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1 Inhaltsverzeichnis Volker Quaschning Regenerative Energiesysteme Technologie - Berechnung - Simulation ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

2 Inhaltsverzeichnis 1 Energie und Klimaschutz Der Begriff Energie Entwicklung des Energiebedarfs Entwicklung des Weltenergiebedarfs Entwicklung des Energiebedarfs in Deutschland Reichweite konventioneller Energieträger Der Treibhauseffekt Kernenergie contra Treibhauseffekt Kernspaltung Kernfusion Nutzung erneuerbarer Energien Geothermische Energie Planetenenergie Sonnenenergie Nutzung der direkten Sonnenenergie Nutzung der indirekten Sonnenenergie Künftiger Energiebedarf und Klimaschutz Entwicklung des weltweiten Energiebedarfs Internationaler Klimaschutz Klimaschutz in Deutschland Sonnenstrahlung Einleitung Der Fusionsreaktor Sonne Sonnenstrahlung auf der Erde Bestrahlungsstärke auf der Horizontalen Sonnenposition und Einfallswinkel Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene Direkte Strahlung auf der geneigten Ebene Diffuse Strahlung auf der geneigten Ebene Bodenreflexion Strahlungsgewinn durch Neigung oder Nachführung Berechnung von Abschattungsverlusten Aufnahme der Umgebung Bestimmung des direkten Abschattungsgrades Bestimmung des diffusen Abschattungsgrades Gesamtermittlung der Abschattungen Optimaler Abstand bei aufgeständerten Solaranlagen...78

3 8 Inhaltsverzeichnis 2.8 Solarstrahlungsmesstechnik und Sonnensimulatoren Messung der globalen Bestrahlungsstärke Messung der direkten und der diffusen Bestrahlungsstärke Künstliche Sonnen Nicht konzentrierende Solarthermie Grundlagen Solarthermische Systeme Solare Schwimmbadbeheizung Solare Trinkwassererwärmung Schwerkraft- oder Thermosiphonanlagen Anlagen mit Zwangsumlauf Solare Heizungsunterstützung Rein solare Heizung Solare Nahwärmeversorgung Solares Kühlen Solarkollektoren Speicherkollektoren Flachkollektoren Vakuumröhrenkollektoren Kollektorabsorber Kollektorleistung und Kollektorwirkungsgrad Rohrleitungen Leitungsaufheizverluste Zirkulationsverluste Speicher Trinkwasserspeicher Schwimmbecken Anlagenauslegung Nutzwärmebedarf Solarer Deckungsgrad und Nutzungsgrad Solare Trinkwasseranlagen Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung Rein solare Heizung Aufwindkraftwerke Konzentrierende Solarthermie Einleitung Konzentration von Solarstrahlung Konzentrierende Kollektoren Linienkollektoren Kollektorarten und Kollektorgeometrie Kollektornutzleistung und Kollektorwirkungsgrad Längenausdehnung Parabolrinnenkollektorfelder Punktkonzentratoren Wärmekraftmaschinen Carnot-Prozess Clausius-Rankine-Prozess Joule-Prozess Stirling-Prozess...151

4 Inhaltsverzeichnis Konzentrierende solarthermische Anlagen Parabolrinnenkraftwerke Solarturmkraftwerke Offener volumetrischer Receiver Druck-Receiver Dish-Stirling-Anlagen Sonnenöfen und Solarchemie Stromimport Photovoltaik Einleitung Funktionsweise von Solarzellen Atommodell nach Bohr Photoeffekt Funktionsprinzip einer Solarzelle Herstellung von Solarzellen und Solarmodulen Solarzellen aus kristallinem Silizium Solarmodule mit kristallinen Zellen Solarzellen ausamorphem Silizium Solarzellen aus anderen Materialien Elektrische Beschreibung von Solarzellen Einfaches Ersatzschaltbild ErweitertesErsatzschaltbild (Eindiodenmodell) Zweidiodenmodell Zweidiodenmodell mit Erweiterungsterm Weitere elektrische Zellparameter Temperaturabhängigkeit Parameterbestimmung Elektrische Beschreibung von Solarmodulen Reihenschaltung von Solarzellen Reihenschaltung unter inhomogenen Bedingungen Parallelschaltung von Solarzellen Technische Daten von Solarmodulen Solargenerator und Last Widerstandslast Gleichspannungswandler Tiefsetzsteller Hochsetzsteller Weitere Gleichspannungswandler MPP-Tracker Akkumulatoren Akkumulatorarten Bleiakkumulator Andere Akkumulatortypen Akkumulatorsysteme Andere Speichermöglichkeiten Wechselrichter Wechselrichtertechnologie Rechteckwechselrichter Andere Wechselrichter Wechselrichter in der Photovoltaik...227

5 10 Inhaltsverzeichnis 5.9 Neue Photovoltaiksysteme Planung und Auslegung Inselnetzsysteme Netzgekoppelte Systeme Windkraft Einleitung Dargebot von Windenergie Entstehung des Windes Angabe der Windstärke Windgeschwindigkeitsverteilungen Einfluss der Umgebung und Höhe Nutzung der Windenergie Im Wind enthaltene Leistung Widerstandsläufer Auftriebsläufer Bauformen von Windkraftanlagen Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse Anlagenaufbau Rotorblätter Windgeschwindigkeitsbereiche Leistungsbegrenzung und Sturmabschaltung Windnachführung Turm, Fundament, Getriebe und Generator Offshore-Windkraftanlagen Elektrische Maschinen Elektrische Wechselstromrechnung Drehfeld Synchronmaschine Aufbau Elektrische Beschreibung Synchronisation Asynchronmaschine Aufbau und Betriebszustände Ersatzschaltbilder und Stromortskurven Leistungsbilanz Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien und typische Generatordaten Elektrische Anlagenkonzepte Asynchrongenerator mit direkter Netzkopplung Synchrongenerator mit direkter Netzkopplung Synchrongenerator mit Umrichter und Zwischenkreis Drehzahlregelbare Asynchrongeneratoren Inselnetzanlagen Netzbetrieb Anlagenertrag Netzanschluss Wasserkraft Einleitung Dargebot der Wasserkraft...295

6 Inhaltsverzeichnis Wasserkraftwerke Laufwasserkraftwerke Speicherwasserkraftwerke Pumpspeicherkraftwerke Wasserturbinen Turbinenarten Kaplan-Turbine und Rohr-Turbine Ossberger-Turbine Francis-Turbine Pelton-Turbine Turbinenwirkungsgrad Weitere technische Anlagen zur Wasserkraftnutzung Gezeitenkraftwerke Meeresströmungskraftwerke Wellenkraftwerke Geothermie Geothermievorkommen Geothermische Heizwerke Geothermische Stromerzeugung Kraftwerksprozesse Geothermische Kraftwerke Wärmepumpen Kompressions-Wärmepumpen Absorptions-Wärmepumpen Adsorptions-Wärmepumpen Einsatzgebiete, Planung und Ertragsberechnung Nutzung der Biomasse Vorkommen an Biomasse Feste Bioenergieträger Flüssige Bioenergieträger Pflanzenöl Biodiesel Bioalkohole Biomass-to-Liquid (BtL)-Brennstoffe Gasförmige Bioenergieträger Flächenerträge und Umweltbilanz Biomasseanlagen Biomasseheizungen Biomassekraftwerke Wasserstofferzeugung, Brennstoffzellen und Methanisierung Wasserstofferzeugung und -speicherung Brennstoffzellen Einleitung Brennstoffzellentypen Wirkungsgrade und Betriebsverhalten Methanisierung...356

7 12 Inhaltsverzeichnis 11 Wirtschaftlichkeitsberechnungen Einleitung Energiegestehungskosten Berechnungen ohne Kapitalverzinsung Solarthermische Anlagen zur Trinkwassererwärmung Solarthermische Kraftwerke Photovoltaikanlagen Windkraftanlagen Wasserkraftanlagen Geothermieanlagen Holzpelletsheizungen Berechnungen mit Kapitalverzinsung Solarthermische Anlagen zur Trinkwassererwärmung Solarthermische Kraftwerke Photovoltaikanlagen Windkraftanlagen Vergütung für regenerative Energieanlagen Zukünftige Entwicklung der Kosten für regenerative Energien Kosten konventioneller Energiesysteme Externe Kosten des Energieverbrauchs Subventionen im Energiemarkt Ausgaben für Forschung und Entwicklung Kosten für Umwelt- und Gesundheitsschäden Sonstige externe Kosten Internalisierung der externen Kosten Kritische Betrachtung der Wirtschaftlichkeitsberechnungen Unendliche Kapitalvermehrung Die Verantwortung des Kapitals Simulation und die DVD zum Buch Allgemeines zur Simulation Die DVD zum Buch Start und Überblick Abbildungen Software Vermischtes Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis

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