Fachkunde FAK II Test Revision January 2025 PDF

**Fachkunde FAK II Test Revision January 2025** +-----------------------------------------------------------------------+ | **Beschreiben Sie den Weg von der Quelle bis zur Steckdose.** | | | | Der Weg des Stroms von der...

**Fachkunde FAK II Test Revision January 2025** +-----------------------------------------------------------------------+ | **Beschreiben Sie den Weg von der Quelle bis zur Steckdose.** | | | | Der Weg des Stroms von der Quelle bis zur Steckdose lässt sich in | | mehreren Schritten zusammenfassen: | | | | 1\. Stromerzeugung: Strom wird in Kraftwerken (z. B. durch | | Verbrennung von Kohle, Gas oder erneuerbare Quellen wie Wind, Sonne | | oder Wasser) erzeugt. | | | | 2\. Transport über Hochspannungsleitungen: Der Strom wird in sehr | | hoher Spannung über weite Distanzen transportiert, um Verluste zu | | minimieren. | | | | 3\. Spannungsumwandlung: In Umspannwerken wird die Spannung auf ein | | sicheres Niveau (meist 230 Volt) für Haushalte | | heruntertransformiert. | | | | 4\. Verteilung: Der Strom fließt über Mittel- und | | Niederspannungsleitungen zu den Haushalten. | | | | 5\. Hausanschluss und Stromzähler: Der Strom gelangt über einen | | Hausanschluss und wird durch einen Zähler gemessen, der den | | Verbrauch erfasst. | | | | 6\. Verwendung: Schließlich wird der Strom über das interne | | Kabelnetz im Gebäude zu den Steckdosen geführt, wo er von | | elektrischen Geräten genutzt wird. | | | | **Wie wird Strom erzeugt?** | | | | Strom entsteht durch die Bewegung von Elektronen in einem | | geschlossenen Stromkreis. Die Stromstärke wird durch die Anzahl der | | Elektronen pro Sekunde bestimmt und in Ampere gemessen. | | | | Generatoren wandeln mechanische Energie, wie Wind-, Wasser- oder | | Solarenergie, in elektrischen Strom um. Sie arbeiten meist nach dem | | Rotationsprinzip, bei dem eine Drehbewegung durch Wind, Wasser oder | | Dampfturbinen erzeugt wird. Dabei nutzen Generatoren das Prinzip der | | elektromagnetischen Induktion, bei dem durch die Änderung der | | magnetischen Flussdichte ein elektrisches Feld entsteht. | | | | | | | | **Wie funktioniert ein Generator?** | | | | Ein Generator besteht aus zwei Teilen: dem festen Stator und dem | | drehbaren Rotor. Der Rotor ist mit einem Magneten ausgestattet, der | | sich durch mechanische Energie dreht. Im Stator befinden sich Spulen | | mit Eisenkernen. Dreht sich der Magnet, erzeugt die Lorentzkraft eine | | Spannung, die Wechselstrom hervorruft. Dieser kann ins Stromnetz | | eingespeist oder in Gleichstrom umgewandelt werden. | | | | **Welche Generatoren gibt es?** | | | | Die häufigste Generatorenart ist der Drehgenerator. Dieser wandelt, | | wie oben beschrieben, durch die Rotation eines Magnetes in einem | | Stator mechanische in eklektische Energie um. Es gibt zwei | | unterschiedliche Bauweisen an Drehgeneratoren: eine Innenpolmaschine | | und eine Außenpolmaschine. Bei ersteren dreht sich der Magnet | | innerhalb eines Stators, bei einer Außenpolmaschine besteht der | | Stator aus einem unbeweglichen Magneten, in dem die Spulen gedreht | | werden. | +=======================================================================+ | **What is a generator and how does a generator work?** | | | | Generators don\'t actually create electricity. Instead, they | | **convert mechanical or chemical energy into electrical energy**. | | They do this by capturing the power of motion and turning it into | | electrical energy by forcing electrons from the external source | | through an electrical circuit.\ | | \ | | How is this done?\ | | A generator is simply a device that moves a magnet near a wire to | | create a steady flow of electrons. The action that forces this | | movement varies greatly, ranging from hand cranks and steam engines | | to nuclear fission, but the principle remains the same. | | | | One simple way to think about a generator is to imagine it acting | | like a pump pushing water through a pipe. Only instead of pushing | | water, a generator uses a magnet to push electrons along. This is a | | slight oversimplification, but it paints a helpful picture of the | | properties at work in a generator. A water pump moves a certain | | number of water molecules and applies a certain amount of pressure to | | them. In the same way, the magnet in a generator pushes a certain | | number of electrons along and applies a certain amount of | | \"pressure\" to the electrons. | | | | What different types generator are there? (Innen-/Aussenpolmaschinen | | // inner and outer rotor designs) | | | | Generator Physik Definition und \... | | | | ![Generator Physik Definition und Erklärung · \[mit | | Video\]](media/image2.jpeg) | +-----------------------------------------------------------------------+ | **Wie wird Strom erzeugt? (zusätzliche Informationen)** | | | | Die Stromgewinnung aus fossilen Brennstoffen (Erdgas, Erdöl und | | Kohle) erfolgt in verschiedenen Kraftwerken. Um aus den fossilen | | Brennstoffen Energie zu gewinnen, wird die chemische Energie von | | Erdöl, Kohle und Erdgas mittels Verbrennung erzeugt. Hierfür wird der | | Brennstoff entzündet und die dadurch entstehende Wärme erhitzt einen | | Wärmeträger wie Wasser. Dabei entsteht Dampf, der wiederum eine | | Turbine antreibt. Hierbei entsteht Bewegungsenergie, die einen | | Generator antreibt. Dieser wandelt schließlich die mechanische in | | elektrische Energie um. | | | | **Strom aus Sonnenenergie\ | | **Bei der Photovoltaikanlage wird die Strahlungsenergie der Sonne | | direkt in elektrische Energie umgewandelt. Solarthermie-Anlagen und | | Sonnenwärmekraftwerke machen sich hingegen die thermische Energie der | | Sonne nützlich, indem sie einen Wärmeträger erhitz und Turbinen | | antreibt. So kann mithilfe eines Generators auch hier elektrischer | | Strom erzeugt werden. | | | | **Strom aus Windenergie** | | | | Bei der Gewinnung von elektrischem Strom aus Windenergie wird die | | Bewegungsenergie des Windes in Strom umgewandelt. Hierfür werden | | Windräder in Rotation gebracht und die mechanische Rotationsenergie | | über einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt. | | | | **Strom aus Wasserenergie** | | | | Für die Stromerzeugung aus Wasserkraft macht sich der Mensch die | | Bewegungsenergie von Wasser zu Nutzen. In Stauseen wird das Wasser | | gestaut und gezielt abgelassen. Die hierbei freigesetzte | | Bewegungsenergie des Wassers wird schließlich über Turbinen | | aufgenommen und mittels eines Generators in elektrische Energie | | umgewandelt. | | | | ### **Strom aus Atomkraft** | | | | In einem Atomkraftwerk wird ähnlich wie bei der Stromgewinnung aus | | fossilen Energien Strom produziert. Hier wird die Wärmeenergie jedoch | | nicht durch Verbrennung, sondern durch **Kernspaltung** erzeugt.\ | | Bei der Spaltung des Atomkerns wird die Bindungsenergie freigesetzt | | und **dadurch Hitze gewonnen**. Auch diese Hitze **treibt schließlich | | mittels Wärmeträger Turbinen an, die wiederum einen Generator | | betreiben.**\ | | \ | | **→Wärmeenergie wird zu →Bewegungsenergie und dann zu →elektrischer | | Energie.** | +-----------------------------------------------------------------------+ | **What is the different between voltage and current?** | | | | Voltage is the measure of electric potential energy per unit charge, | | while current is the flow of electric charge through a circuit. | | | | The water/hose analogy for electricity is useful for explaining | | voltage, current, and power. In general terms, charge is water, | | **voltage is the pressure of water, current is the flow of the | | water**. Power is the total amount of water flowing in given time. | +-----------------------------------------------------------------------+ | **What do AC and DC stand for and what is the difference?** | | | | Electric current flows in two ways: | | | | alternating current (AC) or direct current (DC). The main difference | | lies in the direction in which the electrons flow. **In DC, the | | electrons flow steadily in a single direction. In AC, electrons keep | | switching directions, going forward and then backwards**. | | | | **AC power has the advantage of being easily transformed and | | transmitted over long distances**, making it suitable for widespread | | distribution in power grids. The power/transmission grid has to be AC | | so that the voltage can be raised and lowered as needed. | +-----------------------------------------------------------------------+ | **What is inertia?**\ | | In power systems, inertia refers to **the energy stored in large | | rotating generators and some industrial motors, which gives them the | | tendency to remain rotating**. This stored energy can be particularly | | valuable when a large power plant fails, as it can temporarily make | | up for the power lost from the failed generator | +-----------------------------------------------------------------------+ | What is frequency in power supply? | | | | **Frequency** in power supply refers to the number of waves occurring | | per second in electricity. Different countries use specific | | frequencies, such as 50 Hz or 60 Hz. The **utility frequency** (or | | mains frequency) is the nominal frequency of alternating current (AC) | | oscillations transmitted from a power station to the end user in a | | large synchronous grid. | | | | A **wide-area synchronous grid** (also called an \"interconnection\" | | in North America, Verbundnetz) is a three-phase electric power grid | | that operates at a synchronized utility frequency and is electrically | | connected during normal conditions. | +-----------------------------------------------------------------------+ | **What is single-phase and 3-phase power?** | | | | The alternating current power supply can be classified into | | single-phase(1-phase) and three-phase(3-phase). In general, | | single-phase power is used where **electricity requirements are | | low**. In short, it is used to run small equipment. The three-phase | | power carries **a heavy load** and can run large machinery in | | factories. | | | | In the UK, most households have a \'single phase\' meter connected to | | 230 volts or 240 volts via two wires.\ | | However, many homes and businesses operate on a three-phase | | connection with three active cables (\'phases\') and one neutral | | wire. | | | | Deutsch:\ | | Der Drehstrom wird auch als Dreiphasenwechselstrom, umgangssprachlich | | auch als Stark- oder Kraftstrom, bezeichnet. Er ist der Strom, der im | | Niederspannungsnetz vom Endverbraucher (öffentliches Stromnetz) | | genutzt wird. Die Spannung ist hier u. a. auch in Deutschland auf 400 | | Volt begrenzt. | +-----------------------------------------------------------------------+ | **What is the difference between solar panels and solar collectors?** | | | | Solar panels (made up of lots of solar cells) use a photovoltaic | | system to generate electricity. | | | | Solar collectors use thermal energy to heat up systems (e.g. CPS | | systems): A solar collector is **a device that collects and/or | | concentrates solar radiation from the Sun**. These devices are | | primarily used for active solar heating and allow for the heating of | | water for personal use.\ | | This can also be used to produce electricity in a secondary step.\ | | \ | | All solar thermal power systems have solar energy collectors with two | | main components:\ | | **reflectors (mirrors) that capture and focus sunlight onto a | | receiver**.\ | | In most types of systems, a heat-transfer fluid is heated and | | circulated in the receiver and used to produce steam. | +-----------------------------------------------------------------------+ | **Welche Anlagentypen zählen zu konzentrierenden solarthermischen | | Kraftwerken?** | | | | Zu solarthermischen Anlagen zählen Parabolrinnen-, Fresnel- und | | Solarturm-Kraftwerke. Eine Sonderform stellen | | Dish-Stirling-Kraftwerke dar, in denen die fokussierten | | Sonnenstrahlen direkt einen Stirling-Motor antreiben, der wiederum | | den Generator betreibt. | | | | **Wie funktioniert ein solarthermisches Kraftwerk (CSP)?** | | | | \[Hier suchen Sie sich eine der vier o.g. Anlagen aus und beschreiben | | Sie die Funktionsweise, Hauptkomponente, ggf. Vor- und | | Nachteile,...\] | | | | **CSP **Pros | | ============ | | | | - - - - - - - | | | | Cons | | ==== | | | | - - - - - - - | +-----------------------------------------------------------------------+ | **Wie arbeitet prinzipiell ein Stirlingmotor?** | | | | Der Stirlingmotor besteht aus einer hermetisch abgeschlossenen | | Kammer. In dieser befindet sich ein Arbeitsgas, das im Betrieb | | abwechselnd erhitzt und gekühlt wird. Die dabei entstehende | | Volumenänderung treibt je nach Bauart einen oder zwei Kolben an. | | | | **Funktionsweise des Dish-Stirling-Systems:**\ | | Eine parabolisch gekrümmte Konzentratorschale bündelt Solarstrahlung | | auf den nahe seines Brennpunktes angeordneten Receiver mit der | | Stirlingeinheit. Da gerichtete (direkte) Solarstrahlung konzentriert | | wird, müssen Konzentrator und Stirlingeinheit kontinuierlich | | zweiachsig der Sonne nachgeführt werden. Der Receiver absorbiert die | | Strahlung und führt sie als Hochtemperaturwärme dem Stirlingmotor zu, | | der sie über den Stirling-Kreisprozess in mechanische Energie | | wandelt. Ein direkt an die Kurbelwelle des Stirlingmotors gekoppelter | | Generator formt diese dann in elektrische Energie um. | | | | Ein Bild, das Entwurf, Diagramm, Zeichnung, Design enthält. | | Automatisch generierte Beschreibung | +-----------------------------------------------------------------------+ | How can energy be stored? Name 3 different ways and comment on how | | they work and/or their pros and cons | | | | **Chemical storage (batteries)** | | | | **Thermal energy storage:\ | | **Most popular TES materials?\ | | \ | | **Solid storage materials** like rock, concrete, sand (con: heat | | transfer fluid is always needed)\ | | \ | | **Liquid heat storage**: water is most common (con: high vapour | | pressure and corrosiveness to the container above boiling point):\ | | \ | | **Molten salt** is currently one of the most popular TES materials | | used in *CSP* plants. Compared to other liquid heat storage | | materials, molten salts have relative low costs, high energy storage | | densities, excellent thermal stabilities, low viscosities and | | non-flammability. Molten salts in liquid state can be operated at | | high temperatures of several hundred degree centigrade while its | | vapor pressure is much lower than that of water, so it is very | | suitable for high temperature CSP plants | | | | **Thermal oil** (Wärmeträgeröl oder Thermoöl) is usually a kind of | | organic fluid and works as a HTF in many power and energy systems. | | When using as a thermal storage medium, thermal oil can remain in | | liquid phase at temperatures of 350--400°C with stable thermal | | properties, which is much higher than the liquid water. It means that | | thermal oil can store more thermal energy based on the wider | | temperature operation range. Compared to water, thermal oil also has | | a lower vapor pressure, which is beneficial for mechanical designs of | | relevant pipes and containers. Unlike molten salts, thermal oil does | | not freeze during the night in pipes so that it doesn't need any | | antifreeze system. However, the cost of thermal oil is usually higher | | than water and molten salts. | | | | **Other: Flywheel, pumped storage hydropower, CAES, etc.** | +-----------------------------------------------------------------------+ | | +-----------------------------------------------------------------------+ | **Renewables\ | | \ | | → Solar:\ | | **Solar collectors ~~vs. solar cells, solar PV~~, solar thermal power | | plants, CSP\ | | - Grundlagen? Verschiedene Anlagentypen, Funktionsprinzip, | | Vor-/Nachteile? | | | | **→ Wind:\ | | **Grundlagen? Verschiedene Anlagentypen, Funktionsprinzip, | | Vor-/Nachteile | | | | **→ Erdwärme/Geothermie:\ | | **Grundlagen? Verschiedene Anlagentypen, Funktionsprinzip, | | Vor-/Nachteile | +-----------------------------------------------------------------------+