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Energy Science - Cheatsheet

Photovoltaikanlagen und Solarthermie unter Solarenergie Definition: Photovoltaikanlagen und Solarthermie unter Solarenergie: Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische bzw. thermische Energie. PV für Strom, Solarthermie für Wärme. Details: Photovoltaik: Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen Wirkungsgrad PV: ~15-20% Solarthermie: Umwandlung von Sonn...

Photovoltaikanlagen und Solarthermie unter Solarenergie

Definition:

Photovoltaikanlagen und Solarthermie unter Solarenergie: Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische bzw. thermische Energie. PV für Strom, Solarthermie für Wärme.

Details:

Photovoltaik: Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen
Wirkungsgrad PV: ~15-20%
Solarthermie: Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme für Warmwasser und Heizung
Wirkungsgrad Solarthermie: ~60-70%
Formeln:
PV-Leistungsberechnung: $P = E \times A \times Effizienz$
Sonnenenergie pro Fläche: $E = \frac{P_{Sonne}}{A_{Erde}}$

Optimierung von Gebäudetechnik und Beleuchtung zur Energieeffizienz

Definition:

Minimierung des Energieverbrauchs durch Einsatz optimierter Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Beleuchtungssysteme.

Details:

Zentrale Steuerungen und Automatisierung: Optimierung durch \textit{Building Management Systems} (BMS).
Tageslichtoptimierte Beleuchtung: Nutzung von Sensoren für Tageslichtregelung.
Effizienzbewertung: Einsatz von Kennzahlen wie \textit{Energy Usage Intensity} (EUI).
LED-Technologie: Reduktion des Stromverbrauchs durch LED-Beleuchtung.
Passive Designstrategien: Nutzung natürlicher Belüftung und Lichtquellen.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energieerhaltung

Definition:

Formuliert das Prinzip der Energieerhaltung: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, nur umgewandelt werden.

Details:

Mathematische Formulierung: $Δ U = Q - W$
$U$ : Innere Energie eines Systems
$Q$ : Zugeführte Wärme
$W$ : Arbeit, die vom System verrichtet wird
Gilt für geschlossene Systeme

Marktmechanismen und Preisbildung im Energiesektor

Definition:

Interaktionen zwischen Angebot und Nachfrage bestimmen die Energiepreise, beeinflusst durch Produktionskosten, Marktregulierungen und externe Faktoren.

Details:

Angebot und Nachfrage: Preis steigt bei hoher Nachfrage oder geringem Angebot
Produktionskosten: Preise reflektieren oft die Kosten für Energieerzeugung
Regulierung: Staatliche Eingriffe können Preise deckeln oder subventionieren
Externalitäten: Umweltauflagen und CO2-Preise beeinflussen
Gleichgewichtspreis: Wo Angebot gleich Nachfrage ( p^* , Q^* )

Carnot-Prozess und Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen

Definition:

Carnot-Prozess: Ein idealisierter thermodynamischer Kreisprozess mit maximalem Wirkungsgrad. Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen: Verhältnis der geleisteten Arbeit zur zugeführten Wärme.

Details:

Arbeitssystem: Zwei Isothermen und zwei Adiabaten
Wirkungsgrad Carnot-Prozess: $η_{C} = 1 - \frac{T_{k a l t}}{T_{h e i ß}}$
Kein real existierendes System kann den Carnot-Wirkungsgrad erreichen
Carnot-Theorem: Alle reversiblen Prozesse zwischen zwei Wärmereservoirs haben gleichen Wirkungsgrad
Reversibilität impliziert keine Entropieänderung des gesamten Systems

Analyse von Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung

Definition:

Untersuchung und Bewertung der Effizienz von Systemen zur Rückgewinnung und Nutzung von Wärme, die normalerweise verloren geht.

Details:

Ziel: Energieeinsparung und Steigerung der Energieeffizienz
Wichtige Kenngrößen: Wirkungsgrad, wärmeübertragende Flächen, Temperaturdifferenzen
Wärmerückgewinnungstechnologien: Wärmetauscher, Wärmepumpen, regenerativ rotierende Wärmeüberträger
Anwendungen: Industrieprozesse, Gebäudeheizung, Klimaanlagen
Formeln: - Wärmeübertragungsrate: $Q = U \times A \times Δ T$ - Wirkungsgrad: $Effizienz = \frac{Q_{nutzbar}}{Q_{verfügbar}}$

Internationale Energieabkommen und Klimapolitik

Definition:

Internationale Vereinbarungen zur Regulierung von Energieverbrauch und Emissionen zum Schutz des Klimas.

Details:

Kyoto-Protokoll: Reduktion von Treibhausgasen für Industrieländer
Pariser Abkommen: Begrenzung der globalen Erwärmung auf unter 2°C
UN-Klimakonferenzen (COP): jährliche Treffen zur Verhandlung und Überwachung
Emissionshandelssysteme (ETS): Marktwirtschaftlicher Ansatz zur Reduktion von Emissionen
Nachhaltige Entwicklungsziele (SDGs): Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung, inkl. Energie und Klima

Integration und Optimierung erneuerbarer Energien

Definition:

Integration erneuerbarer Energien in bestehende Energiesysteme und deren Optimierung für Effizienz und Stabilität.

Details:

Ziele: Minimierung von CO2-Emissionen, Erhöhung der Versorgungssicherheit, Kosteneffizienz
Erneuerbare Quellen: Solar, Wind, Biomasse, Wasserkraft
Integrationstechniken: Netzintegration, Energiespeicherung, Lastmanagement
Optimierungsmethoden: Algorithmische Optimierung, Prognosemodelle, Netzleistungsanalysen
Formeln: Leistungsberechnung $P = I V$ und Effizienz $Effizienz = \frac{P_{output}}{P_{input}}$

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Photovoltaikanlagen und Solarthermie unter Solarenergie

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Optimierung von Gebäudetechnik und Beleuchtung zur Energieeffizienz

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Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energieerhaltung

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Marktmechanismen und Preisbildung im Energiesektor

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Carnot-Prozess und Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen

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Analyse von Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung

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Internationale Energieabkommen und Klimapolitik

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Integration und Optimierung erneuerbarer Energien

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