Vorwort	7
	Inhaltsverzeichnis	9
	1 Energie und Klimaschutz	15
	1.1 Der Begriff Energie	15
	1.2 Entwicklung des Energiebedarfs	20
	1.2.1 Entwicklung des Weltenergiebedarfs	20
	1.2.2 Entwicklung des Energiebedarfs in Deutschland	22
	1.3 Reichweite konventioneller Energieträger	25
	1.4 Der Treibhauseffekt	26
	1.5 Kernenergie contra Treibhauseffekt	32
	1.5.1 Kernspaltung	32
	1.5.2 Kernfusion	35
	1.6 Nutzung erneuerbarer Energien	36
	1.6.1 Geothermische Energie	37
	1.6.2 Planetenenergie	38
	1.6.3 Sonnenenergie	38
	1.6.3.1 Nutzung der direkten Sonnenenergie	39
	1.6.3.2 Nutzung der indirekten Sonnenenergie	42
	1.7 Energiewende und Klimaschutz	46
	1.7.1 Szenarien für den globalen Klimawandel	46
	1.7.2 Internationaler Klimaschutz	50
	1.7.3 Energiewende und Klimaschutz in Deutschland	52
	1.7.3.1 Entwicklung der Kohlendioxidemissionen in Deutschland	52
	1.7.3.2 Regenerative Energieversorgung in Deutschland	54
	1.7.3.3 Umbau der Energieversorgung	58
	2 Sonnenstrahlung	60
	2.1 Einleitung	60
	2.2 Der Fusionsreaktor Sonne	61
	2.3 Sonnenstrahlung auf der Erde	65
	2.4 Bestrahlungsstärke auf der Horizontalen	71
	2.5 Sonnenposition und Einfallswinkel	74
	2.6 Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene	78
	2.6.1 Direkte Strahlung auf der geneigten Ebene	78
	2.6.2 Diffuse Strahlung auf der geneigten Ebene	79
	2.6.3 Bodenreflexion	80
	2.6.4 Strahlungsgewinn durch Neigung oder Nachführung	81
	2.7 Berechnung von Abschattungsverlusten	84
	2.7.1 Aufnahme der Umgebung	84
	2.7.2 Bestimmung des direkten Abschattungsgrades	86
	2.7.3 Bestimmung des diffusen Abschattungsgrades	87
	2.7.4 Gesamtermittlung der Abschattungen	88
	2.7.5 Optimaler Abstand bei aufgeständerten Solaranlagen	89
	2.8 Solarstrahlungsmesstechnik und Sonnensimulatoren	93
	2.8.1 Messung der globalen Bestrahlungsstärke	93
	2.8.2 Messung der direkten und der diffusen Bestrahlungsstärke	95
	2.8.3 Satellitenmessungen	95
	2.8.4 Künstliche Sonnen	98
	3 Nicht konzentrierende Solarthermie	99
	3.1 Grundlagen	99
	3.2 Solarthermische Systeme	102
	3.2.1 Solare Schwimmbadbeheizung	102
	3.2.2 Solare Trinkwassererwärmung	103
	3.2.2.1 Schwerkraft- oder Thermosiphonanlagen	105
	3.2.2.2 Anlagen mit Zwangsumlauf	106
	3.2.3 Solare Heizungsunterstützung	109
	3.2.4 Rein solare Heizung	110
	3.2.5 Solare Nahwärmeversorgung	111
	3.2.6 Solares Kühlen	112
	3.3 Solarkollektoren	113
	3.3.1 Speicherkollektoren	114
	3.3.2 Flachkollektoren	116
	3.3.3 Vakuumröhrenkollektoren	119
	3.4 Kollektorabsorber	120
	3.5 Kollektorleistung und Kollektorwirkungsgrad	123
	3.6 Rohrleitungen	128
	3.6.1 Leitungsaufheizverluste	131
	3.6.2 Zirkulationsverluste	131
	3.7 Speicher	133
	3.7.1 Trinkwasserspeicher	134
	3.7.2 Schwimmbecken	137
	3.8 Anlagenauslegung	140
	3.8.1 Nutzwärmebedarf	140
	3.8.2 Solarer Deckungsgrad und Nutzungsgrad	141
	3.8.3 Solare Trinkwasseranlagen	143
	3.8.4 Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung	144
	3.8.5 Rein solare Heizung	146
	3.9 Aufwindkraftwerke	146
	4 Konzentrierende Solarthermie	149
	4.1 Einleitung	149
	4.2 Konzentration von Solarstrahlung	149
	4.3 Konzentrierende Kollektoren	152
	4.3.1 Linienkollektoren	153
	4.3.1.1 Kollektorarten und Kollektorgeometrie	153
	4.3.1.2 Kollektornutzleistung und Kollektorwirkungsgrad	155
	4.3.1.3 Längenausdehnung	159
	4.3.1.4 Parabolrinnenkollektorfelder	159
	4.3.2 Punktkonzentratoren	162
	4.4 Wärmekraftmaschinen	163
	4.4.1 Carnot-Prozess	163
	4.4.2 Clausius-Rankine-Prozess	163
	4.4.3 Joule-Prozess	166
	4.4.4 Stirling-Prozess	167
	4.5 Konzentrierende solarthermische Anlagen	167
	4.5.1 Parabolrinnenkraftwerke	167
	4.5.2 Solarturmkraftwerke	172
	4.5.2.1 Offener volumetrischer Receiver	173
	4.5.2.2 Druck-Receiver	174
	4.5.3 Dish-Stirling-Anlagen	175
	4.5.4 Sonnenöfen und Solarchemie	176
	4.6 Stromimport	177
	5 Photovoltaik	180
	5.1 Einleitung	180
	5.2 Funktionsweise von Solarzellen	182
	5.2.1 Atommodell nach Bohr	182
	5.2.2 Photoeffekt	183
	5.2.3 Funktionsprinzip einer Solarzelle	185
	5.3 Herstellung von Solarzellen und Solarmodulen	192
	5.3.1 Solarzellen aus kristallinem Silizium	192
	5.3.2 Solarmodule mit kristallinen Zellen	197
	5.3.3 Solarzellen aus amorphem Silizium	198
	5.3.4 Solarzellen aus anderen Materialien	199
	5.3.5 Modultests und Qualitätskontrolle	201
	5.4 Elektrische Beschreibung von Solarzellen	202
	5.4.1 Einfaches Ersatzschaltbild	202
	5.4.2 Erweitertes Ersatzschaltbild (Eindiodenmodell)	203
	5.4.3 Zweidiodenmodell	206
	5.4.4 Zweidiodenmodell mit Erweiterungsterm	206
	5.4.5 Weitere elektrische Zellparameter	208
	5.4.6 Temperaturabhängigkeit	210
	5.4.7 Parameterbestimmung	213
	5.5 Elektrische Beschreibung von Solarmodulen	214
	5.5.1 Reihenschaltung von Solarzellen	214
	5.5.2 Reihenschaltung unter inhomogenen Bedingungen	216
	5.5.3 Parallelschaltung von Solarzellen	220
	5.5.4 Technische Daten von Solarmodulen	220
	5.6 Solargenerator und Last	222
	5.6.1 Widerstandslast	222
	5.6.2 Gleichspannungswandler	223
	5.6.3 Tiefsetzsteller	224
	5.6.4 Hochsetzsteller	227
	5.6.5 Weitere Gleichspannungswandler	227
	5.6.6 MPP-Tracker	228
	5.7 Akkumulatoren	230
	5.7.1 Akkumulatorarten	230
	5.7.2 Bleiakkumulator	231
	5.7.3 Andere Akkumulatortypen	236
	5.7.4 Akkumulatorsysteme	237
	5.7.5 Andere Speichermöglichkeiten	241
	5.8 Wechselrichter	241
	5.8.1 Wechselrichtertechnologie	241
	5.8.1.1 Rechteckwechselrichter	242
	5.8.1.2 Moderne Wechselrichtertopologien	245
	5.8.2 Wechselrichter in der Photovoltaik	246
	5.8.2.1 Funktionen und Aufgaben des Wechselrichters	246
	5.8.2.2 Wechselrichterwirkungsgrade	248
	5.8.2.3 Anlagenkonzepte	251
	5.9 Photovoltaische Eigenverbrauchssysteme	252
	5.9.1 Photovoltaische Eigenverbrauchssysteme mit Speicher	252
	5.9.2 Photovoltaische Eigenverbrauchssysteme mit Heizung	255
	5.10 Planung und Auslegung	257
	5.10.1 Inselnetzsysteme	257
	5.10.2 Rein Netzgekoppelte Systeme	260
	5.10.3 Eigenverbrauchssysteme	262
	5.10.3.1 Eigenverbrauchssysteme ohne Speicher	262
	5.10.3.2 Eigenverbrauchssysteme mit Batteriespeicher	267
	6 Windkraft	274
	6.1 Einleitung	274
	6.2 Dargebot von Windenergie	275
	6.2.1 Entstehung des Windes	275
	6.2.2 Angabe der Windstärke	276
	6.2.3 Windgeschwindigkeitsverteilungen	277
	6.2.4 Einfluss der Umgebung und Höhe	279
	6.3 Nutzung der Windenergie	282
	6.3.1 Im Wind enthaltene Leistung	282
	6.3.2 Widerstandsläufer	284
	6.3.3 Auftriebsläufer	286
	6.4 Bauformen von Windkraftanlagen	290
	6.4.1 Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse	290
	6.4.2 Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse	291
	6.4.2.1 Anlagenaufbau	291
	6.4.2.2 Rotorblätter	292
	6.4.2.3 Windgeschwindigkeitsbereiche	294
	6.4.2.4 Leistungsbegrenzung und Sturmabschaltung	295
	6.4.2.5 Windnachführung	297
	6.4.2.6 Turm, Fundament, Getriebe und Generator	298
	6.4.2.7 Offshore-Windkraftanlagen	299
	6.5 Elektrische Maschinen	300
	6.5.1 Elektrische Wechselstromrechnung	301
	6.5.2 Drehfeld	304
	6.5.3 Synchronmaschine	308
	6.5.3.1 Aufbau	308
	6.5.3.2 Elektrische Beschreibung	309
	6.5.3.3 Synchronisation	312
	6.5.4 Asynchronmaschine	312
	6.5.4.1 Aufbau und Betriebszustände	312
	6.5.4.2 Ersatzschaltbilder und Stromortskurven	314
	6.5.4.3 Leistungsbilanz	316
	6.5.4.4 Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien und typische Generatordaten	317
	6.6 Elektrische Anlagenkonzepte	319
	6.6.1 Asynchrongenerator mit direkter Netzkopplung	319
	6.6.2 Synchrongenerator mit direkter Netzkopplung	322
	6.6.3 Synchrongenerator mit Umrichter und Zwischenkreis	323
	6.6.4 Drehzahlregelbare Asynchrongeneratoren	325
	6.6.5 Inselnetzanlagen	325
	6.7 Netzbetrieb	326
	6.7.1 Anlagenertrag	326
	6.7.2 Netzanschluss	327
	7 Wasserkraft	329
	7.1 Einleitung	329
	7.2 Dargebot der Wasserkraft	330
	7.3 Wasserkraftwerke	334
	7.3.1 Laufwasserkraftwerke	334
	7.3.2 Speicherwasserkraftwerke	336
	7.3.3 Pumpspeicherkraftwerke	337
	7.4 Wasserturbinen	340
	7.4.1 Turbinenarten	340
	7.4.1.1 Kaplan-Turbine und Rohr-Turbine	341
	7.4.1.2 Ossberger-Turbine	342
	7.4.1.3 Francis-Turbine	342
	7.4.1.4 Pelton-Turbine	343
	7.4.2 Turbinenwirkungsgrad	343
	7.5 Weitere technische Anlagen zur Wasserkraftnutzung	345
	7.5.1 Gezeitenkraftwerke	345
	7.5.2 Meeresströmungskraftwerke	346
	7.5.3 Wellenkraftwerke	347
	8 Geothermie	349
	8.1 Geothermievorkommen	349
	8.2 Geothermische Heizwerke	353
	8.3 Geothermische Stromerzeugung	354
	8.3.1 Kraftwerksprozesse	354
	8.3.2 Geothermische Kraftwerke	356
	8.4 Wärmepumpen	358
	8.4.1 Kompressions-Wärmepumpen	358
	8.4.2 Absorptions-Wärmepumpen	360
	8.4.3 Adsorptions-Wärmepumpen	361
	8.4.4 Einsatzgebiete, Planung und Ertragsberechnung	362
	9 Nutzung der Biomasse	367
	9.1 Vorkommen an Biomasse	367
	9.1.1 Feste Bioenergieträger	369
	9.1.2 Flüssige Bioenergieträger	373
	9.1.2.1 Pflanzenöl	373
	9.1.2.2 Biodiesel	374
	9.1.2.3 Bioalkohole	374
	9.1.2.4 Biomass-to-Liquid (BtL)-Brennstoffe	375
	9.1.3 Gasförmige Bioenergieträger	376
	9.1.4 Flächenerträge und Umweltbilanz	378
	9.2 Biomasseanlagen	379
	9.2.1 Biomasseheizungen	379
	9.2.2 Biomassekraftwerke	382
	10 Wasserstofferzeugung, Brennstoffzellen und Methanisierung	383
	10.1 Wasserstofferzeugung und -speicherung	383
	10.2 Brennstoffzellen	386
	10.2.1 Einleitung	386
	10.2.2 Brennstoffzellentypen	387
	10.2.3 Wirkungsgrade und Betriebsverhalten	390
	10.3 Methanisierung und Untertagespeicherung	392
	11 Wirtschaftlichkeitsberechnungen	396
	11.1 Einleitung	396
	11.2 Energiegestehungskosten	397
	11.2.1 Berechnungen ohne Kapitalverzinsung	397
	11.2.1.1 Solarthermische Anlagen zur Trinkwassererwärmung	398
	11.2.1.2 Solarthermische Kraftwerke	399
	11.2.1.3 Photovoltaikanlagen	400
	11.2.1.4 Windkraftanlagen	400
	11.2.1.5 Wasserkraftanlagen	401
	11.2.1.6 Geothermieanlagen	402
	11.2.1.7 Holzpelletsheizungen	403
	11.2.2 Berechnungen mit Kapitalverzinsung	404
	11.2.2.1 Solarthermische Anlagen zur Trinkwassererwärmung	407
	11.2.2.2 Solarthermische Kraftwerke	407
	11.2.2.3 Photovoltaikanlagen	407
	11.2.2.4 Windkraftanlagen	408
	11.2.3 Vergütung für regenerative Energieanlagen	408
	11.2.4 Zukünftige Entwicklung der Kosten für regenerative Energien	408
	11.2.5 Kosten konventioneller Energiesysteme	411
	11.3 Externe Kosten des Energieverbrauchs	413
	11.3.1 Subventionen im Energiemarkt	414
	11.3.2 Ausgaben für Forschung und Entwicklung	416
	11.3.3 Kosten für Umwelt- und Gesundheitsschäden	417
	11.3.4 Sonstige externe Kosten	418
	11.3.5 Internalisierung der externen Kosten	418
	11.4 Kritische Betrachtung der Wirtschaftlichkeitsberechnungen	420
	11.4.1 Unendliche Kapitalvermehrung	420
	11.4.2 Die Verantwortung des Kapitals	421
	12  Simulation und die DVD zum Buch	423
	12.1 Allgemeines zur Simulation	423
	12.2 Die DVD zum Buch	424
	12.2.1 Start und Überblick	424
	12.2.2 Abbildungen	425
	12.2.3 Software	425
	12.2.4 Vermischtes	426
	Literaturverzeichnis	428
	Sachwortverzeichnis	436