Regenerative Energiesysteme: Technologie - Berechnung - Simulation ; mit 117 Tabellen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Hanser
2013
|
| Ausgabe: | 8., aktualisierte und erw. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Einführung/Vorwort Auszug Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 422 S. zahlr. Ill., graph. Darst. 1 DVD-ROM (12 cm) |
| ISBN: | 9783446435261 9783446435711 3446435263 |
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IMAGE 1
I
INHALTSVERZEICHNIS 1 ENERGIE UND KLIMASCHUTZ 13 1.1 DER BEGRIFF ENERGIE
131.2 ENTWICKLUNG DES ENERGIEBEDARFS 181.2.1 ENTWICKLUNG
DESWELTENERGIEBEDARFS 181.2.2 ENTWICKLUNG DES ENERGIEBEDARFS IN
DEUTSCHLAND 201.3 REICHWEITE KONVENTIONELLER ENERGIETRAEGER 231.4
DERTREIBHAUSEFFEKT 241.5 KERNENERGIE CONTRA TREIBHAUSEFFEKT 301.5.1
KERNSPALTUNG 301.5.2 KERNFUSION 331.6 NUTZUNG ERNEUERBARER ENERGIEN
341.6.1 GEOTHERMISCHE ENERGIE 351.6.2 PLANETENENERGIE 361.6.3
SONNENENERGIE 361.6.3.1 NUTZUNG DER DIREKTEN SONNENENERGIE 371.6.3.2
NUTZUNG DER INDIREKTEN SONNENENERGIE 391.7 KUENFTIGER ENERGIEBEDARF,
ENERGIEWENDE UND KLIMASCHUTZ .431.7.1 ENTWICKLUNG DESWELTWEITEN
ENERGIEBEDARFS 431.7.2 INTERNATIONALER KLIMASCHUTZ 461.7.3 ENERGIEWENDE
UND KLIMASCHUTZIN DEUTSCHLAND 481.7.3.1 ENTWICKLUNG DER
KOHLENDIOXIDEMISSIONEN IN DEUTSCHLAND .481.7.3.2 REGENERATIVE
ENERGIEVERSORGUNGIN DEUTSCHLAND .481.7.3.3 UMBAU DER ENERGIEVERSORGUNG
532 SONNENSTRAHLUNG
.***.***.****.*.****.******.***********************************************.*.**
55 2.1 EINLEITUNG 552.2 DER FUSIONSREAKTOR SONNE 562.3 SONNENSTRAHLUNG
AUF DER ERDE 602.4 BESTRAHLUNGSSTAERKE AUF DER HORIZONTALEN 652.5
SONNENPOSITION UND EINFALLSWINKEL 682.6 BESTRAHLUNGSSTAERKE AUF DER
GENEIGTEN EBENE 722.6.1 DIREKTE STRAHLUNG AUF DER GENEIGTEN EBENE
722.6.2 DIFFUSE STRAHLUNG AUF DER GENEIGTEN EBENE 732.6.3 BODENREFLEXION
742.6.4 STRAHLUNGSGEWINN DURCH NEIGUNGODER NACHFUEHRUNG 752.7
BERECHNUNGVON ABSCHATTUNGSVERLUSTEN 782.7.1 AUFNAHME DER UMGEBUNG
782.7.2 BESTIMMUNG DESDIREKTEN ABSCHATTUNGSGRADES 802.7.3 BESTIMMUNG
DESDIFFUSEN ABSCHATTUNGSGRADES 81
IMAGE 2
8 INHALTSVERZEICHNIS
2.7.4 GESAMTERMITTLUNG DER ABSCHATTUNGEN 82
2.7.5 OPTIMALER ABSTAND BEI AUFGESTAENDERTEN SOLARANLAGEN 83
2.8 SOLARSTRAHLUNGSMESSTECHNIK UND SONNENSIMULATOREN 86
2.8.1 MESSUNG DER GLOBALEN BESTRAHLUNGSSTAERKE 86
2.8.2 MESSUNG DER DIREKTEN UND DER DIFFUSEN BESTRAHLUNGSSTAERKE 88
2.8.3 KUENSTLICHE SONNEN 88
3 NICHT KONZENTRIERENDE SOLARTHERMIE
**************************************************************** 90
3.1 GRUNDLAGEN 90
3.2 SOLARTHERMISCHE SYSTEME 93
3.2.1 SOLARE SCHWIMMBADBEHEIZUNG 93
3.2.2 SOLARE TRINKWASSERERWAERMUNG 94
3.2.2.1 SCHWERKRAFT- ODER THERMOSIPHONANLAGEN 96
3.2.2.2 ANLAGEN MIT ZWANGSUMLAUF 97
3.2.3 SOLARE HEIZUNGSUNTERSTUETZUNG 99
3.2.4 REIN SOLARE HEIZUNG 100
3.2.5 SOLARE NAHWAERMEVERSORGUNG 101
3.2.6 SOLARES KUEHLEN 102
3.3 SOLARKOLLEKTOREN 103
3.3.1 SPEICHERKOLLEKTOREN 104
3.3.2 FLACHKOLLEKTOREN 106
3.3.3 VAKUUM ROEHREN KOLLEKTOREN 109
3.4 KOLLEKTORABSORBER 110
3.5 KOLLEKTORLEISTUNG UND KOLLEKTORWIRKUNGSGRAD 113
3.6 ROHRLEITUNGEN 118
3.6.1 LEITUNGSAUFHEIZVERLUSTE 121
3.6.2 ZIRKULATIONSVERLUSTE 121
3.7 SPEICHER 123
3.7.1 TRINKWASSERSPEICHER 124
3.7.2 SCHWIMMBECKEN 127
3.8 ANLAGENAUSLEGUNG 130
3.8.1 NUTZWAERMEBEDARF 130
3.8.2 SOLARER DECKUNGSGRAD UND NUTZUNGSGRAD 131
3.8.3 SOLARE TRINKWASSERANLAGEN 133
3.8.4 ANLAGEN ZUR SOLAREN HEIZUNGSUNTERSTUETZUNG 134
3.8.5 REIN SOLARE HEIZUNG 136
3.9 AUFWINDKRAFTWERKE 136
4 KONZENTRIERENDE SOLARTHERMIE 139
4.1 EINLEITUNG 139
4.2 KONZENTRATION VON SOLARSTRAHLUNG 139
4.3 KONZENTRIERENDE KOLLEKTOREN 142
4.3.1 LINIENKOLLEKTOREN 143
4.3.1.1 KOLLEKTORARTEN UND KOLLEKTORGEOMETRIE 143
4.3.1.2 KOLLEKTORNUTZLEISTUNG UND KOLLEKTORWIRKUNGSGRAD 145
4.3.1.3 LAENGENAUSDEHNUNG 149
4.3.1.4 PARABOLRINNENKOLLEKTORFELDER 149
4.3.2 PUNKTKONZENTRATOREN 152
4.4 WAERMEKRAFTMASCHINEN 153
4.4.1 CARNOT-PROZESS 153
4.4.2 CLAUSIUS-RANKINE-PROZESS 153
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
9
4.4.3 JOULE-PROZESS 156
4.4.4 STIRLING-PROZESS 157
4.5 KONZENTRIERENDE SOLARTHERMISCHE ANLAGEN 157
4.5.1 PARABOLRINNENKRAFTWERKE 157
4.5.2 SOLARTURMKRAFTWERKE 162
4.5.2.1 OFFENER VOLUMETRISCHER RECEIVER 163
4.5.2.2 DRUCK-RECEIVER 164
4.5.3 DISH-STIRLING-ANLAGEN 165
4.5.4 SONNENOEFEN UND SOLARCHEMIE 166
4.6 5TROMIMPORT 167
5 PHOTOVOLTAIK 170
5.1 EINLEITUNG 170
5.2 FUNKTIONSWEISE VON SOLARZELLEN 172
5.2.1 ATOMMODELL NACH BOHR 172
5.2.2 PHOTOEFFEKT 173
5.2.3 FUNKTIONSPRINZIP EINER SOLARZELLE 175
5.3 HERSTELLUNG VON SOLARZELLEN UND SOLARMODULEN 182
5.3.1 SOLARZELLENAUSKRISTALLINEM SILIZIUM 182
5.3.2 SOLARMODULE MIT KRISTALLINEN ZELLEN 186
5.3.3 SOLARZELLENAUSAMORPHEM SILIZIUM 187
5.3.4 SOLARZELLENAUSANDEREN MATERIALIEN 188
5.3.5 MODULTESTS UND QUALITAETSKONTROLLE 189
5.4 ELEKTRISCHE BESCHREIBUNGVON SOLARZELLEN 190
5.4.1 EINFACHESERSATZSCHALTBILD 190
5.4.2 ERWEITERTES ERSATZSCHALTBILD(EINDIODENMODELL) 191
5.4.3 ZWEIDIODENMODELL 194
5.4.4 ZWEIDIODENMODELL MIT ERWEITERUNGSTERM 194
5.4.5 WEITERE ELEKTRISCHE ZELLPARAMETER 196
5.4.6 TEMPERATURABHAENGIGKEIT 198
5.4.7 PARAMETERBESTIMMUNG 201
5.5 ELEKTRISCHE BESCHREIBUNGVON SOLARMODULEN 202
5.5.1 REIHENSCHALTUNGVON SOLARZELLEN 202
5.5.2 REIHENSCHALTUNGUNTER INHOMOGENEN BEDINGUNGEN 204
5.5.3 PARALLELSCHALTUNGVON SOLARZELLEN 208
5.5.4 TECHNISCHEDATEN VON SOLARMODULEN 208
5.6 SOLARGENERATOR UND LAST 210
5.6.1 WIDERSTANDSLAST 210
5.6.2 GLEICHSPANNUNGSWANDLER 211
5.6.3 TIEFSETZSTELLER 212
5.6.4 HOCHSETZSTELLER 215
5.6.5 WEITERE GLEICHSPANNUNGSWANDLER 215
5.6.6 MPP-TRACKER 216
5.7 AKKUMULATOREN 218
5.7.1 AKKUMULATORARTEN 218
5.7.2 BLEIAKKUMULATOR 219
5.7.3 ANDERE AKKUMULATORTYPEN 224
5.7.4 AKKUMULATORSYSTEME 225
5.7.5 ANDERE SPEICHERMOEGLICHKEITEN 229
5.8 WECHSELRICHTER 229
5.8.1 WECHSELRICHTERTECHNOLOGIE 229
IMAGE 4
10 INHALTSVERZEICHNIS
5.8.1.1 RECHTECKWECHSELRICHTER . . . . 230
5.8.1.2 MODERNE WECHSELRICHTERTOPOLOGIEN 233
5.8.2 WECHSELRICHTER IN DER PHOTOVOLTAIK 234
5.8.2.1 FUNKTIONEN UND AUFGABEN DES WECHSELRICHTERS 234
5.8.2.2 WECHSELRICHTERWIRKUNGSGRADE 236
5.8.2.3 ANLAGENKONZEPTE 239
5.9 PHOTOVOLTAISCHE EIGENVERBRAUCHSSYSTEME 240
5.10 PLANUNG UND AUSLEGUNG 243
5.10.1 INSELNETZSYSTEME 243
5.10.2 NETZGEKOPPELTE SYSTEME 246
5.10.3 EIGENVERBRAUCHSSYSTEME 249
6 WIND KRAFT
*.***************.*.**.*****.***.****.**.****.*******.*.****.**.*.**.*****.*****.*****.*.*
255
6.1 EINLEITUNG 255
6.2 DARGEBOT VON WINDENERGIE 256
6.2.1 ENTSTEHUNG DES WINDES 256
6.2.2 ANGABE DER WINDSTAERKE 257
6.2.3 WINDGESCHWINDIGKEITSVERTEILUNGEN 258
6.2.4 EINFLUSS DER UMGEBUNG UND HOEHE 260
6.3 NUTZUNG DER WINDENERGIE 263
6.3.1 IM WIND ENTHALTENE LEISTUNG 263
6.3.2 WIDERSTANDSLAEUFER 265
6.3.3 AUFTRIEBSLAEUFER 267
6.4 BAUFORMEN VON WINDKRAFTANLAGEN 271
6.4.1 WINDKRAFTANLAGEN MIT VERTIKALER DREHACHSE 271
6.4.2 WINDKRAFTANLAGEN MIT HORIZONTALER DREHACHSE 272
6.4.2.1 ANLAGENAUFBAU 272
6.4.2.2 ROTORBLAETTER 273
6.4.2.3 WINDGESCHWINDIGKEITSBEREICHE 275
6.4.2.4 LEISTUNGSBEGRENZUNG UND STURMABSCHALTUNG 276
6.4.2.5 WINDNACHFUEHRUNG 278
6.4.2.6 TURM, FUNDAMENT, GETRIEBE UND GENERATOR 279
6.4.2.7 OFFSHORE-WINDKRAFTANLAGEN 280
6.5 ELEKTRISCHE MASCHINEN 281
6.5.1 ELEKTRISCHE WECHSELSTROMRECHNUNG 282
6.5.2 DREHFELD 285
6.5.3 SYNCHRONMASCHINE 289
6.5.3.1 AUFBAU 289
6.5.3.2 ELEKTRISCHE BESCHREIBUNG 290
6.5.3.3 SYNCHRONISATION 293
6.5.4 ASYNCHRONMASCHINE 293
6.5.4.1 AUFBAU UND BETRIEBSZUSTAENDE 293
6.5.4.2 ERSATZSCHALTBILDER UND STROMORTSKURVEN 295
6.5.4.3 LEISTUNGSBILANZ 297
6.S.4.4 DREHZAHL-DREHMOMENT-KENNLINIEN UND TYPISCHE GENERATORDATEN 298
6.6 ELEKTRISCHE ANLAGENKONZEPTE 300
6.6.1 ASYNCHRONGENERATOR MIT DIREKTER NETZKOPPLUNG 300
6.6.2 SYNCHRONGENERATOR MIT DIREKTER NETZKOPPLUNG 303
6.6.3 SYNCHRONGENERATOR MIT UMRICHTER UND ZWISCHENKREIS 304
6.6.4 DREHZAHLREGELBARE ASYNCHRONGENERATOREN 306
6.6.5 INSELNETZANLAGEN 306
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
11
6.7 NETZBETRIEB 307
6.7.1 ANLAGENERTRAG 307
6.7.2 NETZANSCHLUSS 308
7 WASSERKRAFT 310
7.1 EINLEITUNG 310
7.2 DARGEBOT DER WASSERKRAFT 311
7.3 WASSERKRAFTWERKE 315
7.3.1 LAUFWASSERKRAFTWERKE 315
7.3.2 SPEICHERWASSERKRAFTWERKE 317
7.3.3 PUMPSPEICHERKRAFTWERKE 318
7.4 WASSERTURBINEN 321
7.4.1 TURBINENARTEN 321
7.4.1.1 KAPLAN-TURBINE UND ROHR-TURBINE 322
7.4.1.2 OSSBERGER-TURBINE 323
7.4.1.3 FRANCIS-TURBINE 323
7.4.1.4 PELTON-TURBINE 324
7.4.2 TURBINENWIRKUNGSGRAD 324
7.5 WEITERE TECHNISCHE ANLAGEN ZUR WASSERKRAFTNUTZUNG 326
7.5.1 GEZEITENKRAFTWERKE 326
7.5.2 MEERESSTROEMUNGSKRAFTWERKE 327
7.5.3 WELLENKRAFTWERKE 328
8 GEOTHERMIE 330
8.1 GEOTHERMIEVORKOMMEN 330
8.2 GEOTHERMISCHE HEIZWERKE 334
8.3 GEOTHERMISCHE STROMERZEUGUNG 335
8.3.1 KRAFTWERKSPROZESSE 335
8.3.2 GEOTHERMISCHE KRAFTWERKE 337
8.4 WAERMEPUMPEN 339
8.4.1 KOMPRESSIONS-WAERMEPUMPEN 339
8.4.2 ABSORPTIONS-WAERMEPUMPEN 341
8.4.3 ADSORPTIONS-WAERMEPUMPEN 342
8.4.4 EINSATZGEBIETE, PLANUNG UND ERTRAGSBERECHNUNG 343
9 NUTZUNG DER BIOMASSE 347
9.1 VORKOMMEN AN BIOMASSE 347
9.1.1 FESTE BIOENERGIETRAEGER 349
9.1.2 FLUESSIGE BIOENERGIETRAEGER 353
9.1.2.1 PFLANZENOEL 353
9.1.2.2 BIODIESEL 354
9.1.2.3 BIOALKOHOLE 354
9.1.2.4 BIOMASS-TO-LIQUID (BTL)-BRENNSTOFFE 355
9.1.3 GASFOERMIGE BIOENERGIETRAEGER 356
9.1.4 FLAECHENERTRAEGE UND UMWELTBILANZ 358
9.2 BIOMASSEANLAGEN 359
9.2.1 BIOMASSEHEIZUNGEN 359
9.2.2 BIOMASSEKRAFTWERKE 362
10 WASSERSTOFFERZEUGUNG, BRENNSTOFFZELLEN UND METHANISIERUNG 363
10.1 WASSERSTOFFERZEUGUNG UND -SPEICHERUNG 363
IMAGE 6
12 INHALTSVERZEICHNIS
10.2 BRENNSTOFFZELLEN 366
10.2.1 EINLEITUNG 366
10.2.2 BRENNSTOFFZELLENTYPEN 367
10.2.3 WIRKUNGSGRADE UND BETRIEBSVERHALTEN 370
10.3 METHANISIERUNG UND UNTERTAGESPEICHERUNG 372
11 WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNGEN 375
11.1 EINLEITUNG 375
11.2 ENERGIEGESTEHUNGSKOSTEN 376
11.2.1 BERECHNUNGENOHNE
KAPITALVERZINSUNG.*.376
11.2.1.1 SOLARTHERMISCHE ANLAGEN ZUR TRINKWASSERERWAERMUNG 377 11.2.1.2
SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE 378
11.2.1.3 PHOTOVOLTAIKANLAGEN 379
11.2.1.4 WINDKRAFTANLAGEN 379
11.2.1.5 WASSERKRAFTANLAGEN 380
11.2.1.6 GEOTHERMIEANLAGEN 381
11.2.1.7 HOLZPELLETSHEIZUNGEN 382
11.2.2 BERECHNUNGENMIT KAPITALVERZINSUNG 383
11.2.2.1 SOLARTHERMISCHE ANLAGEN ZUR TRINKWASSERERWAERMUNG 386 11.2.2.2
SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE 386
11.2.2.3 PHOTOVOLTAIKANLAGEN 386
11.2.2.4 WINDKRAFTANLAGEN 387
11.2.3 VERGUETUNG FUER REGENERATIVE ENERGIEANLAGEN 387
11.2.4 ZUKUENFTIGE ENTWICKLUNG DER KOSTENFUER REGENERATIVE ENERGIEN 387
11.2.5 KOSTENKONVENTIONELLER ENERGIESYSTEME 390
11.3 EXTERNEKOSTENDES ENERGIEVERBRAUCHS 392
11.3.1 SUBVENTIONEN IM ENERGIEMARKT 392
11.3.2 AUSGABENFUER FORSCHUNGUND ENTWICKLUNG 394
11.3.3 KOSTENFUER UMWELT- UND GESUNDHEITSSCHAEDEN 395
11.3.4 SONSTIGEEXTERNE KOSTEN 396
11.3.5 INTERNALISIERUNG DER EXTERNEN KOSTEN 397
11.4 KRITISCHE BETRACHTUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNGEN 398
11.4.1 UNENDLICHE KAPITALVERMEHRUNG 398
11.4.2 DIEVERANTWORTUNG DESKAPITALS 399
12 SIMULATION UND DIE DVD ZUM BUCH 401
12.1 ALLGEMEINES ZUR SIMULATION 401
12.2 DIE DVDZUM BUCH 402
12.2.1 START UND UEBERBLICK 402
12.2.2 ABBILDUNGEN 403
12.2.3 SOFTWARE 403
12.2.4 VERMISCHTES 404
LITERATURVERZEICHNIS 406
SACHWORTVERZEICHNIS 413 |
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Beschreibung
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