Regenerative Energiesysteme

Name: Regenerative Energiesysteme | Technologie - Berechnung - Klimaschutz
Brand: Hanser
Price: 39.99 EUR
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Technologie - Berechnung - Klimaschutz

Volker Quaschning(Autor*in)

Hanser (Verlag)

12. Auflage

Erschienen am 8. Dezember 2023

480 Seiten

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978-3-446-47839-8 (ISBN)

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Inhalt

Intro
Vorwort zur ersten Auflage
Vorwort zur zwölften Auflage
Inhaltsverzeichnis
1 Energie und Klimaschutz
1.1 Der Begriff Energie
1.2 Entwicklung des Energiebedarfs
1.2.1 Entwicklung des Weltenergiebedarfs
1.2.2 Entwicklung des Energiebedarfs in Deutschland
1.3 Reichweite konventioneller Energieträger
1.4 Der Treibhauseffekt
1.5 Kernenergie contra Treibhauseffekt
1.5.1 Kernspaltung
1.5.2 Kernfusion
1.6 Nutzung erneuerbarer Energien
1.6.1 Geothermische Energie
1.6.2 Planetenenergie
1.6.3 Sonnenenergie
1.6.3.1 Nutzung der direkten Sonnenenergie
1.6.3.2 Nutzung der indirekten Sonnenenergie
1.7 Energiewende und Klimaschutz
1.7.1 Szenarien für den globalen Klimawandel
1.7.2 Energiewende und Klimaschutz in Deutschland
1.7.2.1 Entwicklung der Kohlendioxidemissionen in Deutschland
1.7.2.2 Regenerative Energieversorgung in Deutschland
1.7.2.3 Umbau der Energieversorgung
1.7.3 Internationaler Klimaschutz
2 Sonnenstrahlung
2.1 Einleitung
2.2 Der Fusionsreaktor Sonne
2.3 Sonnenstrahlung auf der Erde
2.4 Bestrahlungsstärke auf der Horizontalen
2.5 Sonnenposition und Einfallswinkel
2.6 Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene
2.6.1 Direkte Strahlung auf der geneigten Ebene
2.6.2 Diffuse Strahlung auf der geneigten Ebene
2.6.3 Bodenreflexion
2.6.4 Strahlungsgewinn durch Neigung oder Nachführung
2.7 Berechnung von Abschattungsverlusten
2.7.1 Aufnahme der Umgebung
2.7.2 Bestimmung des direkten Abschattungsgrades
2.7.3 Bestimmung des diffusen Abschattungsgrades
2.7.4 Gesamtermittlung der Abschattungen
2.7.5 Optimaler Abstand bei aufgeständerten Solaranlagen
2.8 Solarstrahlungsmesstechnik und Sonnensimulatoren
2.8.1 Messung der globalen Bestrahlungsstärke
2.8.2 Messung der direkten und der diffusen Bestrahlungsstärke
2.8.3 Satellitenmessungen
2.8.4 Künstliche Sonnen
3 Nicht konzentrierende Solarthermie
3.1 Grundlagen
3.2 Solarthermische Systeme
3.2.1 Solare Schwimmbadbeheizung
3.2.2 Solare Trinkwassererwärmung
3.2.2.1 Schwerkraft- oder Thermosiphonanlagen
3.2.2.2 Anlagen mit Zwangsumlauf
3.2.3 Solare Heizungsunterstützung
3.2.4 Rein solare Heizung
3.2.5 Solare Nahwärmeversorgung
3.2.6 Solares Kühlen
3.3 Solarkollektoren
3.3.1 Speicherkollektoren
3.3.2 Flachkollektoren
3.3.3 Vakuumröhrenkollektoren
3.4 Kollektorabsorber
3.5 Kollektorleistung und Kollektorwirkungsgrad
3.6 Rohrleitungen
3.6.1 Leitungsaufheizverluste
3.6.2 Zirkulationsverluste
3.7 Speicher
3.7.1 Trinkwasserspeicher
3.7.2 Schwimmbecken
3.8 Anlagenauslegung
3.8.1 Nutzwärmebedarf
3.8.2 Solarer Deckungsgrad und Nutzungsgrad
3.8.3 Solare Trinkwasseranlagen
3.8.4 Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung
3.8.5 Rein solare Heizung
3.9 Aufwindkraftwerke
4 Konzentrierende Solarthermie
4.1 Einleitung
4.2 Konzentration von Solarstrahlung
4.3 Konzentrierende Kollektoren
4.3.1 Linienkollektoren
4.3.1.1 Kollektorarten und Kollektorgeometrie
4.3.1.2 Kollektornutzleistung und Kollektorwirkungsgrad
4.3.1.3 Längenausdehnung
4.3.1.4 Parabolrinnenkollektorfelder
4.3.2 Punktkonzentratoren
4.4 Wärmekraftmaschinen
4.4.1 Carnot-Prozess
4.4.2 Clausius-Rankine-Prozess
4.4.3 Joule-Prozess
4.4.4 Stirling-Prozess
4.5 Konzentrierende solarthermische Anlagen
4.5.1 Parabolrinnenkraftwerke
4.5.2 Solarturmkraftwerke
4.5.2.1 Offener volumetrischer Receiver
4.5.2.2 Druck-Receiver
4.5.3 Dish-Stirling-Anlagen
4.5.4 Sonnenöfen und Solarchemie
4.6 Stromimport
5 Photovoltaik
5.1 Einleitung
5.2 Funktionsweise von Solarzellen
5.2.1 Atommodell nach Bohr
5.2.2 Photoeffekt
5.2.3 Funktionsprinzip einer Solarzelle
5.3 Herstellung von Solarzellen und Solarmodulen
5.3.1 Solarzellen aus kristallinem Silizium
5.3.2 Solarmodule mit kristallinen Zellen
5.3.3 Solarzellen aus amorphem Silizium
5.3.4 Solarzellen aus anderen Materialien
5.3.5 Modultests und Qualitätskontrolle
5.4 Elektrische Beschreibung von Solarzellen
5.4.1 Einfaches Ersatzschaltbild
5.4.2 Erweitertes Ersatzschaltbild (Eindiodenmodell)
5.4.3 Zweidiodenmodell
5.4.4 Zweidiodenmodell mit Erweiterungsterm
5.4.5 Weitere elektrische Zellparameter
5.4.6 Temperaturabhängigkeit
5.4.7 Parameterbestimmung
5.5 Elektrische Beschreibung von Solarmodulen
5.5.1 Reihenschaltung von Solarzellen
5.5.2 Reihenschaltung unter inhomogenen Bedingungen
5.5.3 Parallelschaltung von Solarzellen
5.5.4 Technische Daten von Solarmodulen
5.6 Solargenerator und Last
5.6.1 Widerstandslast
5.6.2 Gleichspannungswandler
5.6.3 Tiefsetzsteller
5.6.4 Hochsetzsteller
5.6.5 Weitere Gleichspannungswandler
5.6.6 MPP-Tracker
5.7 Akkumulatoren
5.7.1 Akkumulatorarten
5.7.2 Bleiakkumulator
5.7.3 Lithium-Ionen-Akkumulator
5.7.4 Andere Akkumulatortypen
5.7.5 Akkumulatorsysteme
5.7.6 Andere Speichermöglichkeiten
5.8 Wechselrichter
5.8.1 Wechselrichtertechnologie
5.8.1.1 Rechteckwechselrichter
5.8.1.2 Moderne Wechselrichtertopologien
5.8.2 Wechselrichter in der Photovoltaik
5.8.2.1 Funktionen und Aufgaben des Wechselrichters
5.8.2.2 Wechselrichterwirkungsgrade
5.8.2.3 Anlagenkonzepte
5.9 Photovoltaische Eigenverbrauchssysteme
5.9.1 Photovoltaische Eigenverbrauchssysteme mit Speicher
5.9.2 Photovoltaische Eigenverbrauchssysteme mit Heizung
5.10 Planung und Auslegung
5.10.1 Inselnetzsysteme
5.10.2 Rein netzgekoppelte Systeme
5.10.3 Eigenverbrauchssysteme
5.10.3.1 Eigenverbrauchssysteme ohne Speicher
5.10.3.2 Eigenverbrauchssysteme mit Batteriespeicher
5.10.3.3 Thermische Nutzung und Netzrückspeisung
6 Windkraft
6.1 Einleitung
6.2 Dargebot von Windenergie
6.2.1 Entstehung des Windes
6.2.2 Angabe der Windstärke
6.2.3 Windgeschwindigkeitsverteilungen
6.2.4 Einfluss der Umgebung und Höhe
6.3 Nutzung der Windenergie
6.3.1 Im Wind enthaltene Leistung
6.3.2 Widerstandsläufer
6.3.3 Auftriebsläufer
6.4 Bauformen von Windkraftanlagen
6.4.1 Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse
6.4.2 Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse
6.4.2.1 Anlagenaufbau
6.4.2.2 Rotorblätter
6.4.2.3 Windgeschwindigkeitsbereiche
6.4.2.4 Leistungsbegrenzung und Sturmabschaltung
6.4.2.5 Windnachführung
6.4.2.6 Turm, Fundament, Getriebe und Generator
6.4.2.7 Offshore-Windkraftanlagen
6.5 Elektrische Maschinen
6.5.1 Elektrische Wechselstromrechnung
6.5.2 Drehfeld
6.5.3 Synchronmaschine
6.5.3.1 Aufbau
6.5.3.2 Elektrische Beschreibung
6.5.3.3 Synchronisation
6.5.4 Asynchronmaschine
6.5.4.1 Aufbau und Betriebszustände
6.5.4.2 Ersatzschaltbilder und Stromortskurven
6.5.4.3 Leistungsbilanz
6.5.4.4 Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien und typische Generatordaten
6.6 Elektrische Anlagenkonzepte
6.6.1 Asynchrongenerator mit direkter Netzkopplung
6.6.2 Synchrongenerator mit direkter Netzkopplung
6.6.3 Synchrongenerator mit Umrichter und Zwischenkreis
6.6.4 Drehzahlregelbare Asynchrongeneratoren
6.6.5 Inselnetzanlagen
6.7 Netzbetrieb
6.7.1 Anlagenertrag
6.7.2 Netzanschluss
7 Wasserkraft
7.1 Einleitung
7.2 Dargebot der Wasserkraft
7.3 Wasserkraftwerke
7.3.1 Laufwasserkraftwerke
7.3.2 Speicherwasserkraftwerke
7.3.3 Pumpspeicherkraftwerke
7.3.4 Betonkugelspeicher und Lageenergiespeicher
7.4 Wasserturbinen
7.4.1 Turbinenarten
7.4.1.1 Kaplan-Turbine und Rohr-Turbine
7.4.1.2 Ossberger-Turbine
7.4.1.3 Francis-Turbine
7.4.1.4 Pelton-Turbine
7.4.2 Turbinenwirkungsgrad
7.5 Weitere technische Anlagen zur Wasserkraftnutzung
7.5.1 Gezeitenkraftwerke
7.5.2 Meeresströmungskraftwerke
7.5.3 Wellenkraftwerke
8 Geothermie
8.1 Geothermievorkommen
8.2 Geothermische Heizwerke
8.3 Geothermische Stromerzeugung
8.3.1 Kraftwerksprozesse
8.3.2 Geothermische Kraftwerke
8.4 Wärmepumpen
8.4.1 Kompressions-Wärmepumpen
8.4.2 Absorptions-Wärmepumpen
8.4.3 Adsorptions-Wärmepumpen
8.4.4 Einsatzgebiete, Planung und Ertragsberechnung
9 Nutzung der Biomasse
9.1 Vorkommen an Biomasse
9.1.1 Feste Bioenergieträger
9.1.2 Flüssige Bioenergieträger
9.1.2.1 Pflanzenöl
9.1.2.2 Biodiesel
9.1.2.3 Bioalkohole
9.1.2.4 Biomass-to-Liquid- (BtL-)Brennstoffe
9.1.3 Gasförmige Bioenergieträger
9.1.4 Flächenerträge und Umweltbilanz
9.2 Biomasseanlagen
9.2.1 Biomasseheizungen
9.2.2 Biomassekraftwerke
10 Wasserstoffwirtschaft
10.1 Einleitung
10.2 Wasserstofferzeugung
10.3 Wasserstofftransport und Wasserstoffspeicherung
10.4 Wasserstoffbasierte Energieträger
10.4.1 Energieträger für den Transport
10.4.2 Methan als Speicher der Energiewende
10.4.3 E-Fuels
10.5 Brennstoffzellen
10.5.1 Einleitung
10.5.2 Brennstoffzellentypen
10.5.3 Wirkungsgrade und Betriebsverhalten
11 Wirtschaftlichkeitsberechnungen
11.1 Einleitung
11.2 Energiegestehungskosten
11.2.1 Berechnungen ohne Kapitalverzinsung
11.2.1.1 Solarthermische Anlagen zur Trinkwassererwärmung
11.2.1.2 Solarthermische Kraftwerke
11.2.1.3 Photovoltaikanlagen
11.2.1.4 Windkraftanlagen
11.2.1.5 Wasserkraftanlagen
11.2.1.6 Geothermieanlagen
11.2.1.7 Holzpelletsheizungen
11.2.2 Berechnungen mit Kapitalverzinsung
11.2.2.1 Solarthermische Anlagen zur Trinkwassererwärmung
11.2.2.2 Solarthermische Kraftwerke
11.2.2.3 Photovoltaikanlagen
11.2.2.4 Windkraftanlagen
11.2.3 Vergütung für regenerative Energieanlagen
11.2.4 Zukünftige Entwicklung der Kosten für regenerative Energien
11.2.5 Kosten konventioneller Energiesysteme
11.3 Externe Kosten des Energieverbrauchs
11.3.1 Subventionen im Energiemarkt
11.3.2 Ausgaben für Forschung und Entwicklung
11.3.3 Kosten für Umwelt- und Gesundheitsschäden
11.3.4 Sonstige externe Kosten
11.3.5 Internalisierung der externen Kosten
11.4 Kritische Betrachtung der Wirtschaftlichkeitsberechnungen
11.4.1 Unendliche Kapitalvermehrung
11.4.2 Die Verantwortung des Kapitals
12 Simulation und Downloads zum Buch
12.1 Allgemeines zur Simulation
12.2 Der Downloadbereich zum Buch
12.2.1 Start und Überblick
12.2.2 Abbildungen und Software-Links
12.2.3 Vermischtes
Literaturverzeichnis
Sachwortverzeichnis

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