Inhaltsverzeichnis Kontext Energieeffizienz

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Kontext Energie Grundprobleme des globalen Energiesystems BegrenztheitderRessourcen GerechtigkeitderVerteilung Klimawandel Lösungsansätze Szenarien einer zukünftigen Entwicklung Energiepotenziale Szenarien und Prognosen Beispiel:Leitszenario Exkurse Externe Kosten der Energieerzeugung Kernenergie Kernfusion CO 2 -Abtrennung Literaturverzeichnis Energieeffizienz AnsätzezurEnergiebedarfsreduktion Vermeidung Verhaltensänderung Energieeffizienzsteigerung ErsatzfossilerEnergieträger GesetzgeberischeMaßnahmenzurEnergieeffizienz EnergieeffizienzinGebäuden GesetzgeberischeMaßnahmen EnergetischeBewertungvonGebäuden Berechnungsansätze EnergieeffizienzimWärmebereich Sanierungsmaßnahmen ix

2 x Inhaltsverzeichnis InnovativeWärmebereitstellung Wärmeerzeugung in Kraft-Wärmekopplung Wirtschaftlichkeit von Energieeffizienzmaßnahmen Grundlagen der Investitionsrechnung Anwendungsbeispiele zur Wirtschaftlichkeit Anwendungsbeispiel für eine Energieeffizienzanalyse Literaturverzeichnis Regenerative Energiequellen Strahlungsangebot der Sonne StrahlungundMaterie Strahlungsquelle Sonne EinflussderErdatmosphäre DirektstrahlungaufeinebeliebigorientierteFläche Global- und Diffusstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche Jahressumme der Globalstrahlung auf eine beliebig orientiertefläche Auslegungshilfsmittel Sonnenstandsdiagramm Auslegungshilfsmittel Strahlungsatlas MessungderEinstrahlung Erdwärme OberflächennaheNutzung TiefeErdwärme Biomasse Biomassebereitstellung Biomasseproduktion Physikalische und chemische Charakterisierung von Bioenergieträgern Ökologie und Nachhaltigkeit Windenergie Windentstehung LeistungdesWindes Grenzschicht Häufigkeitsverteilung DieTurbulenzderWindströmung Windklassen MessungderWindverhältnisse Wasserkraft Wasserkreislauf NutzbarerNiederschlagsanteil ArbeitsvermögendesWassers Weltweites Nutzungspotenzial Literaturverzeichnis...187

3 Inhaltsverzeichnis xi 4 Photovoltaik GeschichtederPhotovoltaik Physikalische Grundlagen EinführungindieHalbleitertheorie Generations-undRekombinationsprozesse DieSolarzellealsp-n-Übergang Modellbildung für eine reale Solarzelle AmorpheHalbleitermaterialien Komponenten und Technologien Herstellungsverfahren für kristalline Si-Solarzellen Herstellungsverfahren für Dünnschicht-Solarzellen Solarzellen der dritten Generation Solarmodule Aufständerung Stromrichter Systemtechnik VerschaltungvonSolarzellenzuSolargeneratoren RegelungvonSolargeneratoren Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen Photovoltaik-Inselanlagen Auslegungsbeispiele InselnetzFlanitzhütte PV-KraftwerkNentzelsrode Literaturverzeichnis Solarthermie GeschichtedersolarthermischenEnergienutzung Physikalische Grundlagen Strahlungsphysikalische Grundlagen Strahlungstransmission Absorption und Strahlungswandlung Strahlungskonzentration WärmetransportimKollektor Kollektormodellierung Kenn- und Leistungsdaten von Solarkollektoren Komponenten Kollektoren Absorber Transparente Abdeckungen Kollektorkreis Speicher Weitere Komponenten Zukünftige Entwicklungslinien Systemtechnik Betriebsarten...349

4 xii Inhaltsverzeichnis System-Kennwerte Exkurs Trinkwassererwärmung und Hygiene Solare Trinkwassererwärmung im Ein- und Zweifamilienhaus GroßeSolaranlagenzurTrinkwassererwärmung Solare Heizungsunterstützung SolareProzesswärme SolareKraftwerke Solarwirtschaft DerMarktfürSolarthermie Gesetzliche Regelungen und Fördermaßnahmen Wirtschaftlichkeit Literaturverzeichnis Geothermie GeschichtedergeothermischenEnergienutzung 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 GeothermischesKraftwerkRibeiraGrande,Azoren Literaturverzeichnis Biomasse GeschichtederenergetischenBiomassenutzung ThermochemischeUmwandlung Verbrennung Emissionen aus der Biomasseverbrennung Anwendungsbereiche und Technologien zur Wärme- und Stromerzeugung Besonderheiten bei der Verbrennung von Halmgut und Getreide Technologien zur Verbrennung von Biomasse in Großfeuerungsanlagen Kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom aus Biomasse Biomassevergasung: Grundlagen und Anwendung

5 Inhaltsverzeichnis xiii 7.3 BiochemischeUmwandlung Grundlagen der Biogaserzeugung DimensionierungvonBiogasanlagen Technik zur Erzeugung von Biogas TechnikzurNutzungvonBiogas FlüssigeBioenergieträger:Biokraftstoffe EntwicklungdesweltweitenBiokraftstoffmarkts Biokraftstoffeder1.Generation:Pflanzenöle Biokraftstoffeder1.Generation:Biodiesel Biokraftstoffeder2.Generation:HydriertePlanzenöle Erzeugung von Bioethanol Biokraftstoffe der 2. Generation: synthetische Biokraftstoffe Biokraftstoffeder3.Generation Literaturverzeichnis Windkraftanlagen GeschichtederWindenergienutzung Physikalische Grundlagen DieBetzscheTheorie Schwingungsverhalten von Windenergieanlagen Komponenten Rotorblätter Getriebe Antriebsstrang Turm Generator Systemtechnik Regelungskonzepte Condition Monitoring Systeme Genehmigungsverfahren (Tanja Schabbach) Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen Auslegungsbeispiel Literaturverzeichnis Wasserkraftanlagen Einführung TypisierungundAufbau Wasserturbinen DiePeltonturbine DieFrancisturbine DieKaplanturbine Die Eulersche Turbinenhauptgleichung Literaturverzeichnis...668

6 xiv Inhaltsverzeichnis 10 Energiespeicher Elektrische Speichertechnologien MechanischeEnergiespeicher ElektrischeEnergiespeicher ElektrochemischeEnergiespeicher Thermische Speichertechnologien SensibleSpeicher Latentwärmespeicher ThermochemischeSpeicher Literaturverzeichnis Elektrische Energiesysteme Struktur des elektrischen Energieversorgungssystems IntegrationvonPhotovoltaikanlagen Integration von Windkraftanlagen Literaturverzeichnis Thermische Energiesysteme Struktur der thermischen Energieversorgung Integration von Kraft-Wärme-Kopplung, Biomasse und GeothermieinNahwärmenetze IntegrationsolarerWärmeinNahwärmenetze EinspeisungvonBiogasindasErdgasnetz Anwendungsbeispiel Kommunale Fernwärme (Pascal Leibbrandt). 726 Literaturverzeichnis Mobilität Kraftstoffe Biokraftstoffe Wasserstoff Elektrofahrzeuge BatteriegespeisteElektrofahrzeuge BrennstoffzellengespeisteElektrofahrzeuge Literaturverzeichnis Thermodynamische Bewertung Regenerativer Energiewandlungen GeschichtederEnergiewandlung DieEnergie DieEntropie DieEnergiedesSystems Gewollte und ungewollte Energiewandlungen EnergiewandlunginnerhalbdesSystems EnergietransportüberdieSystemgrenze Ungewollte Energieumwandlungen (Dissipation) EnergiebilanzenfürgeschlosseneundoffeneSysteme GeschlosseneSysteme...782

7 Inhaltsverzeichnis xv OffeneSysteme Exergie, Anergie, Wirkungs- und Nutzungsgrad Stoffeigenschaften Zustandsgleichungen Idealgas RealeGase IdealeFlüssigkeitenundFeststoffe RealeFlüssigkeitenundFeststoffe Nassdampf IdealeGasgemische BinäreGemische Thermodynamische Maschinen und Komponenten Pumpen Verdichter Turbinen Wärmeübertrager Drossel DüseundDiffusor Wärmeerzeuger Kreisprozesse BilanzierungdesKreisprozesses Kreisprozess-Varianten Thermodynamik der solaren Energiewandlung Thermodynamik der Strahlung Solarthermischer Umwandlungspfad Photovoltaischer Umwandlungspfad Literaturverzeichnis Sachverzeichnis...851

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