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Photovoltaik    

Die Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenenergie wird als Photovoltaik bezeichnet. In Solarzellen, die meist aus Silizium bestehen, werden unter Zufuhr von Licht oder Wärme positive und negative Ladungsträger freigesetzt (sogenannter Photoeffekt) und so Gleichstrom erzeugt, der dann direkt Motoren antreiben oder Akkus aufladen kann. In Deutschland wird der durch Photovoltaik erzeugte Strom vorwiegend in das öffentliche Stromnetz eingespeist (= netzgekoppelte Phtovoltaikanlagen). In Ländern ohne öffentliches Stromnetz werden häufig Inselanlagen betrieben, die nicht an das öffentliche Stromnetz gekoppelt sind und meist nur Energie für die eigene Energieversorgung produzieren. Oftmals gibt es Verwechslungen zwischen Solarstrom und Solarthermie da vorwiegend nur von Solaranlagen gesprochen wird. Eine Solarstromanlage produziert Strom und eine Solarthermieanlage erhitzt Brauchwasser mittels Sonnenkollektoren z.B. für die Heizung.

Erdwärme/ Wärmepumpe

Im Erduntergrund ist nahezu unendlich viel Wärmeenergie gespeichert. Die Temperaturen nehmen zum Erdmittelpunkt zu und liegen in einer Tiefe von 50-200 Metern zwischen 2°C bis 8°C und sind im Jahresverlauf weitgehend konstant.Um im Untergrund gespeicherte Wärme nutzen zu können wird ein Loch gebohrt (Wärmebrunnen, Sondenbrunnen) der zwischen 50 und 200 Meter tief ist, abhängig vom Energiebedarf des Hauses. In das ca. 15 cm breite Bohrloch wird ein Kunstsoffrohr in Schleifenform hinabgelassen. Die Rohre werden dann mit Wasser und einem Frostschutzmittel (z.B. Glykol) befüllt.Die Wassermischung in den Rohren (Erdsonden) wird zur Wärmepumpe gepumpt.Wenn das herauf gepumpte Wasser die Wärmepumpe erreicht, beginnt das Kühlmittel zu kochen (Kühlmittel hat einen sehr niedrigen Sidepunkt).Beim kochen sich bildender Wasserdampf wird in den Kompressor geleitet.Im Kompressor wird der Dampf gesammelt und verdichtet (der Druck wird erhöht).Durch die Kompression wird Wärme frei (vergleichbar dem Pumpen mit einer Fahrradluftpumpe). Im Kompressor wird Wasser erwärmt und wenn eine Temperatur von ca. 50°C erreicht ist wird das Wasser zum heizen in den Heizkreislauf im Haus geleitet.Ein ähnlicher Prozess findet in einem gewöhnlichen Kühlschrank statt, nur umgekehrt. Wärmepumpen brauchen Strom für den Betrieb (für die (Sonden-)Wasserpumpe, den Kompressor, die Pumpe für den Heizwasserkreislauf, die Steuerelektronik, usw. Jede kWh Strom sollte etwa drei kWh Wärme erzeugen (wird angegeben durch die sog. Jahresarbeitszahl). Ähnlich ist die Funktion bei Luft-Wasser Wärmepumpen, dort ist der Energieträger Luft.

Wärmerückgewinnung

Wärmerückgewinnung (WRG) ist ein Sammelbegriff für Verfahren zur Wiedernutzbarmachung der thermischen Energie eines den Prozess verlassenden Massenstromes.Grundsätzliches Ziel der Wärmerückgewinnung ist die Minimierung des Primärenergieverbrauchs. Dabei stehen neben den energiewirtschaftlichen Bedürfnissen auch ökologische Forderungen im Vordergrund. Insbesondere werden im Hinblick auf das Kyoto-Protokoll zum Schutz des Klimas gesamtheitlich enorme Mengen an Treibhausgase bzw. CO₂-Emissionen vermieden. Für die eigentliche Funktion von Herstellungsprozessen ist in keinem einzigen Fall eine Wärmerückgewinnung erforderlich. Die Wärmerückgewinnung ist somit nicht dem eigentlichen Herstellungsprozess zugehörig. Sie hat lediglich die Aufgabe, die Energiepotentiale der von den Herstellungsprozessen letztlich in die Umwelt entlassenen Energieströme nachhaltig zu bewahren und zu erneuern. Damit hat die Wärmerückgewinnung die Eigenschaft einer regenerativen Energie.

Blockheizkraftwerk

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie und Wärme, die vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben wird, aber auch Nutzwärme in ein Nahwärmenetz einspeisen kann. Sie setzt dazu das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung ein.Als Antrieb für den Stromerzeuger können Verbrennungsmotoren, d. h. Diesel- oder Gasmotoren, aber auch Gasturbinen verwendet werden.Der höhere Gesamtnutzungsgrad gegenüber der herkömmlichen Kombination von lokaler Heizung und zentralem Kraftwerk resultiert daraus, dass die Abwärme der Stromerzeugung direkt am Ort der Entstehung genutzt wird. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung liegt dabei, abhängig von der Anlagengröße, zwischen etwa 25 und 50 %. Durch die ortsnahe Nutzung der Abwärme wird die eingesetzte Primärenergie aber zu 80 bis über 90 % genutzt. Blockheizkraftwerke können so bis zu 40 % Primärenergie einsparen.Übliche BHKW-Module haben elektrische Leistungen zwischen fünf Kilowatt und fünf Megawatt. Unter 50 kW spricht man auch von Mini-Kraft-Wärme-Kopplung (Mini-KWK), unter 15 kW von Mikro-KWK. Mini- und Mikro-KWK werden in Ein- und Mehrfamilienhäusern, in Betrieben und im Siedlungsbau verwendet. Die Kraft-Wärme-Kopplung wird ebenfalls in Heizkraftwerken genutzt, dort typischerweise mit elektrischen Leistungen von einigen hundert MW.

Windkraftanlage

Eine Windkraftanlage (WKA) wandelt die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie um und speist sie in das Stromnetz ein. Dies geschieht, indem die Bewegungsenergie der Windströmung auf die Rotorblätter wirkt und sie somit den Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Der Rotor gibt die Rotationsenergie an einen Generator weiter, die dort in elektrische Energie umgewandelt wird.In der Fachliteratur hat sich ebenfalls der Begriff Windenergieanlage (WEA) etabliert, manchmal wird auch als universeller Sammelbegriff Windkraftkonverter (WKK) verwendet. Ferner wird Windkraftwerk als Synonym verwendet. In der Umgangssprache findet sich oft der Begriff Windrad oder fälschlicherweise Windmühle.Dieser Artikel befasst sich mit leistungsstarken Windkraftanlagen, die zur Stromerzeugung errichtet werden. Weitere Anwendungen werden unter Windrad und Windgenerator erläutert. Die Stromerzeugung durch Nutzung des Aufwindes mittels hoher Türme erfolgt in Thermikkraftwerken.Die Betrachtung mehrerer Windkraftanlagen findet sich im Artikel Windpark. Energiepolitische Aspekte werden im Artikel Windenergie genannt.