Eine vierköpfige Familie bewohnt ein Haus mit Wohnfläche.

Der jährliche Primärenergiebedarf der darin verbauten Ölheizungsanlage beträgt pro Quadratmeter Wohnfläche.

Zeige rechnerisch, dass die Familie für das Heizen ihres Hauses pro Jahr eine zugeführte Energie von benötigt.

Die Familie installiert zusätzlich zur Wärmepumpe auf dem Dach eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage).

Vervollständige die nachfolgende Energieumwandlungskette.

Der Hersteller der Wärmepumpe behauptet:

„Beim Einbau einer PV-Anlage kann die Wärmepumpe ganzjährig unabhängig vom örtlichen Stromversorger betrieben werden!“

Nimm zu dieser Aussage begründet Stellung.

Zur Versorgung einer Stadt mit elektrischer Energie wird diese vom Generator eines Kraftwerks bereitgestellt und mithilfe von Transformatoren sowie einer Fernleitung dorthin übertragen.

Erstelle eine beschriftete Schaltskizze für die Energieübertragung vom Kraftwerk bis zum Versorgungsgebiet (Stadt).

Der Generator des Kraftwerks stellt eine elektrische Leistung von bereit. Seine Ausgangsspannung wird mithilfe eines Transformators () auf die Übertragungsspannung von erhöht.

Berechne die Stromstärke in der Fernleitung.

Begründe die Verwendung von Hochspannung bei der Übertragung von elektrischer Energie über weite Strecken.

Die jährlich zugeführte Energie lässt sich wie folgt berechnen:

Das entspricht

Es gilt Durch Einsetzen ergibt sich daraus:

Damit lässt sich die Masse an berechnen, die jährlich eingespart werden kann:

Die Aussage ist physikalisch nicht vollständig korrekt.

• In der Nacht, bei starker Bewölkung oder bei Schneefall kann die PV-Anlage nicht genügend elektrische Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe bereitstellen.

• Nur durch den zusätzlichen Einbau eines sehr großen Speichers für elektrische Energie kann die Wärmepumpe unabhängig vom Energieversorger („Stromversorger") betrieben werden.

Zunächst muss die tatsächlich übertragene Leistung berechnet werden:

Damit kann nun die gesuchte Stromstärke in der Fernleitung berechnet werden:

Die thermische Leistung berechnet sich aus

Es wird eine möglichst niedrige thermische Leistung angestrebt, somit muss bei gleichem Widerstand die Stromstärke in der Fernleitung möglichst gering sein.

Um aber dennoch immer noch die gleiche elektrische Leistung zu übertragen, muss im Gegenzug zur verringerten Stromstärke die Spannung hochtransformiert werden ().