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E-BookPDF1 - PDF WatermarkE-Book
943 Seiten
Deutsch
Springer Berlin Heidelbergerschienen am01.02.20173. Aufl. 2017
Die Autoren beschreiben praxisnah die wichtigsten Formen der technischen Nutzung regenerativer Energieträger. Sie stellen deren Potentiale unter Berücksichtigung der globalen Energieprobleme und der thermodynamischen Grenzen von Energiewandlungsprozessen dar und diskutieren ihren Beitrag zu einem nachhaltigen Energiesystem.

Das Buch behandelt Photovoltaik, Solar- und Geothermie, Biomasse, Wind- und Wasserkraft und berücksichtigt damit sowohl Systeme zur Elektrizitäts- als auch zur Wärmebereitstellung. In den einzelnen Kapiteln werden - ausgehend von den natur- und ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen - die Funktionsweise der zentralen Komponenten sowie deren Verknüpfung zu Systemen dargestellt. Konkrete Planungs- und Auslegungsbeispiele verbinden die theoretischen Grundlagen mit einer handlungsorientierten Lehre. Der Integration regenerativer Energieanlagen in die bereits vorhandenen Systeme für Elektrizität, Wärme und Transport ist jeweils ein eigenes Kapitel gewidmet.
Der Inhalt


Einleitung.- Kontext.- Energieeffizienz.- Regenerative Energiequellen.- Photovoltaik.- Solarthermie.- Geothermie.- Biomasse.- Windkraftanlagen.- Wasserkraftanlagen.- Energiespeicher.-  Elektrische Energiesysteme.- Thermische Energiesysteme.- Mobilität.- Thermodynamische Bewertung Regenerativer Energieumwandlungen.- Apokryphen.

Die Zielgruppen

Das Buch richtet sich an Ingenieure und Praktiker auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien und an Studierende der Energietechnik.

Die Autoren

Prof. Dr.-Ing. Viktor Wesselak, Lehrgebiet Regenerative Energiesysteme 

Prof. Dr.-Ing. Thomas Schabbach, Lehrgebiet Thermische Energiesysteme <

Prof. Dr.-Ing. Thomas Link, Lehrgebiet Kraft- und Arbeitsmaschinen

Prof. Dr.-Ing. Joachim Fischer, Lehrgebiet Bioenergiesysteme

Institut für Regenerative Energiesysteme (in.RET), Hochschule Nordhausen






Prof. Dr.-Ing. Viktor Wesselak, Lehrgebiet Regenerative Energiesysteme 
Prof. Dr.-Ing. Thomas Schabbach, Lehrgebiet Thermische Energiesysteme
Prof. Dr.-Ing. Thomas Link, Lehrgebiet Kraft- und Arbeitsmaschinen
Prof. Dr.-Ing. Joachim Fischer, Lehrgebiet Bioenergiesysteme

Institut für Regenerative Energiesysteme (in.RET), Hochschule Nordhausenmehr
Verfügbare Formate
BuchGebunden
EUR159,99
E-BookPDF1 - PDF WatermarkE-Book
EUR119,99

Produkt

KlappentextDie Autoren beschreiben praxisnah die wichtigsten Formen der technischen Nutzung regenerativer Energieträger. Sie stellen deren Potentiale unter Berücksichtigung der globalen Energieprobleme und der thermodynamischen Grenzen von Energiewandlungsprozessen dar und diskutieren ihren Beitrag zu einem nachhaltigen Energiesystem.

Das Buch behandelt Photovoltaik, Solar- und Geothermie, Biomasse, Wind- und Wasserkraft und berücksichtigt damit sowohl Systeme zur Elektrizitäts- als auch zur Wärmebereitstellung. In den einzelnen Kapiteln werden - ausgehend von den natur- und ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen - die Funktionsweise der zentralen Komponenten sowie deren Verknüpfung zu Systemen dargestellt. Konkrete Planungs- und Auslegungsbeispiele verbinden die theoretischen Grundlagen mit einer handlungsorientierten Lehre. Der Integration regenerativer Energieanlagen in die bereits vorhandenen Systeme für Elektrizität, Wärme und Transport ist jeweils ein eigenes Kapitel gewidmet.
Der Inhalt


Einleitung.- Kontext.- Energieeffizienz.- Regenerative Energiequellen.- Photovoltaik.- Solarthermie.- Geothermie.- Biomasse.- Windkraftanlagen.- Wasserkraftanlagen.- Energiespeicher.-  Elektrische Energiesysteme.- Thermische Energiesysteme.- Mobilität.- Thermodynamische Bewertung Regenerativer Energieumwandlungen.- Apokryphen.

Die Zielgruppen

Das Buch richtet sich an Ingenieure und Praktiker auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien und an Studierende der Energietechnik.

Die Autoren

Prof. Dr.-Ing. Viktor Wesselak, Lehrgebiet Regenerative Energiesysteme 

Prof. Dr.-Ing. Thomas Schabbach, Lehrgebiet Thermische Energiesysteme <

Prof. Dr.-Ing. Thomas Link, Lehrgebiet Kraft- und Arbeitsmaschinen

Prof. Dr.-Ing. Joachim Fischer, Lehrgebiet Bioenergiesysteme

Institut für Regenerative Energiesysteme (in.RET), Hochschule Nordhausen






Prof. Dr.-Ing. Viktor Wesselak, Lehrgebiet Regenerative Energiesysteme 
Prof. Dr.-Ing. Thomas Schabbach, Lehrgebiet Thermische Energiesysteme
Prof. Dr.-Ing. Thomas Link, Lehrgebiet Kraft- und Arbeitsmaschinen
Prof. Dr.-Ing. Joachim Fischer, Lehrgebiet Bioenergiesysteme

Institut für Regenerative Energiesysteme (in.RET), Hochschule Nordhausen
Details
Weitere ISBN/GTIN9783662530733
ProduktartE-Book
EinbandartE-Book
FormatPDF
Format Hinweis1 - PDF Watermark
FormatE107
Erscheinungsjahr2017
Erscheinungsdatum01.02.2017
Auflage3. Aufl. 2017
Seiten943 Seiten
SpracheDeutsch
IllustrationenXV, 943 S. 479 Abbildungen
Artikel-Nr.2226000
Rubriken
Genre9200

Inhalt/Kritik

Inhaltsverzeichnis
1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;9
3;1Kontext;16
3.1;1.1 Energie;17
3.2;1.2 Grundprobleme des globalen Energiesystems;21
3.2.1;1.2.1 Begrenztheit der Ressourcen;22
3.2.2;1.2.2 Gerechtigkeit der Verteilung;23
3.2.3;1.2.3 Klimawandel;24
3.2.4;1.2.4 Lösungsansätze;26
3.3;1.3 Szenarien einer zukünftigen Entwicklung;31
3.3.1;1.3.1 Energiepotentiale;31
3.3.2;1.3.2 Szenarien und Prognosen;33
3.3.3;1.3.3 Beispiel: Leitszenario;36
3.3.4;1.3.4 Beispiel: Energiesystem D;41
3.4;1.4 Exkurse;43
3.4.1;1.4.1 Externe Kosten der Energieerzeugung;44
3.4.2;1.4.2 Kernenergie;47
3.4.3;1.4.3 Kernfusion;48
3.4.4;1.4.4 CO2-Abtrennung;49
3.5;Literaturverzeichnis;50
4;2Energieeffizienz;52
4.1;2.1 Ansätze zur Energiebedarfsreduktion;52
4.2;2.2 Energieeffizienz von Gebäuden;59
4.2.1;2.2.1 Gesetzgeberische Maßnahmen;59
4.2.2;2.2.2 Energetische Bewertung von Gebäuden;64
4.2.3;2.2.3 Berechnungsansätze;75
4.3;2.3 Energieeffizienz der Wärmebereitstellung;80
4.3.1;2.3.1 Sanierungsmaßnahmen;80
4.3.2;2.3.2 Innovative Wärmebereitstellung;84
4.3.3;2.3.3 Wärmeerzeugung in Kraft-Wärmekopplung;95
4.4;2.4 Wirtschaftlichkeit von Energieeffizienzmaßnahmen;104
4.4.1;2.4.1 Grundlagen der Investitionsrechnung;105
4.4.2;2.4.2 Anwendungsbeispiele zur Wirtschaftlichkeit;112
4.5;2.5 Anwendungsbeispiel für eine Energieeffizienzanalyse;114
4.6;Literaturverzeichnis;122
5;3Regenerative Energiequellen;126
5.1;3.1 Strahlungsangebot der Sonne;127
5.1.1;3.1.1 Strahlung und Materie;127
5.1.2;3.1.2 Strahlungsquelle Sonne;129
5.1.3;3.1.3 Einfluss der Erdatmosphäre;135
5.1.4;3.1.4 Direktstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche;140
5.1.5;3.1.5 Global- und Diffusstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche;145
5.1.6;3.1.6 Jahressumme der Globalstrahlung auf eine beliebig orientierte Fläche;147
5.1.7;3.1.7 Auslegungshilfsmittel Sonnenstandsdiagramm;149
5.1.8;3.1.8 Auslegungshilfsmittel Strahlungsatlas;150
5.1.9;3.1.9 Messung der Einstrahlung;152
5.2;3.2 Erdwärme;154
5.2.1;3.2.1 Oberflächennahe Nutzung;159
5.2.2;3.2.2 Tiefe Erdwärme;175
5.3;3.3 Biomasse;178
5.3.1;3.3.1 Biomassebereitstellung;179
5.3.2;3.3.2 Biomasseproduktion;180
5.3.3;3.3.3 Physikalische und chemische Charakterisierung von Bioenergieträgern;181
5.3.4;3.3.4 Ökologie und Nachhaltigkeit;184
5.4;3.4 Windenergie;187
5.4.1;3.4.1 Windentstehung;188
5.4.2;3.4.2 Leistung des Windes;188
5.4.3;3.4.3 Grenzschicht;190
5.4.4;3.4.4 Häufigkeitsverteilung;193
5.4.5;3.4.5 Die Turbulenz der Windströmung;198
5.4.6;3.4.6 Windklassen;199
5.4.7;3.4.7 Messung der Windverhältnisse;200
5.5;3.5 Wasserkraft;202
5.5.1;3.5.1 Wasserkreislauf;202
5.5.2;3.5.2 Nutzbarer Niederschlagsanteil;202
5.5.3;3.5.3 Arbeitsvermögen des Wassers;203
5.5.4;3.5.4 Weltweites Nutzungspotential;204
5.6;Literaturverzeichnis;205
6;4Photovoltaik;208
6.1;4.1 Geschichte der Photovoltaik;210
6.2;4.2 Physikalische Grundlagen;212
6.2.1;4.2.1 Einführung in die Halbleitertheorie;212
6.2.2;4.2.2 Generations- und Rekombinationsprozesse;219
6.2.3;4.2.3 Die Solarzelle als p-n-Übergang;222
6.2.4;4.2.4 Modellbildung für eine reale Solarzelle;229
6.2.5;4.2.5 Amorphe Halbleitermaterialien;234
6.3;4.3 Komponenten und Technologien;237
6.3.1;4.3.1 Herstellungsverfahren für kristalline Si-Solarzellen;237
6.3.2;4.3.2 Herstellungsverfahren für Dünnschicht-Solarzellen;240
6.3.3;4.3.3 Solarzellen der dritten Generation;244
6.3.4;4.3.4 Solarmodule;248
6.3.5;4.3.5 Aufständerung;249
6.3.6;4.3.6 Stromrichter;254
6.4;4.4 Systemtechnik;260
6.4.1;4.4.1 Verschaltung von Solarzellen zu Solargeneratoren;260
6.4.2;4.4.2 Regelung von Solargeneratoren;262
6.4.3;4.4.3 Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen;265
6.4.4;4.4.4 Photovoltaik-Inselanlagen;268
6.5;4.5 Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Photovoltaikmodulen;269
6.5.1;4.5.1 Leistungsgarantie und Lebensdauer;269
6.5.2;4.5.2 Degradation;275
6.6;4.6 Auslegungsbeispiele;289
6.6.1;4.6.1 Inselnetz Flanitzhütte;289
6.6.2;4.6.2 PV-Kraftwerk Nentzelsrode;291
6.7;Literaturverzeichnis;292
7;5Solarthermie;294
7.1;5.1 Geschichte der solarthermischen Energienutzung;295
7.2;5.2 Physikalische Grundlagen;298
7.2.1;5.2.1 Strahlungsphysikalische Grundlagen;299
7.2.2;5.2.2 Strahlungstransmission;302
7.2.3;5.2.3 Absorption und Strahlungswandlung;309
7.2.4;5.2.4 Strahlungskonzentration;313
7.2.5;5.2.5 Wärmetransport im Kollektor;318
7.2.6;5.2.6 Kenn- und Leistungsdaten von Solarkollektoren;334
7.3;5.3 Komponenten;344
7.3.1;5.3.1 Kollektoren;344
7.3.2;5.3.2 Absorber;359
7.3.3;5.3.3 Transparente Abdeckungen;370
7.3.4;5.3.4 Kollektorkreis;376
7.3.5;5.3.5 Speicher;381
7.3.6;5.3.6 Weitere Komponenten;388
7.3.7;5.3.7 Zukünftige Entwicklungslinien;395
7.4;5.4 Systemtechnik;397
7.4.1;5.4.1 Betriebsarten;398
7.4.2;5.4.2 System-Kennwerte;401
7.4.3;5.4.3 Exkurs - Trinkwassererwärmung und Hygiene;410
7.4.4;5.4.4 Solare Trinkwassererwärmung im Ein- und Zweifamilienhaus;411
7.4.5;5.4.5 Große Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung;412
7.4.6;5.4.6 Solare Heizungsunterstützung;420
7.4.7;5.4.7 Solare Prozesswärme;422
7.4.8;5.4.8 Solares Kühlen;430
7.4.9;5.4.9 Solare Fernwärme;434
7.4.10;5.4.10 Solare Nahwärme;435
7.4.11;5.4.11 Solare Kraftwerke;437
7.5;5.5 Solarwirtschaft;439
7.5.1;5.5.1 Der Markt für Solarthermie;439
7.5.2;5.5.2 Gesetzliche Regelungen und Fördermaßnahmen;442
7.5.3;5.5.3 Wirtschaftlichkeit;444
7.6;Literaturverzeichnis;453
8;6Geothermie;460
8.1;6.1 Geschichte der geothermischen Energienutzung;464
8.2;6.2 Grundlagen;466
8.2.1;6.2.1 Modellierung von Erdwärmesonden;467
8.2.2;6.2.2 Thermodynamik der Wärmepumpen;474
8.2.3;6.2.3 Thermodynamik der geothermischen Stromerzeugung;489
8.3;6.3 Komponenten und Systemtechnik;504
8.3.1;6.3.1 Erdwärmesonden;504
8.3.2;6.3.2 Erdkollektoren;516
8.3.3;6.3.3 Grundwasserbrunnen;521
8.3.4;6.3.4 Wärmepumpen;522
8.4;6.4 Wirtschaftlichkeit von Wärmepumenanlagen;526
8.5;6.5 Auslegungsbeispiele;529
8.5.1;6.5.1 Geothermische Beheizung eines Einfamilienhauses;529
8.5.2;6.5.2 Geothermisches Kraftwerk Ribeira Grande, Azoren;531
8.6;Literaturverzeichnis;534
9;7Biomasse;536
9.1;7.1 Geschichte der energetischen Biomassenutzung;537
9.2;7.2 Thermochemische Umwandlung;541
9.2.1;7.2.1 Verbrennung;541
9.2.2;7.2.2 Emissionen aus der Biomasseverbrennung;544
9.2.3;7.2.3 Anwendungsbereiche und Technologien zur Wärme- und Stromerzeugung;546
9.2.4;7.2.4 Verbrennung von Halmgut und Getreide;550
9.2.5;7.2.5 Verbrennung von Rest- und Abfallstoffen;551
9.2.6;7.2.6 Verbrennung von Biomasse in Großfeuerungsanlagen;552
9.2.7;7.2.7 Kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom aus Biomasse;555
9.2.8;7.2.8 Biomassevergasung: Grundlagen und Anwendung;559
9.3;7.3 Biochemische Umwandlung;565
9.3.1;7.3.1 Grundlagen der Biogaserzeugung;566
9.3.2;7.3.2 Dimensionierung von Biogasanlagen;574
9.3.3;7.3.3 Technik zur Erzeugung von Biogas;578
9.3.4;7.3.4 Technik zur Nutzung von Biogas;581
9.4;7.4 Flüssige Bioenergieträger: Biokraftstoffe;584
9.4.1;7.4.1 Entwicklung des weltweiten Biokraftstoffmarkts;586
9.4.2;7.4.2 Biokraftstoffe der 1. Generation: Pflanzenöle;587
9.4.3;7.4.3 Biokraftstoffe der 1. Generation: Biodiesel;594
9.4.4;7.4.4 Biokraftstoffe der 2. Generation: Hydrierte Planzenöle;597
9.4.5;7.4.5 Erzeugung von Bioethanol;600
9.4.6;7.4.6 Biokraftstoffe der 2. Generation: synthetische Biokraftstoffe;615
9.4.7;7.4.7 Biokraftstoffe der 3. Generation;627
9.5;Literaturverzeichnis;630
10;8Windkraftanlagen;634
10.1;8.1 Geschichte der Windenergienutzung;637
10.2;8.2 Physikalische Grundlagen;639
10.2.1;8.2.1 Die Betzsche Theorie;639
10.2.2;8.2.2 Schwingungsverhalten von Windenergieanlagen;657
10.3;8.3 Komponenten;669
10.3.1;8.3.1 Rotorblätter;669
10.3.2;8.3.2 Getriebe;682
10.3.3;8.3.3 Antriebsstrang;692
10.3.4;8.3.4 Turm;698
10.3.5;8.3.5 Generator;703
10.4;8.4 Systemtechnik;706
10.4.1;8.4.1 Anlagenkennlinie;706
10.4.2;8.4.2 Regelungskonzepte;707
10.4.3;8.4.3 Condition Monitoring Systeme;711
10.4.4;8.4.4 Genehmigungsverfahren für Errichtung und Betrieb;713
10.4.5;8.4.5 Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen;718
10.4.6;8.4.6 Auslegungsbeispiel;725
10.5;Literaturverzeichnis;728
11;9Wasserkraftanlagen;732
11.1;9.1 Einführung;732
11.2;9.2 Typisierung und Aufbau;733
11.3;9.3 Wasserturbinen;733
11.3.1;9.3.1 Die Peltonturbine;735
11.3.2;9.3.2 Die Francisturbine;737
11.3.3;9.3.3 Die Kaplanturbine;738
11.3.4;9.3.4 Die Eulersche Turbinenhauptgleichung;739
11.4;Literaturverzeichnis;741
12;10Energiespeicher;742
12.1;10.1 Elektrische Speichertechnologien;743
12.1.1;10.1.1 Mechanische Energiespeicher;744
12.1.2;10.1.2 Elektrische Energiespeicher;748
12.1.3;10.1.3 Elektrochemische Energiespeicher;750
12.2;10.2 Thermische Speichertechnologien;754
12.2.1;10.2.1 Sensible Speicher;755
12.2.2;10.2.2 Latentwärmespeicher;760
12.2.3;10.2.3 Thermochemische Speicher;769
12.3;10.3 Chemische Speichertechnologien;775
12.3.1;10.3.1 Power-to-Gas;775
12.3.2;10.3.2 Power-to-Liquid;781
12.4;Literaturverzeichnis;782
13;11Elektrische Energiesysteme;785
13.1;11.1 Struktur des elektrischen Energieversorgungssystems;786
13.2;11.2 Integration von Photovoltaikanlagen;792
13.3;11.3 Integration von Windkraftanlagen;795
13.4;Literaturverzeichnis;797
14;12Thermische Energiesysteme;799
14.1;12.1 Struktur der thermischen Energieversorgung;800
14.2;12.2 Integration von Kraft-Wärme-Kopplung, Biomasse und Geothermie in Nahwärmenetze;802
14.3;12.3 Integration solarer Wärme in Nahwärmenetze;803
14.4;12.4 Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz;805
14.5;12.5 Anwendungsbeispiel Kommunale Fernwärme;806
14.6;Literaturverzeichnis;810
15;13Mobilität;811
15.1;13.1 Kraftstoffe;812
15.1.1;13.1.1 Biokraftstoffe;812
15.1.2;13.1.2 Wasserstoff;818
15.2;13.2 Elektrofahrzeuge;818
15.2.1;13.2.1 Batteriegespeiste Elektrofahrzeuge;819
15.2.2;13.2.2 Brennstoffzellengespeiste Elektrofahrzeuge;820
15.3;Literaturverzeichnis;821
16;14Thermodynamische Bewertung regenerativer Energiewandlungen;822
16.1;14.1 Geschichte der Energiewandlung;823
16.2;14.2 Die Energie;826
16.3;14.3 Die Entropie;834
16.4;14.4 Die Energie des Systems;841
16.5;14.5 Gewollte und ungewollte Energiewandlungen;847
16.5.1;14.5.1 Energiewandlung innerhalb des Systems;847
16.5.2;14.5.2 Energietransport über die Systemgrenze;849
16.5.3;14.5.3 Ungewollte Energieumwandlungen (Dissipation);857
16.6;14.6 Energiebilanzen für geschlossene und offene Systeme;863
16.6.1;14.6.1 Geschlossene Systeme;863
16.6.2;14.6.2 Offene Systeme;865
16.6.3;14.6.3 Exergie, Anergie, Wirkungs- und Nutzungsgrad;868
16.7;14.7 Stoffeigenschaften;876
16.7.1;14.7.1 Zustandsgleichungen;877
16.7.2;14.7.2 Idealgas;880
16.7.3;14.7.3 Reale Gase;882
16.7.4;14.7.4 Ideale Flüssigkeiten und Feststoffe;884
16.7.5;14.7.5 Reale Flüssigkeiten und Feststoffe;885
16.7.6;14.7.6 Nassdampf;886
16.7.7;14.7.7 Ideale Gasgemische;888
16.7.8;14.7.8 Binäre Gemische;895
16.8;14.8 Thermodynamische Maschinen und Komponenten;897
16.8.1;14.8.1 Pumpen;898
16.8.2;14.8.2 Verdichter;900
16.8.3;14.8.3 Turbinen;902
16.8.4;14.8.4 Wärmeübertrager;903
16.8.5;14.8.5 Drosselventile;906
16.8.6;14.8.6 Düse und Diffusor;907
16.8.7;14.8.7 Wärmeerzeuger;908
16.9;14.9 Kreisprozesse;910
16.9.1;14.9.1 Bilanzierung des Kreisprozesses;910
16.9.2;14.9.2 Kreisprozess-Varianten;915
16.10;14.10 Thermodynamik der solaren Energiewandlung;918
16.10.1;14.10.1 Thermodynamik der Strahlung;918
16.10.2;14.10.2 Solarthermischer Umwandlungspfad;921
16.10.3;14.10.3 Photovoltaischer Umwandlungspfad;925
16.11;Literaturverzeichnis;930
17;15Apokryphen;932
17.1;15.1 Historische Perpetua mobilia;932
17.2;15.2 Erfinder;935
17.3;15.3 Esoteriker;938
17.4;15.4 Lösungen;939
17.5;Literaturverzeichnis;942
18;Sachverzeichnis;944mehr

Autor

Prof. Dr.-Ing. Viktor Wesselak, Lehrgebiet Regenerative Energiesysteme Prof. Dr.-Ing. Thomas Schabbach, Lehrgebiet Thermische Energiesysteme Prof. Dr.-Ing. Thomas Link, Lehrgebiet Kraft- und ArbeitsmaschinenProf. Dr.-Ing. Joachim Fischer, Lehrgebiet Bioenergiesysteme

Institut für Regenerative Energiesysteme (in.RET), Hochschule Nordhausen