Inhalt 1 Energiebedarf 2 Sonne

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August Gerber
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1 Inhalt 1 Energiebedarf Weltweite Entwicklung des Energiebedarfs, Energieressourcen Auswirkungen des Energiebedarfs Energieformen, -träger und -umwandlungsprozesse, Exergie-Anergie Bedarfsdiagramme Deutschland- wirtschaftliche Überlegungen Energiepreise, Erneuerbare Energiengesetz (EEG), Kyoto-Protokoll, Emissionshandel Erneuerbare Energien (EE) in Deutschland Literatur Sonne Einleitung Sonne Fusionsreaktion in der Sonne Sonne als Energiequelle Aufbau der Sonne Blickwinkel der Sonne, Leuchtdichtenverteilung über der Sonnenscheibe Solarkonstante, Globalstrahlung, direkte und diffuse Einstrahlung Spektrum der extraterrestrischen Strahlung Schwächungsmechanismen in der Atmosphäre Technische Berechnung der Schwächung in der Atmosphäre Räumliche und zeitliche Variation der Solarstrahlung Direktstrahlung auf horizontale oder geneigte Flächen Tages-, Jahressummen der extraterrestrischen Einstrahlung auf unterschiedlich ausgerichtete Flächen Einstrahlungsrichtung auf nachgeführte Flächen Einstrahlungsrichtung der diffusen Strahlung Typische Werte der Globalstrahlung Einstrahlung bei Bewölkung Statistische Verfahren Terrestrisch nutzbare Solarstrahlung, Strahlungsbilanz der Erde Literatur IX

2 X Inhalt 3 Einfluss der Konzentration auf solarthermische Systeme Abgrenzung zwischen aktiver und passiver Solarthermie Kollektoren Kollektorarten und typische Einsatztemperaturen Prinzipieller Aufbau eines Kollektors Wirkungsgrad nichtkonzentrierender Solarkollektoren Konzentrierende Systeme Kollektorwirkungsgrad konzentrierender Systeme Bedeutung und Grenzen des Konzentrationsverhältnisses Maximale Absorbertemperatur Geometrische Nachführungsaspekte Nicht-abbildende Konzentratoren Linear-abbildende Konzentratoren Parabolrinnen Reflektorbedingte Grenzen des Konzentrationsverhältnisses Konzentrationsbedingte technische Nutzungsfelder Literatur Passive Mechanismen in der Solarenergie Passive Transportvorgänge und Anwendung in der Solarthermie Arten der Wärmeübertragung Wärmeleitung in Fluiden und Festkörpern Stationäre Wärmeleitung in Fluiden und Festkörpern Instationäre Wärmeleitung in einem Kontinuum Anwendung der Wärmeleitung in der Gebäudetechnik Molekulare Wärmeleitung Strahlungswärmetransport Emission, Absorption und Reflexion Kirchhoff sches Strahlungsgesetz Strahlungsaustausch zwischen Körpern Strahlungsaustausch zwischen grauen, diffus strahlenden unendlichen Flächen Strahlungsaustausch zwischen schwarz strahlenden endlich großen Flächen Strahlungsaustausch zwischen grau strahlenden, endlich großen Flächen Strahlung in Anwesenheit der Sonne Strahlungstransport in transparenten Medien Reflexion, Snelliussches-Brechungsgesetz und Totalreflektion Polarisation, Fresnel sche Formeln und Brewster Winkel Transmission und Reflexion in transparenten Medien Ursachen der Absorption und Reflexion in transparenten Medien Technische Manipulation des Strahlungstransports in transparenten Körpern

3 Inhalt XI Verfahren zur Erzeugung dünner, selektiver Schichten Fenster Transparente Wärmedämmung Selektive Absorber Anforderungen an einen selektiven Absorber Aufbau selektiver Absorber Absorberschichten für die Anwendung im Vakuum Nieder- u. Mitteltemperaturabsorberschichten in Luft/Vakuum Absorberschichten für Hochtemperaturanwendungen Degradationsmechanismen selektiver Absorberschichten Literatur Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen Kollektorstillstand Einphasiger konvektiver Impuls- und Wärmetransport Erhaltungsgleichungen Ähnlichkeitsgesetze der Strömungsmechanik Laminarer Impulsaustausch Grenzschichtgleichungen Laminarer Energieaustausch Strömungs- und Wärmeübergangsparameter Thermische Randbedingungen Laminare Wärmeübertragung in Rohren Turbulenter Impulsaustausch Turbulenter Energieaustausch Analogie zwischen Wärme- und Impulstransportparametern Verfahren und Modellierungsansätze zur numerischen Berechnung Anwendung lokaler fluiddynamischer Berechnungen im Kollektor Entscheidung Zwang-, Misch- oder auftriebsbehaftete Konvektion Ingenieurtechnisch oft verwendete einphasige Wärmeübergangsbeziehungen Mehrphasiger Impuls- und Energieaustausch Wärmeübergang beim Sieden Behältersieden Erscheinungsformen des Rohrsiedens Kenngrößen der Zweiphasenströmung Homogenes Modell der Zweiphasenströmung Schlupfmodell Druckverlustberechnung in Ein- u. Mehrphasenströmungen

4 XII Inhalt Strömungsformenkarten Wärmeübergang beim Phasenwechsel Instabilitäten der Zweiphasenströmung Kondensation in Rohrleitungen Literatur Solarthermische Niedertemperatursysteme Berechnung solarthermischer Niedertemperatursysteme Niedertemperaturkollektorvarianten Röhrenabsorber Flachkollektor Vakuumkollektor Weitere Kollektorvarianten Systemsimulation solarthermischer Systeme Energiefluss bei Plug-flow-Modellierung Fehleranalyse in Systemsimulationen Solarkollektormodellierung Aufbau solarthermischer Niedertemperatursysteme Thermosiphonanlagen Zwangsumlaufsysteme, Komponenten des Solarkreises Planung, Dimensionierung und Konzeption von Niedertemperatursolarsystemen Verringerung und Vermeidung von Stillstandssituationen Systemkonzepte solarthermischer Niedertemperaturanlagen Literatur Solarthermische Hochtemperatursysteme Klassifizierung von Solarkraftwerken Solarturmanlagen Parabolrinnenkraftwerke Fresnelkraftwerke Spiegel und Spiegelfeldauslegung Strahlungsdichteverteilung der Sonne Zirkumsolarstrahlung Geometrische Verluste am Einzelspiegel Geometrischer Verluste am Spiegelverband Optische, materialspezifische und Absorptionsverluste Berechnungsgrundlagen zur Ermittlung des Receiverertrags Aufwindkraftwerke Funktionsprinzip eines Aufwindkraftwerks Leistung und Wirkungsgrad eines Aufwindkraftwerks Komponenten des Aufwindkraftwerks Solarpond Physikalische Wirkungsweise des Solarponds

5 Inhalt XIII Mathematische Beschreibung des Solarteichs und der Randbedingungen Stabilitätsüberlegungen und vertikale Grenzflächenbewegung in Solarteichen Verfahren zur thermischen Ausspeicherung der Wärme Operative und technische Maßnahmen zum Betrieb eines Solarponds Energiewandlungsprozesse Energiewandelnde Kreisprozesse Carnot Prozess, Auswirkung irreversibler Vorgänge Joule-Brayton-Prozess (Gasturbinenprozess) Clausius-Rankine-Prozess (Dampfprozess) Kombinierte Prozesse-GuD Alternative Kreisprozesse, Organic Rankine Cycle (ORC), KALINA Prozess Kopplung Spiegelfeld- Energiekonversion, fossil-solare Hybridkraftwerke Kostenstrukturen und Optionen solarthermischer Kraftwerke Literatur Energiespeicher Energieinhalt und Anforderungen an Speicher Auslegungsverhältnis solarthermischer Kraftwerke Direkte thermische Speicher Flüssige Speichermedien Speicherkapazität Arten flüssiger thermischer Energiespeichersysteme Thermische Speicher mit festem Speichermedium Latentwärmespeicher Reaktionsspeicher Katalytische Reaktionen Thermische Dissoziationsreaktionen Adsorptionsvorgänge Niedertemperaturspeicher Niedertemperaturspeicherarten Thermische Anforderungen an Wärmespeicher Temperaturschichtung innerhalb des Speichers Literatur Solare Klimatisierung Kühlung und Klimatisierung Bewertungsgrößen von Kälte- und Klimaprozessen Raumklima, Behaglichkeit und Kühllast

6 XIV Inhalt 9.4 Bestimmung der Kühlleistung Solare Kühlverfahren Kälte- und Klimatisierungsprozessführung Ideale Kompressionskältemaschine, Carnot scher Vergleichsprozess Reale Kompressionskältemaschine und Kältemittelwahl Thermisch getriebene Kältemaschinen (Sorptionskältemaschinen) Bewertung der Klimatisierung Literatur Anhang A Berechnung von Wärmeübertragern Sachverzeichnis

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