Inhaltsverzeichnis Kontext Energieeffizienz

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Kontext Energie Grundprobleme des globalen Energiesystems Begrenztheit der Ressourcen Gerechtigkeit der Verteilung Klimawandel Lösungsansätze Szenarien einer zukünftigen Entwicklung Energiepotentiale Szenarien und Prognosen Beispiel: Leitszenario Beispiel: Energiesystem D Exkurse Externe Kosten der Energieerzeugung Kernenergie Kernfusion CO 2 -Abtrennung Literaturverzeichnis Energieeffizienz Ansätze zur Energiebedarfsreduktion Energieeffizienz von Gebäuden Gesetzgeberische Maßnahmen Energetische Bewertung von Gebäuden Berechnungsansätze Energieeffizienz der Wärmebereitstellung Sanierungsmaßnahmen Innovative Wärmebereitstellung Wärmeerzeugung in Kraft-Wärmekopplung Wirtschaftlichkeit von Energieeffizienzmaßnahmen Grundlagen der Investitionsrechnung ix

2 x Inhaltsverzeichnis Anwendungsbeispiele zur Wirtschaftlichkeit Anwendungsbeispiel für eine Energieeffizienzanalyse Literaturverzeichnis Regenerative Energiequellen Strahlungsangebot der Sonne Strahlung und Materie Strahlungsquelle Sonne Einfluss der Erdatmosphäre Direktstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche Global- und Diffusstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche Jahressumme der Globalstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche Auslegungshilfsmittel Sonnenstandsdiagramm Auslegungshilfsmittel Strahlungsatlas Messung der Einstrahlung Erdwärme Oberflächennahe Nutzung Tiefe Erdwärme Biomasse Biomassebereitstellung Biomasseproduktion Physikalische und chemische Charakterisierung von Bioenergieträgern Ökologie und Nachhaltigkeit Windenergie Windentstehung Leistung des Windes Grenzschicht Häufigkeitsverteilung Die Turbulenz der Windströmung Windklassen Messung der Windverhältnisse Wasserkraft Wasserkreislauf Nutzbarer Niederschlagsanteil Arbeitsvermögen des Wassers Weltweites Nutzungspotential Literaturverzeichnis Photovoltaik Geschichte der Photovoltaik Physikalische Grundlagen Einführung in die Halbleitertheorie

3 Inhaltsverzeichnis xi Generations- und Rekombinationsprozesse Die Solarzelle als p-n-übergang Modellbildung für eine reale Solarzelle Amorphe Halbleitermaterialien Komponenten und Technologien Herstellungsverfahren für kristalline Si-Solarzellen Herstellungsverfahren für Dünnschicht-Solarzellen Solarzellen der dritten Generation Solarmodule Aufständerung Stromrichter Systemtechnik Verschaltung von Solarzellen zu Solargeneratoren Regelung von Solargeneratoren Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen Photovoltaik-Inselanlagen Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Photovoltaikmodulen (Sebastian Voswinckel) Leistungsgarantie und Lebensdauer Degradation Auslegungsbeispiele Inselnetz Flanitzhütte PV-Kraftwerk Nentzelsrode Literaturverzeichnis Solarthermie Geschichte der solarthermischen Energienutzung Physikalische Grundlagen Strahlungsphysikalische Grundlagen Strahlungstransmission Absorption und Strahlungswandlung Strahlungskonzentration Wärmetransport im Kollektor Kenn- und Leistungsdaten von Solarkollektoren Komponenten Kollektoren Absorber Transparente Abdeckungen Kollektorkreis Speicher Weitere Komponenten Zukünftige Entwicklungslinien Systemtechnik Betriebsarten System-Kennwerte...386

4 xii Inhaltsverzeichnis Exkurs Trinkwassererwärmung und Hygiene Solare Trinkwassererwärmung im Ein- und Zweifamilienhaus Große Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung Solare Heizungsunterstützung Solare Prozesswärme Solares Kühlen Solare Fernwärme Solare Nahwärme Solare Kraftwerke Solarwirtschaft Der Markt für Solarthermie Gesetzliche Regelungen und Fördermaßnahmen Wirtschaftlichkeit Literaturverzeichnis Geothermie Geschichte der geothermischen Energienutzung Grundlagen Modellierung von Erdwärmesonden Thermodynamik der Wärmepumpen Thermodynamik der geothermischen Stromerzeugung Komponenten und Systemtechnik Erdwärmesonden Erdkollektoren Grundwasserbrunnen Wärmepumpen Wirtschaftlichkeit von Wärmepumenanlagen Auslegungsbeispiele Geothermische Beheizung eines Einfamilienhauses Geothermisches Kraftwerk Ribeira Grande, Azoren Literaturverzeichnis Biomasse Geschichte der energetischen Biomassenutzung Thermochemische Umwandlung Verbrennung Emissionen aus der Biomasseverbrennung Anwendungsbereiche und Technologien zur Wärme- und Stromerzeugung Verbrennung von Halmgut und Getreide Verbrennung von Rest- und Abfallstoffen Verbrennung von Biomasse in Großfeuerungsanlagen Kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom aus Biomasse

5 Inhaltsverzeichnis xiii Biomassevergasung: Grundlagen und Anwendung Biochemische Umwandlung Grundlagen der Biogaserzeugung Dimensionierung von Biogasanlagen Technik zur Erzeugung von Biogas Technik zur Nutzung von Biogas Flüssige Bioenergieträger: Biokraftstoffe Entwicklung des weltweiten Biokraftstoffmarkts Biokraftstoffe der 1. Generation: Pflanzenöle Biokraftstoffe der 1. Generation: Biodiesel Biokraftstoffe der 2. Generation: Hydrierte Planzenöle Erzeugung von Bioethanol Biokraftstoffe der 2. Generation: synthetische Biokraftstoffe Biokraftstoffe der 3. Generation Literaturverzeichnis Windkraftanlagen Geschichte der Windenergienutzung Physikalische Grundlagen Die Betzsche Theorie Schwingungsverhalten von Windenergieanlagen Komponenten Rotorblätter Getriebe Antriebsstrang Turm Generator Systemtechnik Anlagenkennlinie Regelungskonzepte Condition Monitoring Systeme Genehmigungsverfahren (Tanja Schabbach) Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen Auslegungsbeispiel Literaturverzeichnis Wasserkraftanlagen Einführung Typisierung und Aufbau Wasserturbinen Die Peltonturbine Die Francisturbine Die Kaplanturbine Die Eulersche Turbinenhauptgleichung Literaturverzeichnis...726

6 xiv Inhaltsverzeichnis 10 Energiespeicher Elektrische Speichertechnologien Mechanische Energiespeicher Elektrische Energiespeicher Elektrochemische Energiespeicher Thermische Speichertechnologien Sensible Speicher Latentwärmespeicher Thermochemische Speicher Chemische Speichertechnologien Power-to-Gas Power-to-Liquid Literaturverzeichnis Elektrische Energiesysteme Struktur des elektrischen Energieversorgungssystems Integration von Photovoltaikanlagen Integration von Windkraftanlagen Literaturverzeichnis Thermische Energiesysteme Struktur der thermischen Energieversorgung Integration von Kraft-Wärme-Kopplung, Biomasse und Geothermie in Nahwärmenetze Integration solarer Wärme in Nahwärmenetze Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz Anwendungsbeispiel Kommunale Fernwärme (Pascal Leibbrandt). 792 Literaturverzeichnis Mobilität Kraftstoffe Biokraftstoffe Wasserstoff Elektrofahrzeuge Batteriegespeiste Elektrofahrzeuge Brennstoffzellengespeiste Elektrofahrzeuge Literaturverzeichnis Thermodynamische Bewertung regenerativer Energiewandlungen Geschichte der Energiewandlung Die Energie Die Entropie Die Energie des Systems Gewollte und ungewollte Energiewandlungen Energiewandlung innerhalb des Systems Energietransport über die Systemgrenze

7 Inhaltsverzeichnis xv Ungewollte Energieumwandlungen (Dissipation) Energiebilanzen für geschlossene und offene Systeme Geschlossene Systeme Offene Systeme Exergie, Anergie, Wirkungs- und Nutzungsgrad Stoffeigenschaften Zustandsgleichungen Idealgas Reale Gase Ideale Flüssigkeiten und Feststoffe Reale Flüssigkeiten und Feststoffe Nassdampf Ideale Gasgemische Binäre Gemische Thermodynamische Maschinen und Komponenten Pumpen Verdichter Turbinen Wärmeübertrager Drosselventile Düse und Diffusor Wärmeerzeuger Kreisprozesse Bilanzierung des Kreisprozesses Kreisprozess-Varianten Thermodynamik der solaren Energiewandlung Thermodynamik der Strahlung Solarthermischer Umwandlungspfad Photovoltaischer Umwandlungspfad Literaturverzeichnis Apokryphen Historische Perpetua mobilia Erfinder Esoteriker Lösungen Literaturverzeichnis Sachverzeichnis...931

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