Technik Erneuerbarer Energien

Erneuerbare Energien - der Schlüssel zur Energiewirtschaft der ZukunftDieses Buch setzt sich mit den verschiedenen Formen der Nutzung erneuerbarer Energiequellen auseinander: Solarthermie, Photovoltaik, Biomasse, Windenergie, Geothermie.Dabei werden auch Themen wie biogene Festbrennstoffe, Treibstoffe auf Pflanzenölbasis sowie Energie aus Abfall behandelt. Ziel dieses Buches ist es, neben Grundlagenwissen über die behandelten Energieformen und Technologien sowie deren wirtschaftliche und ökologische Aspekte aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung zu vermitteln.Das Buch wendet sich in erster Linie an Studierende in den Studiengängen Technologie/ Technik Erneuerbarer Energien, Umweltingenieurwesen und verwandten Studiengängen sowie an einschlägig interessierte Studierendeder Studiengänge Maschinenbau, Elektrotechnik und Energiewirtschaft.

Inhaltsverzeichnis:

1 Einführung - Struktur des Energiebedarfs in Deutschland (A. Ratka)131.1 Energiebedarfsstruktur in Deutschland141.2 Gründe für die Nutzung erneuerbarer Energien171.3 Hindernisse bei der Nutzung erneuerbarer Energien261.4 Potentiale321.5 Wege zu einem Energieversorgungssystem basierend auf erneuerbaren Energien und Energieeffizienz33Literatur41Glossar422 Photovoltaik (B. Ehrmaier)442.1 Einleitung442.1.1 Energieformen von der Sonne442.1.2 Direkte Nutzung der Sonne durch Photovoltaik462.2 Funktionsprinzip einer Photovoltaikzelle532.2.1 Grundlagen der Halbleiterphysik der Diode532.2.2 pn-Übergang als Grundlage der Photovoltaikzelle532.2.3 Strom-Spannungskurve542.3 Relevante elektrische Kenndaten einer Photovoltaikzelle562.4 Funktionsweise und Aufbau eines Photovoltaiksystems592.4.1 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikzelle592.4.2 Funktion und Aufbau eines Photovoltaikmoduls612.4.3 Umwandlung der elektrischen Energie mittels Wechselrichter632.5 Herstellung einer Photovoltaikzelle66 2.6 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikdachanlage702.7 Wirkungsgrade im Bereich der Photovoltaik722.8 Zukunft der Photovoltaik742.9 Mehrfachnutzung von Photovoltaik75Literatur763 Solarthermie (B. Ehrmaier, A. Ratka)783.1 Einführung783.2 Physikalische Grundlagen für die Solarthermie793.2.1 Hauptsätze der Wärmelehre793.2.2 Wärmetransportmechanismen803.3 Aufbau eines solarthermischen Kollektors843.4 Kollektortheorie873.5 Systemtechnik993.5.1 Übersicht über solarthermische Kollektoren993.5.2 Wärmeträgermedium1003.5.3 Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades1033.5.4 Aufbau einer solarthermischen Anlage1033.5.5 Zentraler Pufferspeicher1043.5.6 Wärmebedarf eines Gebäudes1073.6 Solarthermische Kraftwerke1083.7 Zukunft der Solarthermie111Literatur1134 Windenergie (W. Baur)1154.1 Einführung1154.1.1 Allgemeines1154.1.2 Systematik der Windenergienutzung1154.2 Physikalische Grundlagen1174.3 Aerodynamik der Rotorblätter1234.3.1 Allgemeines1234.3.2 Tragflügelaerodynamik1254.3.3 Rotorblattaerodynamik1304.4 Kurzer Historischer Überblick1344.5 Wind und Standortfragen1364.6 Konstruktiver Aufbau moderner Windenergieanlagen1394.6.1 Turm und Gondel1404.6.2 Rotorblätter, Pitch- und Stallprinzipien1414.6.3 Getriebe und Generator1454.7 Leistungskennlinien und Ertragsberechnungen149Literatur- und Quellenverzeichnis1545 Geothermie/Thermogeologie (W. Pyka)1565.1 Einführung1565.2 Aufbau der Erde1575.3 Thermische Verhältnisse1605.3.1 Temperaturen, Wärmefluss und thermisches Potenzial1605.3.2 Die oberflächennahe thermischen Verhältnisse1635.4 Geologische Grundlagen1635.4.1 Gesteine1635.4.2 Thermische Eigenschaften von Gesteinen1665.4.3 Lockergesteine und Böden1675.4.4 Grundwasser1705.4.5 Thermische Eigenschaften von Böden1735.5 Möglichkeiten der Erdwärmenutzung1755.5.1 Abgrenzung von oberflächennaher und tiefer Geothermie1755.5.2 Tiefe Geothermie1775.5.3 Oberflächennahe Geothermie180Literatur187Glossar1886 Biogas (R. Schaidhauf)1906.1 Einführung1906.1.1 Allgemeines1906. 1.2 Aspekte der Biogasnutzung in Deutschland1906.1.3 Aktuelle Nutzung von Biogas in Deutschland1916.2 Biochemische Konversion1936.2.1 Allgemeines1936.2.2 Substrate1936.2.3 Phasenmodell der Biogasentstehung1946.2.4 Randbedingungen der Biogasgewinnung1956.2.5 Betriebsbedingungen der Biogasgewinnung1956.2.6 Stoffkreisläufe1986.3 Technische Systeme zur Bio(erd)gasgewinnung1986.3.1 Allgemeines1986.3.2 Verfahren zur Biogasgewinnung1996.3.3 Verfahren zur Bioerdgasgewinnung2026.4 Technische Systeme zur Bio(erd)gasnutzung2036.4.1 Allgemeines2036.4.2 Charakteristika von Bio(erd)gas2036.4.3 Verfahren zur energetischen Nutzung2056.4.4 Systemintegration2086.5 Weiterführende Literatur/Links209Literatur210Glossar2117 Biogene Festbrennstoffe (R. Schaidhauf)2127.1 Einführung2127.1.1 Allgemeines2127.1.2 Aspekt