1 Einführung - Struktur des Energiebedarfs in Deutschland (A. Ratka)13
1.1 Energiebedarfsstruktur in Deutschland14
1.2 Gründe für die Nutzung erneuerbarer Energien17
1.3 Hindernisse bei der Nutzung erneuerbarer Energien26
1.4 Potentiale32
1.5 Wege zu einem Energieversorgungssystem basierend auf erneuerbaren Energien und Energieeffizienz33
Literatur41
Glossar42
2 Photovoltaik (B. Ehrmaier)44
2.1 Einleitung44
2.1.1 Energieformen von der Sonne44
2.1.2 Direkte Nutzung der Sonne durch Photovoltaik46
2.2 Funktionsprinzip einer Photovoltaikzelle53
2.2.1 Grundlagen der Halbleiterphysik der Diode53
2.2.2 pn-Übergang als Grundlage der Photovoltaikzelle53
2.2.3 Strom-Spannungskurve54
2.3 Relevante elektrische Kenndaten einer Photovoltaikzelle56
2.4 Funktionsweise und Aufbau eines Photovoltaiksystems59
2.4.1 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikzelle59
2.4.2 Funktion und Aufbau eines Photovoltaikmoduls61
2.4.3 Umwandlung der elektrischen Energie mittels Wechselrichter63
2.5 Herstellung einer Photovoltaikzelle66
2.6 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikdachanlage70
2.7 Wirkungsgrade im Bereich der Photovoltaik72
2.8 Zukunft der Photovoltaik74
2.9 Mehrfachnutzung von Photovoltaik75
Literatur76
3 Solarthermie (B. Ehrmaier, A. Ratka)78
3.1 Einführung78
3.2 Physikalische Grundlagen für die Solarthermie79
3.2.1 Hauptsätze der Wärmelehre79
3.2.2 Wärmetransportmechanismen80
3.3 Aufbau eines solarthermischen Kollektors84
3.4 Kollektortheorie87
3.5 Systemtechnik99
3.5.1 Übersicht über solarthermische Kollektoren99
3.5.2 Wärmeträgermedium100
3.5.3 Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades103
3.5.4 Aufbau einer solarthermischen Anlage103
3.5.5 Zentraler Pufferspeicher104
3.5.6 Wärmebedarf eines Gebäudes107
3.6 Solarthermische Kraftwerke108
3.7 Zukunft der Solarthermie111
Literatur113
4 Windenergie (W. Baur)115
4.1 Einführung115
4.1.1 Allgemeines115
4.1.2 Systematik der Windenergienutzung115
4.2 Physikalische Grundlagen117
4.3 Aerodynamik der Rotorblätter123
4.3.1 Allgemeines123
4.3.2 Tragflügelaerodynamik125
4.3.3 Rotorblattaerodynamik130
4.4 Kurzer Historischer Überblick134
4.5 Wind und Standortfragen136
4.6 Konstruktiver Aufbau moderner Windenergieanlagen139
4.6.1 Turm und Gondel140
4.6.2 Rotorblätter, Pitch- und Stallprinzipien141
4.6.3 Getriebe und Generator145
4.7 Leistungskennlinien und Ertragsberechnungen149
Literatur- und Quellenverzeichnis154
5 Geothermie/Thermogeologie (W. Pyka)156
5.1 Einführung156
5.2 Aufbau der Erde157
5.3 Thermische Verhältnisse160
5.3.1 Temperaturen, Wärmefluss und thermisches Potenzial160
5.3.2 Die oberflächennahe thermischen Verhältnisse163
5.4 Geologische Grundlagen163
5.4.1 Gesteine163
5.4.2 Thermische Eigenschaften von Gesteinen166
5.4.3 Lockergesteine und Böden167
5.4.4 Grundwasser170
5.4.5 Thermische Eigenschaften von Böden173
5.5 Möglichkeiten der Erdwärmenutzung175
5.5.1 Abgrenzung von oberflächennaher und tiefer Geothermie175
5.5.2 Tiefe Geothermie177
5.5.3 Oberflächennahe Geothermie180
Literatur187
Glossar188
6 Biogas (R. Schaidhauf)190
6.1 Einführung190
6.1.1 Allgemeines190
6.1.2 Aspekte der Biogasnutzung in Deutschland190
6.1.3 Aktuelle Nutzung von Biogas in Deutschland191
6.2 Biochemische Konversion193
6.2.1 Allgemeines193
6.2.2 Substrate193
6.2.3 Phasenmodell der Biogasentstehung194
6.2.4 Randbedingungen der Biogasgewinnung195
6.2.5 Betriebsbedingungen der Biogasgewinnung195
6.2.6 Stoffkreisläufe198
6.3 Technische Systeme zur Bio(erd)gasgewinnung198
6.3.1 Allgemeines198
6.3.2 Verfahren zur Biogasgewinnung199
6.3.3 Verfahren zur Bioerdgasgewinnung202
6.4 Technische Systeme zur Bio(erd)gasnutzung203
6.4.1 Allgemeines203
6.4.2 Charakteristika von Bio(erd)gas203
6.4.3 Verfahren zur energetischen Nutzung205
6.4.4 Systemintegration208
6.5 Weiterführende Literatur/Links209
Literatur210
Glossar211
7 Biogene Festbrennstoffe (R. Schaidhauf)212
7.1 Einführung212
7.1.1 Allgemeines212
7.1.2 Aspekt