Como gerar eletricidade ambientalmente amigável? Como funciona uma célula a combustível e como ela pode ser usada para produzir hidrogênio? As energias renováveis serão nossas fontes de energia mais importantes no futuro. A geração, armazenamento e uso de eletricidade a partir das fontes naturais de energia água, vento e sol são claramente explicados usando nove modelos e 28 experimentos. Os potentes módulos solares com muitas opções de montagem permitem uso flexível nos modelos. A tampa dourada incluída serve como dispositivo de armazenamento de energia e pode liberar energia alimentada na rede. A célula a combustível é usada para ilustrar claramente como a água é dividida nos dois componentes hidrogênio e oxigênio. Dessa forma, o princípio das formas futuras de energia é aprendido e habilidades importantes são treinadas. Com os planos de aula abrangentes, o STEM Energias Renováveis pode ser usado de forma ideal na sala de aula.

Energia regenerativa ou renovável refere-se ao fornecimento de energia a partir de fontes sustentáveis como sol, vento, água, geotermia ou biomassa. Elas estão disponíveis em quantidade quase inesgotável. O sol tem uma vida útil de cerca de 5 bilhões de anos. A radiação solar pode ser convertida em eletricidade ou calor. Energia eólica, hidrelétrica e biomassa também são formas transformadas de energia solar.
Por outro lado, a disponibilidade de combustíveis fósseis como carvão, petróleo, gás natural e combustíveis nucleares convencionais diminui continuamente com o consumo constante. Esses combustíveis fósseis pertencem às energias não renováveis. Após sua queima em usinas de energia ou aquecimento, eles não estão mais disponíveis. Eles não se regeneram, estão desvalorizados.
O crescimento da população mundial e o avanço do desenvolvimento tecnológico da humanidade, no entanto, geram uma enorme demanda por energia, que continua aumentando. Além disso, sabe-se que as emissões do gás de efeito estufa dióxido de carbono (CO2) na queima de petróleo, gás natural e carvão são muito altas e, segundo o conhecimento atual, são responsáveis pelo aquecimento global. A emissão de gases de efeito estufa das energias renováveis é apenas de 1/10 a 1/100 por unidade de energia gerada em comparação com as fontes fósseis.
A transição do fornecimento de energia de combustíveis fósseis e nucleares para energias renováveis já está em pleno andamento e é chamada de transição energética na Alemanha. Além da expansão das energias renováveis, a redução do nosso consumo de energia e o aumento da eficiência energética por meio do progresso tecnológico são temas centrais e desafios atuais. No dia a dia, a transição energética se manifesta na mobilidade elétrica no transporte, na compra de eletrodomésticos eficientes em energia ou na renovação energética de edifícios.
Dados atuais e de qualidade sobre o desenvolvimento das energias renováveis na Alemanha são regularmente fornecidos pelo Instituto Federal do Meio Ambiente.
Experimentamos as formas de energia pelo calor do fogo ou pela força do vento. Não podemos vê-la, ouvi-la, saboreá-la ou cheirá-la, mas a utilizamos de diversas maneiras. Sabemos pela física: energia é a capacidade de realizar trabalho. Quando uma lâmpada é ligada ou um carro é movido a gasolina, experimentamos a transformação de uma forma de energia em outra por meio de conversores de energia. Portanto, energia não é uma substância, mas uma propriedade dos corpos. A eletricidade também não é energia. Ela transporta energia e só a libera nos aparelhos elétricos. A eletricidade transporta energia.
Do ponto de vista estritamente científico, o uso comum dos termos energia renovável ou regenerativa não é correto. Energia não pode ser criada nem consumida, portanto também não pode ser renovada. Energia pode apenas ser convertida de uma forma para outra. A quantidade de energia em um sistema fechado permanece constante, mas a parcela utilizável da energia varia conforme a conversão. No total, a quantidade de energia permanece a mesma. Mais precisamente, o que chamamos de consumo de energia é a desvalorização da energia. O valor útil da energia diminui com a conversão e o transporte. Por exemplo, na queima da madeira, a energia química armazenada na madeira é convertida em energia térmica e luminosa. Quando o calor é liberado para o ambiente, ele não é mais útil, está desvalorizado – dizemos que foi "consumido".
Como nosso consumo de energia aumenta constantemente enquanto os combustíveis fósseis diminuem, é ainda mais interessante experimentar com energias renováveis e entender como a energia solar, eólica e hidrelétrica pode ser convertida, armazenada e como a eficiência na transmissão de energia pode ser melhorada.
Energia Hidrelétrica
A energia hidrelétrica é certamente uma das fontes de energia mais antigas utilizadas. Há 3500 anos, na Mesopotâmia, já se utilizava a energia da água por meio de rodas d'água. O caminho da roda d'água até a turbina foi longo. A engenharia do Iluminismo levou a melhorias nas rodas d'água e, finalmente, à construção de novos tipos de máquinas, como as máquinas de coluna d'água. Em 1824, Claude Burdin inventou, com base nisso, a primeira turbina. Quando, em 1866, Werner von Siemens inventou o gerador eletrodinâmico, tornou-se possível converter a energia hidrelétrica em eletricidade. Em 1880, a primeira usina hidrelétrica foi inaugurada em Northumberland, na Inglaterra. Em 1890, a primeira usina hidrelétrica alemã, que também foi a primeira usina de corrente alternada, entrou em operação em Bad Reichenhall, e já em 1896 foi construída, nas Cataratas do Niágara, nos EUA, a primeira grande usina hidrelétrica do mundo.

Energia Eólica
Com o surgimento da eletricidade, no final do século XIX, surgiram as primeiras tentativas de gerar energia elétrica com turbinas eólicas, baseadas na tecnologia dos moinhos de vento. Na década de 1950, o engenheiro J. Juul tornou-se um pioneiro ao construir a primeira turbina eólica do mundo para geração de corrente alternada em Vester Egesborg. A inovadora turbina eólica de Gedser, com uma potência de 200 kW, foi construída entre 1956 e 1957 por J. Juul para a companhia elétrica SEAS na costa de Gedser, no sul da Dinamarca. Em 1987, foi criado o primeiro parque eólico da Alemanha no terreno do Growian, em Marne.

Fotovoltaica
Em 1839, o efeito fotovoltaico foi descoberto por Alexandre Edmond Becquerel, marcando o início da história da fotovoltaica. No entanto, levaria mais de cem anos até que fosse utilizado no fornecimento de energia.
A primeira explicação do efeito fotoelétrico foi dada por Albert Einstein em 1904. Antes disso, Edmond Becquerel havia comprovado a relação entre luz e geração de energia, mas inicialmente não foi possível aproveitar essa descoberta. Em 1954, os físicos Chapin, Fuller e Pearson conseguiram construir a primeira versão mundial de uma célula solar de silício. Esse foi o ponto de partida para o uso de células solares cristalinas na conversão da luz solar em energia elétrica. As primeiras 108 células fotovoltaicas foram usadas em 1958 na missão do satélite americano Vanguard.
No entanto, levariam mais 20 anos até que instalações terrestres fossem feitas. Em 1976, o governo australiano decidiu equipar a rede de telecomunicações no interior com células solares para carregar as baterias instaladas lá. No meio dos anos 80, o engenheiro suíço Markus Real convenceu a instalar pequenas instalações fotovoltaicas descentralizadas em telhados residenciais para demonstrar a implementação privada. Posteriormente, vários grandes projetos solares foram lançados, como o programa 1.000 Telhados na Alemanha (1990) e o programa 70.000 Telhados no Japão (1994). Em 2010, a Alemanha ultrapassou a marca de dez gigawatts e, em 2012, já alcançava 25 gigawatts. No final de 2019, mais de 49 GW estavam instalados na Alemanha.

Com a assinatura do setor de energia e do governo federal sobre a saída da energia nuclear em 11 de junho de 2001, a chamada transição energética, a transformação do sistema energético para um fornecimento sustentável de energia com a ajuda de fontes renováveis, passou a ser o foco da percepção social, da pesquisa atual e do desenvolvimento tecnológico.
O kit de construção fischertechnik Energias Renováveis aborda as questões centrais da conversão de energia por meio de conversores de energia, transmissão de energia e armazenamento de energia das fontes renováveis. Os diversos modelos de energia eólica, hidrelétrica e fotovoltaica convidam a experimentar e explorar, abordando tematicamente questões atuais das ciências naturais e da física.
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