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LED und Solarzelle beurteilen — physikalisch, ökonomisch, ökologisch

Zwei Aufgaben: die Energierücklaufzeit selbst berechnen und eine geplante Umrüstung sachlich und ausführlich begründet bewerten. Mit ausführlichem Lösungsweg zum genauen Nachvollziehen.

Dein Fortschritt:
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1

Wann hat sich ein Modul bezahlt gemacht?

AFB I–II

Die Herstellung eines Solarmoduls verbraucht rund 1800 kWh Energie. Am Standort liefert das Modul jährlich rund 900 kWh elektrische Energie und hält rund 25 Jahre.

  1. Ordnen Sie den Größen Wirkungsgrad, Kaufpreis und Rohstoffbedarf jeweils die passende Sichtweise zu.
  2. Schätzen Sie ab, nach welcher Zeit sich das Modul energetisch bezahlt gemacht hat.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Jede der drei Größen gehört zu genau einer Sichtweise. Frage dich: Geht es um das Bauteil, um Geld oder um Energie und Rohstoffe?Zuordnen verlangt auch eine kurze Begründung des Kriteriums.
Hinweis zu Aufgabe b)
Teile die Herstellungsenergie durch den Jahresertrag. Das Ergebnis ist eine Zeit in Jahren.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Wirkungsgrad → physikalisch (Eigenschaft des Bauteils). Kaufpreis → ökonomisch (Geld). Rohstoffbedarf → ökologisch (Verbrauch an Material und Energie).

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

\(t = \frac{W_{\text{Herstellung}}}{W_{\text{Ertrag pro Jahr}}} = \frac{1800\,\mathrm{kWh}}{900\,\mathrm{kWh/a}} = 2\,\mathrm{a}\).

Antwort: Nach rund zwei Jahren ist die Herstellungsenergie wieder hereingeholt; danach folgen rund 23 Jahre Überschuss.

2

Die Schule rüstet auf LED um

AFB II–III

Eine Schule ersetzt 200 Leuchtstoffröhren mit je 36 W durch LED-Röhren mit je 18 W zum Stückpreis von 12,00 €. Die Beleuchtung läuft 1800 Stunden im Jahr, eine Kilowattstunde kostet 0,30 €. Die alten Röhren halten rund 15 000 Stunden, die LED-Röhren rund 50 000 Stunden. In den LED-Röhren stecken kleine Mengen seltener Metalle.

  1. Vergleichen Sie den jährlichen Energiebedarf beider Varianten.
  2. Begründen Sie warum der Kaufpreis allein keine Entscheidungsgrundlage ist.
  3. Bewerten Sie die Umrüstung physikalisch, ökonomisch und ökologisch.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Rechne beide Varianten getrennt: Gesamtleistung mal Betriebszeit. Vergleiche dann in Kilowattstunden.
Hinweis zu Aufgabe b)
Überlege, welche Kosten nach dem Kauf noch anfallen — und wie oft jede Variante ersetzt werden muss.
Hinweis zu Aufgabe c)
Gehe alle drei Sichtweisen durch: physikalisch der Wirkungsgrad, ökonomisch die Gesamtkosten, ökologisch Energie und Rohstoffe. Nenne zu jeder mindestens eine Zahl.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Alt: \(P = 200 \cdot 36\,\mathrm{W} = 7{,}2\,\mathrm{kW}\), \(E = 7{,}2\,\mathrm{kW} \cdot 1800\,\mathrm{h} = 12\,960\,\mathrm{kWh}\).

Neu: \(P = 3{,}6\,\mathrm{kW}\), \(E = 6480\,\mathrm{kWh}\).

Antwort: Der Energiebedarf halbiert sich, die Ersparnis beträgt 6480 kWh im Jahr.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Der Kaufpreis fällt einmal an, die Stromkosten jedes Jahr: 6480 kWh entsprechen 1944,00 € Ersparnis pro Jahr, während die Umrüstung 2400,00 € kostet. Dazu hält eine LED-Röhre gut dreimal länger, sodass auch die Ersatzkäufe entfallen. Wer nur den Kaufpreis vergleicht, lässt die größten Posten weg.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Physikalisch: gleiche Helligkeit bei halber Leistung, also deutlich besserer Wirkungsgrad. Ökonomisch: 2400,00 € Investition gegen 1944,00 € Ersparnis pro Jahr — nach rund 1,2 Jahren bezahlt, danach reiner Gewinn. Ökologisch: rund 6480 kWh weniger im Jahr und weniger Abfall, dem stehen seltene Metalle und die Herstellungsenergie gegenüber; wichtig ist die Sammlung der Altröhren. Vollständig ist die Antwort, wenn alle drei Sichtweisen mit Zahlen belegt sind und ein Gesamturteil folgt: Die Umrüstung ist sinnvoll.