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Energieumwandlungskette – Erklärung & Beispiele

  • by Anatoli Bauer
Energieumwandlungskette - Erklärung & Beispiele

Energie ist nicht gleich Energie. Bis eine Energieform tatsächlich nutzbar wird, wird sie der Energieumwandlungskette zugeführt und in eine brauchbare Energieform umgewandelt. Regen, Wind und Sonnenlicht kann zum Beispiel durch bestimmte Prozesse für elektronische Geräte genutzt werden. Dafür muss die gewonnenen Energie allerdings aufgearbeitet und umgewandelt werden. Die Energieumwandlungskette beschreibt aufeinanderfolgende Abläufe, die es möglich machen, eine Energieform in eine andere Energieform umzuwandeln. Dabei reicht eine Umwandlung oft nicht aus. Bis die Energie überhaupt nutzbar ist, können mehrere Umwandlungsvorgänge innerhalb der Energieumwandlungskette stattfinden. Das Ziel ist es, dass so wenig Energie wie möglich verloren geht und die umgewandelte Energie zu 100 % nutzbar ist.

Ohne die Energieumwandlungskette oder die Energieketten kann die Ursprungsenergie oder Primärenergiequelle nicht verwendet werden. Die zuerst geförderte Energieform wird auch Primärenergie genannt. Die durch die Umwandlung entstandene zweite Energieform nennt man Sekundarenergie. Die letztendlich benötigte Energieform, die notwendig ist, um z.B. ein Gerät betreiben zu können, nennt man Nutzenergie. Da eine Primärenergie niemals vollständig, zu 100 % in eine andere Sekundarenergie umgewandelt werden kann, ohne das dabei wertvolle Energie verloren geht, spricht man hierbei von Verlustenergie. Die Verlustenergie ist die Energie, die beim Umwandlungsprozess zur Nutzenenergie unwiderruflich verloren geht Während der Umwandlung entstehen Reibung, Wärme und andere Faktoren, die den vorzeitigen Energieverlust begünstigen. Die verloren gegangene Energie nennt man im Fachjargon „entwertete Energie“.

Umso geringer die Verlustenergie, umso effizienter ist die Energieumwandlungskette und umso größer ist der Wirkungsgrad des eingesetzten Energiewandlers. Umso größer der Wirkungsgrad eines Energieumwandlers ist, umso größer ist die tatsächliche Energiemenge an Nutzenergie, die der Verbraucher tatsächlich nutzen kann.

Beispiele für typische Energieumwandlungsketten:

Anhand von verschiedensten Beispielen kann man die Energieumwandlungskette verdeutlichen:

Erklärung am Beispiel Kohlekraftwerk

Ein Kohlekraftwerk erzeugt Energie, indem die Kohle als Primärenergie, bereits in der Brennkammer das erste mal umgewandelt wird. In der Brennkammer des Kohlekraftwerks wird die chemische Energie der Kohle in Wärmeenergie umgewandelt. In diesem Vorgang wurde die Primärenergie in eine Sekundarenergieform umgewandelt. Die thermische Wärmeenergie treibt wiederum ein Bauteil an, z.B. eine Turbine, die aus der kinetischen Energie, elektrische Energie herstellt. Die elektrische Energie ist nutzbar (Nutzenergie) und wird in die Haushalte weitergeleitet. Kommt die elektrische Energie im Haushalt an und betätigt jemand den Lichtschalter einer Lampe, wird die elektrische Energie nochmals umgewandelt und zwar in Strahlungsenergie.

Erklärung am Beispiel Solarenergie/ Photovoltaik

Die Sonne scheint als Primärenergie auf eine Photovoltaikanlage und wird durch die intelligente Technik, direkt in elektrische Energie umgewandelt. Die Strahlungsenergie, die Photonen oder Lichtteilchen des Sonnenlichts, werden im Innersten der Anlage absorbiert. Hierbei kommt es auf die Materialien der Bauteile an, denn diese müssen absorbtionsfähig sein. Die Energie der Lichtteilchen wird auf die positiven und negativen Ladungsträger weitergegeben. Der Energiekonverter trennt die Ladungen in negative und positive Teilchen und leitet diese an die Elektroden weiter. Zwischen den Elektroden entsteht elektrische Spannung, Diese elektrische Spannung führt dazu, dass die Ladungsträger im externen Stromkreis Strom erzeugen, der direkt angewendet werden kann. Photovoltaikanlagen arbeiten besonders effizient, weil die Primärenergie direkt in Nutzenergie umgewandelt wird. Durch die schnelle Umwandlung, die ausgesuchten Materialien und kurzen Übertragungswege, geht kaum Energie verloren. Obwohl es sich hier um eine schnelle Energieumwandlungskette handelt, geht auch hier während dem Umwandlungsprozess etwas Energie verloren. Der Grund des Energieverlusts ist, dass selbst in den Absorbermaterialien Prozesse stattfinden, die die Ladungsträger und Lichtteilchen zerstören können. Umso schneller die Energie übertragen wird, umso effizienter ist die Photovoltaikanlage.

Weitere Beispiele für Energieumwandlungsketten:

Kraftfahrzeug mit Elektromotor:

Das Kraftfahrzeug arbeitet mit Elektromotor, benötigt also als Primärenergie die elektrische Energie. Der Energiewandler in diesem Beispiel ist der Elektromotor, der die Primärenergie in nutzbare Bewegungsenergie umwandelt.

Windkraftanlage:

Der Wind wird als Primärenergie genutzt. Die Bewegungsenergie des Winds treibt das Windkraftwerk an, das wiederum elektrische Energie erzeugt. Die nutzbare, elektrische Energie muss allerdings transportiert werden und auf dem Transportweg geht wieder Energie verloren.

Quellen:
https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/solarenergie/photovoltaik/grundlagen/
https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/energieumwandlung-3735
https://www.leifiphysik.de/mechanik/arbeit-energie-und-leistung/grundwissen/wirkungsgrad

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