12. Klasse FOS/BOS

Was erwartet Sie im Technologie/Informatik-Unterricht der 12. Klasse FOS/BOS?


In der Jahrgangsstufe 12 stehen Energiesysteme im Mittelpunkt des Technologieunterrichtes. Es werden Energiewandlungs- und Übertragungssysteme analysiert, ihre Effektivität betrachtet und Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung und Energieeinsparung diskutiert. 
Im Informatikteil werden die Grundbegriffe einer modernen Programmiersprache, z.B. Java, C++ oder VisualBasic unterrichtet.

Hier einige Beispiele:

Energiewandlungssystem Laufwasserkraftwerk:
Die Abbildung zeigt schematisch und vereinfacht die Komponenten eines Laufwasserkraftwerks.
Nennleistung des Kraftwerks 
PN= 26 MW Gesamtwirkungsgrad ηges = 89%.
 
Typische Aufgabenstellungen zu diesem System:
  • Zeichnen Sie ein vollständig beschriftetes System-Blockschaltbild des Kraftwerks mit allen in der Wandlungskette vorkommenden Energieformen.
  • Berechnen Sie die in das Kraftwerk hineinströmende mechanische Leistung des Wassers.
  • Welche Turbinenart verwendet man vorzugsweise bei solchen Laufwasserkraftwerken?
  • Welche Wassermenge muss bei einer Fallhöhe h = 5,0 m pro Sekunde in das Kraftwerk hineinströmen?
  • Laufwasserkraftwerke zählt man zu den Grundlastkraftwerken. Erläutern Sie diesen Begriff und geben Sie an, welche weiteren Kraftwerkstypen es gibt.

Energiewandlungssystem Wärmepumpe:
Die Abbildungen zeigen schematisch die Komponenten und das Energieflussbild einer Erdkollektor-Wärmepumpe. 

Original-Abbildung aus der Multimedia-Software: „Energiewelten“ © HEA, Berlin; BDEW, Berlin

 
Typische Aufgabenstellungen zu diesem System:
  • Skizzieren Sie das vollständig beschriftete System-Blockschaltbild mit allen Ein- und Ausgängen und erläutern Sie das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe.
  • Mit welchen Wärmequellen und in welchen verschiedenen Betriebsarten lassen sich Wärmepumpen betreiben? Diskutieren Sie Vor- und Nachteile.
  • Was versteht man unter der Leistungszahl ε einer Wärmepumpe?
  • Unter welchen Bedingungen ist der Einbau einer Wärmepumpe sinnvoll? Beachten Sie dabei technologische, ökonomische und ökologische Gesichtspunkte.
  • Systemvergleich: Konventionelle Ölheizung vs. elektrisch betriebene Grundwasserwärmepumpe. Welche Einsparung von Primärenergie ist durch den Betrieb der Wärmepumpe möglich? Welche Menge an CO2 Emissionen kann dadurch vermieden werden?
  • … 

Energiewandlungssystem Stirling-Motor:
Die Abbildung zeigt mehrere Einheiten des regenerativen Energieumwandlungssystems  „Sun-Catcher“  zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Im Brennpunkt des Spiegels ist ein Stirlingmotor befestigt, welcher wiederum direkt einen Generator antreibt.

Daten einer Sun-Catcher-Anlage:
  • 40 Spiegel á 2,225 m² 
  • folglich eine Gesamtfläche von 89 m²
  • Pel = 25 kW
  •  hReal = 28 %
    (
    Realer Wirkungsgrad der Anlage)

Abbildung aus der Zeitschrift Technology Review, Februar 2010


Typische Aufgabenstellungen zu diesem System:
  • Skizzieren Sie das vollständig beschriftete System-Blockschaltbild mit allen in der Umwandlungskette vorkommenden Energieformen.
  • Beschreiben Sie den Aufbau und die Wirkungsweise des Systems „Sun-Catcher“.
  • Vergleichen Sie die Effektivität des Systems mit einer üblichen Photovoltaik-Anlage?
  • Beschreiben Sie den Aufbau und die Wirkungsweise eines Stirlingmotors.
  • Welche Aufgabe haben die Teilsysteme „Verdrängerkolben“ und „Regenerator“?
  • Zeichnen Sie qualitativ den vollständig beschrifteten thermodynamischen Kreisprozess eines Stirlingmotors in ein V-p-Diagramm.
  • Stellen Sie die Vor- und Nachteile einer Stirlingmaschine gegenüber anderen thermodynamischen Systemen gegenüber.
  • Systemvergleich: Braunkohlekraftwerk vs. SunCatcher. Welche Mengen an Braunkohle und welche Menge an CO2-Emissionen gegen lassen sich durch den Betrieb eines solchen Systems einsparen, wenn der Sun-Catcher an 1800 Stunden pro Jahr im Nennbetrieb arbeitet?


Programmierung in Java mit Greenfoot:
Die untenstehenden Abbildungen zeigen das Greenfoot-Szenario „Leaves and Wombats“ eine Objektkarte des Objekts „wombat2“ und einen Teil des Java-Quellcodes der Klasse „Wombat“.
 
 
  


public class Wombat extends Actor {
  private static final int EAST = 0;
  private static final int WEST = 1;
  private static final int NORTH = 2;
  private static final int SOUTH = 3;

  private int direction;
  private int leavesEaten;

  public Wombat() {
    setDirection(EAST);
    leavesEaten = 0;
  }

// Tut, was immer der Wombat im Moment gerne tun möchte.

  public void act() {
    if(foundLeaf()) { 
    eatLeaf(); 
  } 
  else if(canMove()) { 
    move(); 
  } 
  else { 
    turnLeft(); 
  } 
}






Typische Aufgabenstellungen zu den Abbildungen dieses Systems:
  • Greenfoot-Szenarien bestehen aus den Weltklassen, der Greenfoot-Steuerung und einem Satz von Actor-Klassen. Beschreiben Sie die Beziehungen, die zwischen den Klassen bestehen. 
  • Welcher Teil des Quellcodes beschreibt die Beziehung zwischen den Klassen „Wombat“ und „Actor“?
  • Erläutern Sie die Unterschiede zwischen der Klasse „Wombat“ und dem Objekt „wombat2“. 
  • Wie erkennt man im Quellcode der Klasse „Wombat“ die Konstruktormethode? 
  • Beschreiben Sie mit Hilfe des Quellcodes, was die act-Methode bewirkt und zeichnen Sie ein Struktogramm dieser Methode. Welchen Rückgabewert liefert diese Methode?