Generator und Weg zum Netz. Schreibe zu jedem Bauteil einen kurzen Funktionssatz.
Wasserkraft erklären: Erstelle eine Bildlegende mit höchstens 50 Wörtern zum Wasserkraft-Schema. Nutze die Begriffe Wasser, Turbine, Generator und Netz.

Standard

Photovoltaik simulieren: Nutze die verlinkte Photovoltaik-Simulation. Verändere nur eine Einflussgröße. Dokumentiere Vorhersage, Beobachtung und Erklärung.
Sicher messen: Führe ausschließlich nach Unterweisung und unter Aufsicht einen freigegebenen Kleinspannungsversuch mit Solarzelle oder Windmodell durch. Erstelle eine Messwerttabelle und ein einfaches Balkendiagramm.
Fehlerbild Energieversorgung: Zeichne absichtlich eine fehlerhafte Energiekette mit drei Fehlern. Tausche sie mit einer Partnerperson. Findet und begründet gegenseitig die Fehler.
Prüfungstabelle: Vergleiche Photovoltaik und Windenergie in einer Tabelle mit den Kriterien Energiequelle, Wandler, Verfügbarkeit, Speicherung, Netz und ökologische Wirkung.

Schwer

Standortentscheidung: Entwickle für ein fiktives Schulgebäude drei Standortbedingungen. Vergleiche anschließend PV, Wind und ein weiteres System. Begründe eine technisch passende Lösung mit mindestens vier Kriterien.
Speicherstrategie: Zeichne einen vereinfachten Tagesverlauf von Erzeugung und Verbrauch. Markiere Zeiträume für Laden und Entladen eines Speichers. Begründe Deine Markierungen.
Medienprüfung: Suche ein frei lizenziertes Bild zu einem Energieversorgungssystem auf Wikimedia Commons. Dokumentiere Dateiname, Urheber, Lizenz und den fachlichen Lernwert des Bildes.
Erkundung Energieversorgung: Plane mit der Lehrkraft eine beaufsichtigte Exkursion, ein Fachgespräch oder ein Interview mit einem Energieversorgungsbetrieb. Formuliere fünf technische Fragen zu Erzeugung, Speicherung, Netz, Versorgung und Sicherheit. Keine eigenständige Begehung technischer Anlagen.

Lernkontrolle

Systemgrenze festlegen: Eine Zeichnung zeigt PV-Module und einen Verbraucher, aber keinen Wechselrichter und kein Netz. Erkläre, welche Teile für eine vollständige Darstellung eines netzgekoppelten Versorgungssystems fehlen und warum.
Vergleich übertragen: Du kennst Photovoltaik und Windenergie. Übertrage dieselben vier Vergleichskriterien auf Wasserkraft und Biogas. Zeige, warum gleiche Kriterien den Vergleich verbessern.
Speicher begründen: In einem Modell liefert eine PV-Anlage mittags mehr Energie als benötigt, abends aber weniger. Erkläre zwei technische Möglichkeiten, mit diesem zeitlichen Unterschied umzugehen.
Standort prüfen: Ein Ort hat einen stark verschatteten Nordhang, einen gleichmäßig wasserführenden Fluss und keinen geeigneten Platz für große Windenergieanlagen. Vergleiche PV, Wind und Wasserkraft nur anhand dieser Angaben. Begründe, welche zusätzlichen Informationen für eine echte Entscheidung noch fehlen.
Fehleranalyse Netz: Eine Skizze verbindet ein Windrad direkt mit einer Haushaltssteckdose. Erkläre, warum diese Darstellung technisch zu einfach ist. Ergänze mindestens drei notwendige Systemteile oder Funktionen.
Technische Entscheidung begründen: Zwei Versorgungssysteme erreichen unterschiedliche Ergebnisse bei Verfügbarkeit und ökologischer Wirkung. Formuliere eine Entscheidung unter einer selbst gewählten Anforderung. Nenne ausdrücklich das Kriterium, auf das sich jeder Begründungssatz stützt.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du:

Energiequelle: Energiequellen verschiedener Versorgungssysteme richtig benennen kannst.
Energieumwandlung: einfache Energieumwandlungsketten fachlich richtig darstellen kannst.
Energiewandler: Solarzelle, Rotor, Turbine, Generator, Wechselrichter und Transformator ihren Grundfunktionen zuordnen kannst.
Energiespeicher: den Unterschied zwischen Energiequelle und Speicher erklären kannst.
Stromnetz: die Grundaufgabe von Netz, Transformator und Umspannwerk beschreiben kannst.
Versorgungssicherheit: erklären kannst, warum Erzeugung, Speicherung, Netz und Verbrauch zusammen betrachtet werden müssen.
Vergleichskriterium: zwei Systeme nach denselben vorgegebenen funktionalen und ökologischen Kriterien vergleichen kannst.
Tabelle: einen prüfungsnahen Vergleich übersichtlich in einer Tabelle darstellen kannst.
Begründung: eine technische Entscheidung mit konkreten Bedingungen und Kriterien begründen kannst.
Sicherheit: die Grenzen schulischer Praxis kennst: Unterweisung, Aufsicht, Schutzausrüstung, keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen oder Netzspannung und elektrische Versuche nur mit freigegebenen Komponenten bei sicherer Kleinspannung.

OERs zum Thema

Weitere frei zugängliche Lernangebote und OER-orientierte Quellen:

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