Regenerative Energiesysteme - Cheatsheet

Grundlagen der Halbleiterphysik in Photovoltaik-Systemen

Definition:

Grundlegende Halbleitereigenschaften und Funktionsweise von pn-Übergängen sind entscheidend für die Effizienz von Solarzellen.

Details:

• Halbleiterbandmodell: Valenzband, Leitungsband, Bandlücke
• Fermi-Dirac-Verteilung
• Generation und Rekombination von Ladungsträgern
• Photovoltaischer Effekt: Absorption von Photonen öffnet Elektron-Loch-Paare
• pn-Übergang: Diffusion und Drift von Ladungsträgern führt zu Raumladungszone
• Sperrschicht und Aufbau von elektrischen Feldern
• I-V-Kennlinie und maximale Leistungspunkt (MPP)

Biochemische Prozesse und Konversionstechniken in der Bioenergie

Definition:

Prozesse und Methoden zur Umwandlung von Biomasse in nutzbare Energie.

Details:

• Fermentation: Umwandlung von Biomasse in Biogas durch Mikroorganismen
• Vergärung: Anaerober Abbau organischer Stoffe zu Biogas
• Transesterifikation: Umwandlung von pflanzlichen Ölen in Biodiesel
• Pyrolyse: Thermische Zersetzung von Biomasse ohne Sauerstoff zu Biokraftstoff und Bioöl
• Formel für Biogasertrag: \( CH_4 + CO_2 = Biogas \)
• Enthalphieberechnung durch untere Heizwerte: \[ H_u = \frac{Q_{ab}}{m_{\text{Brennstoff}}} \]
• Umweltvorteil: Reduzierung der Treibhausgasemissionen

Hydraulische Grundlagen und Strömungsmechanik in der Wasserkraft

Definition:

Hydraulische Grundlagen und Strömungsmechanik in der Wasserkraft befasst sich mit den Prinzipien, die der Bewegung und Nutzung von Wasser zur Energiegewinnung zugrunde liegen.

Details:

• Kontinuitätsgleichung: \(A_1 v_1 = A_2 v_2\)
• Bernoulli-Gleichung: \[ p + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = \text{constant} \]
• Reynolds-Zahl zur Bestimmung des Flusstyps: \(Re = \frac{ \rho v L }{ u } \)
• Wichtig für Dimensionierung und Effizienz von Wasserkraftanlagen
• Analyse von Turbulenz und Laminarströmung

Prinzipien und Anwendungen von Batteriespeichern

Definition:

Prinzipien und Anwendungen von Batteriespeichern

Details:

• Batteriespeicher: zentrale Rolle in stabilen Energiesystemen; Speicherung und Abruf von Energie.
• Wichtige Kenngrößen: Kapazität (\text{Ah}, \text{kWh}), Leistungsdichte (\text{W/kg}), Energiedichte (\text{Wh/kg}).
• Hauptprinzip: elektrochemische Speicherung; Umwandlung zwischen elektrischer und chemischer Energie.
• Typen: Lithium-Ionen, Bleisäure, Natrium-Schwefel, Redox-Flow.
• Anwendungen: Netzstabilität, Erhöhung des Eigenverbrauchs bei Photovoltaikanlagen, Ladeinfrastruktur für E-Mobilität, Notstromversorgung.
• Systemintegration: Wechselrichter, Lade- und Entladeregler, Überwachungssysteme.

Systemintegration und Netzanschluss von Photovoltaik-Anlagen

Definition:

Einbindung und Vernetzung von PV-Anlagen in bestehende Stromnetze zur Optimierung der Stromverteilung.

Details:

• Schnittstellen: Wechselrichter, Transformatoren
• Einspeisemanagement: Regelung der Einspeisung ins Netz
• Netzverträglichkeit: Spannung, Frequenz halten
• Monitoring- und Kontrollsysteme: Überwachung und Steuerung
• Regelungstechniken: MPP-Tracking, Strom- und Spannungsregelung
• Sicherheitskonzepte: Schutz vor Netzrückwirkungen, Abschaltvorrichtungen
• Speicherintegration: Pufferung und Eigenverbrauchsoptimierung
• Rechtliche und normative Anforderungen: VDE-AR-N 4105, EEG

Design und Effizienz von Solarmodulen

Definition:

Optimierung von Solarmodulen durch Verbesserung des Designs, Erhöhung der Effizienz, Minimierung von Verlusten.

Details:

• Wirkungsgrad einer Solarzelle: \[\text{Wirkungsgrad} = \frac{P_{\text{max}}}{E_{\text{eingang}}} \]
• Pertinentie Entwurfsparameter: Materialwahl, Anordnung der Zellen, Oberflächenstruktur
• Technologien: Monokristallin, Polykristallin, Dünnschicht
• Verlustmechanismen: Reflektionen, Widerstandsverluste, Rekombination
• Verbesserungsmethoden: Antireflexbeschichtungen, Passivierungsschichten, Mehrfachübergänge
• Praktische Effizienz: typischerweise 15-22%