1 Einführung - Struktur des Energiebedarfs in Deutschland (A. Ratka) 13r
1.1 Energiebedarfsstruktur in Deutschland 14r
1.2 Gründe für die Nutzung erneuerbarer Energien 17r
1.3 Hindernisse bei der Nutzung erneuerbarer Energien 26r
1.4 Potentiale 32r
1.5 Wege zu einem Energieversorgungssystem basierend auf erneuerbaren Energien und Energieeffizienz 33r
Literatur 41r
Glossar 42r
2 Photovoltaik (B. Ehrmaier) 44r
2.1 Einleitung 44r
2.1.1 Energieformen von der Sonne 44r
2.1.2 Direkte Nutzung der Sonne durch Photovoltaik 46r
2.2 Funktionsprinzip einer Photovoltaikzelle 53r
2.2.1 Grundlagen der Halbleiterphysik der Diode 53r
2.2.2 pn-Ãœbergang als Grundlage der Photovoltaikzelle 53r
2.2.3 Strom-Spannungskurve 54r
2.3 Relevante elektrische Kenndaten einer Photovoltaikzelle 56r
2.4 Funktionsweise und Aufbau eines Photovoltaiksystems 59r
2.4.1 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikzelle 59r
2.4.2 Funktion und Aufbau eines Photovoltaikmoduls 61r
2.4.3 Umwandlung der elektrischen Energie mittels Wechselrichter 63r
2.5 Herstellung einer Photovoltaikzelle 66r
2.6 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikdachanlage 70r
2.7 Wirkungsgrade im Bereich der Photovoltaik 72r
2.8 Zukunft der Photovoltaik 74r
2.9 Mehrfachnutzung von Photovoltaik 75r
Literatur 76r
3 Solarthermie (B. Ehrmaier, A. Ratka) 78r
3.1 Einführung 78r
3.2 Physikalische Grundlagen für die Solarthermie 79r
3.2.1 Hauptsätze der Wärmelehre 79r
3.2.2 Wärmetransportmechanismen 80r
3.3 Aufbau eines solarthermischen Kollektors 84r
3.4 Kollektortheorie 87r
3.5 Systemtechnik 99r
3.5.1 Übersicht über solarthermische Kollektoren 99r
3.5.2 Wärmeträgermedium 100r
3.5.3 Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades 103r
3.5.4 Aufbau einer solarthermischen Anlage 103r
3.5.5 Zentraler Pufferspeicher 104r
3.5.6 Wärmebedarf eines Gebäudes 107r
3.6 Solarthermische Kraftwerke 108r
3.7 Zukunft der Solarthermie 111r
Literatur 113r
4 Windenergie (W. Baur) 115r
4.1 Einführung 115r
4.1.1 Allgemeines 115r
4.1.2 Systematik der Windenergienutzung 115r
4.2 Physikalische Grundlagen 117r
4.3 Aerodynamik der Rotorblätter 123r
4.3.1 Allgemeines 123r
4.3.2 Tragflügelaerodynamik 125r
4.3.3 Rotorblattaerodynamik 130r
4.4 Kurzer Historischer Ãœberblick 134r
4.5 Wind und Standortfragen 136r
4.6 Konstruktiver Aufbau moderner Windenergieanlagen 139r
4.6.1 Turm und Gondel 140r
4.6.2 Rotorblätter, Pitch- und Stallprinzipien 141r
4.6.3 Getriebe und Generator 145r
4.7 Leistungskennlinien und Ertragsberechnungen 149r
Literatur- und Quellenverzeichnis 154r
5 Geothermie/Thermogeologie (W. Pyka) 156r
5.1 Einführung 156r
5.2 Aufbau der Erde 157r
5.3 Thermische Verhältnisse 160r
5.3.1 Temperaturen, Wärmefluss und thermisches Potenzial 160r
5.3.2 Die oberflächennahe thermischen Verhältnisse 163r
5.4 Geologische Grundlagen 163r
5.4.1 Gesteine 163r
5.4.2 Thermische Eigenschaften von Gesteinen 166r
5.4.3 Lockergesteine und Böden 167r
5.4.4 Grundwasser 170r
5.4.5 Thermische Eigenschaften von Böden 173r
5.5 Möglichkeiten der Erdwärmenutzung 175r
5.5.1 Abgrenzung von oberflächennaher und tiefer Geothermie 175r
5.5.2 Tiefe Geothermie 177r
5.5.3 Oberflächennahe Geothermie 180r
Literatur 187r
Glossar 188r
6 Biogas (R. Schaidhauf) 190r
6.1 Einführung 190r
6.1.1 Allgemeines 190r
6.1.2 Aspekte der Biogasnutzung in Deutschland 190r
6.1.3 Aktuelle Nutzung von Biogas in Deutschland 191r
6.2 Biochemische Konversion 193r
6.2.1 Allgemeines 193r
6.2.2 Substrate 193r
6.2.3 Phasenmodell der Biogasentstehung 194r
6.2.4 Randbedingungen der Biogasgewinnung 195r
6.2.5 Betriebsbedingungen der Biogasgewinnung 195r
6.2.6 Stoffkreisläufe 198r
6.3 Technische Systeme zur Bio(erd)gasgewinnung 198r
6.3.1 Allgemeines 198r
6.3.2 Verfahren zur Biogasgewinnung 199r
6.3.3 Verfahren zur Bioerdgasgewinnung 202r
6.4 Technische Systeme zur Bio(erd)gasnutzung 203r
6.4.1 Allgemeines 203r
6.4.2 Charakteristika von Bio(erd)gas 203r
6.4.3 Verfahren zur energetischen Nutzung 205r
6.4.4 Systemintegration 208r
6.5 Weiterführende Literatur/Links 209r
Literatur 210r
Glossar 211r
7 Biogene Festbrennstoffe (R. Schaidhauf) 212r
7.1 Einführung 212r
7.1.1 Allgemeines 212r
7.1.2 Aspekte der Nutzung biogener Festbrennstoffe in Deutschland 214r
7.1.3 Aktuelle Nutzung von biogenen Festbrennstoffen in Deutschland 215r
7.2 Biogene Festbrennstoffe 217r
7.2.1 Allgemeines 217r
7.2.2 Arten und Quellen 217r
7.2.3 Bereitstellung und Aufbereitung 219r
7.2.4 Brennstoff-Charakteristika 220r
7.2.5 Ascheeigenschaften 223r
7.3 Thermochemische Konversion 224r
7.3.1 Allgemeines 224r
7.3.3 Pyrolyse 226r
7.3.4 Vergasung 226r
7.3.5 Verbrennung 227r
7.4 Nutzung von biogenen Festbrennstoffen 228r
7.4.1 Allgemeines 228r
7.4.2 Vergasungsanlagen 230r
7.4.3 Verbrennungsanlagen 232r
7.5 Weiterführende Literatur/Links 233r
Literatur 233r
Glossar 234r
8 Kraftstoffe auf Basis von Ölen und Fetten als regenerative Energieträger (H. Riepl, E. Remmele) 236r
8.1 Öle und Fette, Herkunft, Anbau 236r
8.2 Pflanzenölgewinnung 238r
8.3 Chemie der Pflanzenöle 240r
8.3.1 Triglyceride 240r
8.3.2 Gesättigte, ungesättigte, mehrfach ungesättigte Fettsäuren 241r
8.3.3 Umesterung 243r
8.3.4 Hydrierung, HVO-Produkte 244r
8.3.5 Begleitstoffe in Pflanzenölen (Phospholipide, Lecithine) 244r
8.4 Kraftstoffe aus Pflanzenölen 244r
8.4.1 Qualitätsmerkmale für Kraftstoffe aus Pflanzenölen - Kraftstoffnormen 245r
8.4.2 Kraftstoffspezifische Eigenschaften im Vergleich 252r
8.4.3 Verwendung 252r
Literatur 254r
9 Energie aus Abfall (G. Lautenschlager) 256r
9.1 Einleitung 256r
9.2 Definitionen und Daten zu Abfällen 258r
9.2.1 Abfallbegriff 258r
9.2.2 Abfallarten 258r
[...]opäisches Abfallverzeichnis 260r
9.2.4 Abfälle zur Verwertung/zur Beseitigung 260r
9.2.5 Eigenschaften von Abfällen 262r
9.2.6 Abfallaufkommen 265r
9.2.7 Nutzbares Energiepotential 268r
9.3 Thermische Abfallbehandlung 271r
9.3.1 Müllannahme und -zwischenlagerung 271r
9.3.2 Feuerung 272r
9.3. 3 Kesselanlage 275r
9.3.4 Wasser-Dampf-Kreislauf 277r
9.3.5 Rauchgasreinigung 278r
9.4 Energetische Abfallverwertung 281r
9.4.1 Energetische Abfallverwertung in Zementwerken 281r
9.4.2 Energetische Abfallverwertung im Hochofen 285r
9.4.3 Energetische Abfallverwertung in Kraftwerken 286r
9.4.4 Energetische Abfallverwertung in Ersatzbrennstoff-Kraftwerken 287r
9.5 Fazit 289r
Literatur 289r
10 Kraft-Wärme-Kopplung (N. Huber) 292r
10.1 Grundlagen 292r
10.1.1 Was wird unter Kraft-Wärme-Kopplung verstanden 292r
10.1.2 Bedeutung der KWK für erneuerbare Energien 293r
10.1.3 Physikalische Grundlagen der KWK 294r
10.1.4 Getrennte Erzeugung von Wärme und Strom 298r
10.1.5 Gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom 300r
10.1.6 Auslegen einer KWK-Anlage 306r
10.2 Anwendungen 307r
10.2.1 Mikro BHKW 308r
10.2.2 BHKW mit Nahwärmeversorgung 310r
10.2.3 Kraft-Wärme-Kopplung in den Sommermonaten 313r
Verwendete und weiterführende Literatur 314r
Glossar 314r
11 Thermische Energiespeicher (N. Huber) 315r
11.1 Grundlagen 315r
11.1. Notwendigkeit thermischer Energiespeicher bei Verwendung erneuerbarer Energien 315r
11.1.2 Physikalische Grundlagen thermischer Energiespeicherung 318r
11.1.3 Allgemeiner Aufbau thermischer Energiespeicher 325r
11.2 Thermische Energiespeicher mit Wasser 329r
11.2.1 Schichtenspeicher für Warmwasser und Heizungsanlagen 330r
11.2.2 Warmwasserspeicher für Nahwärmesysteme 331r
11.2.3 Saisonale Warmwasserspeicher 331r
11.3 Latentwärmespeicher 332r
11.4 Hochtemperaturspeicher 334r
11.5 Thermochemische Speicher 335r
Literatur 337r
Glossar 338r
12 Speicherung von elektrischer Energie (B. Ehrmaier) 339r
12.1 Einführung 339r
12.2 Physikalische Grundlagen für Energiespeicher 340r
12.3 Potentielle Energiespeicher für Erneuerbare Energien 343r
12.4 Mechanische Strom-Energiespeicher 344r
12.4.1 Rotationsspeicher 345r
12.4.2 Potentielle Energiespeicher (Pumpspeicherkraftwerke) 346r
12.4.3 Druckluftspeicher 347r
12.5 Elektrische und elektrochemische Energiespeicher 348r
12.5.1 Ãœbersicht elektrischer und elektrochemischer Energiespeicher 349r
12.5.2 Elektrische Energiespeicher 350r
12.5.3 Elektrochemische Energiespeicher mit eingelagertem Speichermedium 351r
12.5.4 Elektrochemische Energiespeicher mit ausgelagertem Speichermedium 357r
12.5.5 Chemische Energiespeichersysteme 361r
12.6 Speicher-Netz-Wechselwirkung 363r
12.7 Fazit 364r
Literatur 366r
13 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen (S. Homann-Wenig) 367r
13.1 Auszahlungen bzw. Kosten im Rahmen von Errichtung und Betrieb von Erneuerbare-Energien-Projekten 368r
13.1.1 Die kapitalgebundenen Kosten 368r
13.1.2 Die betriebsgebundenen Kosten 373r
13.1.3 Die sonstigen Kosten 374r
13.1.4 Die verbrauchsgebundenen Kosten 375r
13.2 Die finanzielle Förderung von Strom aus dem Betrieb von Erneuerbare-Energien-Anlagen 376r
13.2.1 Strom aus Wasserkraft (§ 23 EEG) 379r
13.2.2 Strom aus Biomasse (§§ 27, 27a bis 27c EEG) 380r
13.2.3 Strom aus Geothermie (§ 28 EEG) 382r
13.2.4 Strom aus Windenergie (§§ 49 und 50 EEG) 382r
13.2.5 Strom aus solarer Strahlungsenergie (§ 51 EEG) 385r
13.3 Methodische Grundlagen der Investitionsrechnung 386r
13.3.1 Die Kapitalwertmethode 386r
13.3.2 Die Annuitätenmethode 387r
13.3.3 Die Ermittlung des Internen Zinsfußes 388r
13.3.4 Die mehrperiodische Amortisationsrechnung 389r
13.4 Die Ermittlung der Energiegestehungskosten und deren praktische Bedeutung 389r
Literatur 392r
Glossar 392r
14 CO2-Bilanzen in der Energiewirtschaft (S....