Francis-Turbine
Die Francis-Turbine wurde erfunden von James Bicheno Francis. Sie gehört zu den Überdruckturbinen. Das bedeutet, dass das Wasser mit einem größeren Druck auf das Laufrad trifft als es dieses verlässt. Durch ein Saugrohr am Turbinenausgang wird zusätzlich ein Unterdruck erzeugt und damit die Druckdifferenz bzw. – auf die Höhenverhältnisse übertragen – die Nettofallhöhe vergrößert. Zwei verschiedene Bauformen kommen zum Einsatz:
Wasserkraftschnecke
Bei der Wasserkraftschnecke handelt es sich um die reverse Nutzung eines ursprünglichen Hebe-“Pumpen“-Systems. Das Grundprinzip ist die Archimedische Schraube. Archimedes, ein griechischer Mathematiker, lebte im dritten Jahrhundert v. Chr. Man schreibt ihm die Erfindung der schraubenförmigen Förderanlage zu. Die gebogene „Schraube“ bildet in ihren Schraubengängen kleine „Becken“, die bei der Drehbewegung scheinbar in die Höhe wandern. Darin eingeschlossenes Wasser kann nicht entweichen und wird ebenso in die Höhe transportiert. Erst am Ende der Schraube öffnet sich dieses „Becken“ und das eingeschlossene Wasser wird nach Überwindung des Höhenunterschiedes freigegeben.
Wasserräder und deren Weiterentwicklungen
Die Historie des Wasserrades reicht bis in das vierte Jahrhundert vor der christlichen Zeitrechnung zurück. Die Wasserkraft gehört damit zu den ältesten vom Menschen mithilfe spezieller Maschinen genutzten Energieformen überhaupt. Damals wurden Wasserräder zur Nutzung der Wasserkraft in der Form von mechanischer Energie verwendet.
Mit Wasserkraft wurden zum Beispiel Mühlen, Schmiedehämmer und Sägewerke betrieben. Um 1875 gab es in Deutschland fast 60.000 Wassermühlen. Die Nutzung der Wasserkraft zur Erzeugung elektrischen Stroms begann in dieser Zeit im sehr späten 19. Jahrhundert.
Strom aus Wasserkraft
Flüsse und Seen sind die gestaltenden Elemente der Natur. Man sieht in ihnen Schönheit, Freizeitwerte, aber auch wirtschaftliche Transportwege für den Güterverkehr. Nicht zuletzt ist Wasser aber auch ein Energieträger. Vor allem aber ist Wasser das Grundelement allen Lebens und deswegen außerordentlich wertvoll.
Gegenüber den meist im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien genannten Energieträgern wie Sonne und Wind hat die Wasserkraft einen enormen Vorteil: Sie eignet sich dazu, den Grundlastbedarf des Netzes zu bedienen, weil sie – über kurze Zeitspannen – nicht volatil ist. Das bedeutet: Wasserkraft steht im nahezu konstantem Maße zur Verfügung. Flüsse und Seen werden aus Niederschlägen direkt und über die Zuflüsse permanent gefüllt.
Die Diode – Grundlage der Halbleitertechnik
Die Diode ist der elementarste Halbleiterbaustein überhaupt. Sie besteht aus zwei verschieden dotierten Substratschichten. Erweitert man diese Struktur um mehrschichtige Dotierungen, so entstehen daraus komplexere Halbleiterbausteine wie Transistoren, Thyristoren und IGBT.
Die bekanntesten Substratmaterialien für Dioden und im erweiterten Sinn auch andere Halbleiterbausteine sind Germanium und Silizium. Die Eigenleitfähigkeit dieser Elemente ist nicht besonders gut. Erst durch die Dotierung wird bestimmt, unter welchen Bedingungen das Bauteil leitend wird. Das Grundprinzip einer Diode findet man wie eingangs erwähnt in jedem Transistor und in komplexen Bausteinen der Leistungselektronik wie Thyristoren und IGBT. Auch Bausteine der Digitaltechnik wie beispielsweise Mikroprozessoren basieren letztlich auf dem Prinzip der Diode. Nicht zu vergessen sind Photovoltaik-Zellen, die ebenfalls in ihrer Grundkonstruktion zunächst einmal nichts anderes sind als Dioden.