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Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1 Stand und Perspektiven der Windenergienutzung

1.1 Technik und Rahmenbedingungen in Deutschland

1.2 Stand der Technik von marktbeherrschenden Anlagen

1.3 Giganten der 5-MW-Klasse

1.4 Anlagenmarkt

1.5 Windenergie und Stromnetze

1.6 Standorte

1.7 Wirtschaftliche Auswirkungen

1.8 Arbeitsplätze

1.9 Gute Gründe für die Windenergie

2 Windenergie international

2.1 Globale Situation

2.2 Nationale Vergütungs- und Förderstrategien

2.3 Ausbauzustand und Entwicklungsrahmen in Europa

2.4 Nordamerika

2.5 Südamerika

2.6 Asien

2.7 Afrika

2.8 Australien-Pazifik-Region

3 Der Wind – seit 3 000 Jahren im Dienste der Menschheit

3.1 Historische Anfänge der Windkraft

3.2 Pumpen und Mühlen im Mittelmeerraum und in angrenzenden Gebieten

3.3 Bock- und Holländerwindmühlen in Nordwesteuropa

3.4 Massenfertigung von »Westernrädern«

3.5 Begründung der Aerodynamik in der Windkrafttechnik

3.6 Neue Windkrafttechnologie

4 Meteorologische und physikalische Grundlagen

4.1 Bewegungsabläufe in der Erdatmosphäre

4.2 Gebiete zur Windenergienutzung

4.3 Energie aus dem Wind

5 Bauformen von Windkraftanlagen und Systemen am Markt

5.1 Anlagen mit vertikaler Achse

5.2 Anlagen mit horizontaler Achse

5.3 Sonderbauformen

5.4 Merkmale von Standardanlagen

5.5 Anlagen am Markt

6 Komponenten und Technik von marktgängigen Anlagen

6.1 Turbine

6.2 Triebstrangausführungen

6.3 Generator- und Umrichtersysteme

6.4 Maschinenhausausführungen

6.5 Windrichtungsnachführung

6.6 Turm

6.7 Regelung und Betriebsführung

6.8 Sicherheitssysteme und Überwachungseinrichtungen

6.9 Betriebserfahrungen

6.10 Entwicklungstendenzen

7 Windparks

7.1 Parkeffekte

7.2 Parkausführungen

8 Netzintegration

8.1 Anforderungen der Netzbetreiber

8.2 Netzeinwirkungen und Abhilfemaßnahmen

8.3 On- und Offshore-Windparks

8.4 Auswirkungen eines starken Windenergieausbaus

9 Inselsysteme

9.1 Besonderheiten von Inselsystemen

9.2 Einsatz in Deutschland

9.3 Einsatz in netzfernen Gebieten

10 Planung, Aufbau und Repowering von Windkraftanlagen Potenziale in Deutschland

10.1 Standortfragen

10.2 Planung und Bau von Anlagen

10.3 Repowering

10.4 Potenzial und Ausbau in Deutschland

11 Betrieb von Windkraftanlagen

11.1 Organisationsmodelle

11.2 Finanzierung

11.3 Kosten

11.4 Erträge von Windkraftanlagen

12 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

12.1 Entwicklung und Trends der Einspeisevergütung

12.2 Stromgestehungskosten

12.3 Betriebswirtschaftliche Berechnungsmethoden

13 Ökobilanz

14 Windenergieforschung und -entwicklung

14.1 Grundlagen- und Anwendungsforschung

14.2 Neuentwicklungen und Großanlagen

Rezensionstext

"(...) Mit dem Buch ist jeder gut bedient, der sich im Windkraftbereich über alle Facetten des Themas einen Überblick verschaffen möchte. (...)." In: Solarthemen (2013) vom 17. Januar 2013 , Seite 7

"(...) Siegfried Heiers übersichtlicher Abriss über den aktuellen Wissensstand bezüglich der Nutzung von Windenergie in Deutschland und der Welt hat sich längst bewährt. (...)." Sacha Rufer in: Info-Bulletin (2012), Heft 42, Seite 8

Autoreninfo

Der Autor Siegfried Heier lehrt seit mehr als 35 Jahren als Professor an der Universität Kassel. Er war bis Ende 2010 Vorsitzender des "Wissenschaftlichen Beirates im Bundesverband Windenergie" und bis 2012 Mitglied im "VDI-Fachausschuss Regenerative Energien" und im "Fachausschuss für die Zertifizierung und wiederkehrende Prüfung von Windkraftanlagen (Germanischer Lloyd)".

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Wolfgang Schröder
Gewerblicher Betrieb von Photovoltaikanlagen
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2018, 240 S., 167 Abb. u. 5 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Buch beschäftigt sich mit Fragen der Vermarktung und Eigenstromnutzung, aber auch mit Steueroptimierungen für gewerblich betriebene Dach- und Freifeldanlagen. Zunächst werden aber grundsätzliche Fragen zur Betreiberhaftung, dem Sinn regelmäßiger Prüfungen, der Ertragssicherung und dem Fehlerpotenzial geklärt. Darüber hinaus werden in Hinblick auf den rechtssicheren Anlagenbetrieb Fragen zu Haftungsrisiken insbesondere bei Anlagen auf fremden Dächern, zur Rolle des Betriebsführers, zum baulichen Brandschutz und Personenschutz, zu Sondermessungen und selbstverständlich zur prinzipiellen Eignung von Dächern beantwortet. Weitere Schwerpunkte sind die Themenbereiche Sonderbauwerke und Anlagen in landwirtschaftlichen Betriebsstätten.

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V. Berkhout, D. Bergmann, R. Cernusko, M. Durstewitz, S. Faulstich, N. Gerhard, J. Großmann, B. Hahn, M. Hartung, P. Härtel, J. Hirsch, M. Hofsäß, M. Kuhl, S. Kulla, S. Pfaffel, K. Rubel, J. Seel, S. Spriesterbach, D. Waila, C. Wiegand, M. Wiggert, R. Wiser
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Der Windenergiereport des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) berichtet über die jährliche Entwicklung der Windenergie in Deutschland. Der Zubau und Ertrag von On- und Offshore Windenergieanlagen, der Anteil der Windenergie im Strommix, die Netzintegration und die Schritte zum Netzausbau werden dargestellt. Special Reports informieren über aktuelle Themen und Trends der Branche, wie z. B. fliegende Messsysteme.

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Wolfgang Schröder
Privater Betrieb von Photovoltaikanlagen
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Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Errichtung einer Photovoltaikanlage erscheint vielen Hausbesitzern als vorteilhafte Investition, denn Verkäufer und Installateure versprechen gerne garantierten Gewinn und eine wartungsfreie Anlage. Betrachtet man Probleme, die dann oft auftreten, scheinen sich nicht alle privaten Anlagenbetreiber grundlegende Fragen zu ihrer Investition gestellt zu haben. Bringt die Anlage wirklich den erwarteten Ertrag? Gelten die Garantien, wenn der Installateur oder der Hersteller nicht mehr greifbar sind? Welche Verantwortung trägt der Eigentümer? Was ist in den laufenden Betriebsjahren noch zu beachten und zu erwarten? Nur ein geringer Teil der privaten Anlagenbetreiber ist ausreichend informiert, da Fachzeitschriften aus der Photovoltaik- oder Energiebranche meist im gewerblichen Bereich zu finden sind. Und wer geht als privater Anlagenbetreiber schon auf Fortbildungsveranstaltungen? Der Band widmet sich den Belangen des privaten Anlagenbetreibers, also dem technischen Laien, und vermittelt das Verständnis für die Technik auf dem Dach.

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Volker Berkhout, Stefan Faulstich, Berthold Hahn, Johanna Hirsch, Katrin Linke, Moritz Neuschäfer, Sebastian Pfaffel, Khalid Rafik, Kurt Rohrig, Andre Sack, Elisabeth Stark, Lena Schuldt, Mark Zieße
Windenergiereport Deutschland 2014
2015, 112 S., zahlr. teils farb. Abb. und Tab., Softcover
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Der Band berichtet über die jährliche Entwicklung der Windenergie. Der Zubau und Ertrag von On- und Offshore-Windenergieanlagen, der Anteil der Windenergie im Strommix, die Netzintegration und die Schritte zum Netzausbau werden dargestellt. Special Reports informieren über aktuelle Themen und Trends der Branche.

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Barbara Schlomann, Jan Steinbach, Heinrich Kleeberger, Bernd Geiger, Antje Pich, Edelgard Gruber, Michael Mai, Andreas Gerspacher, Werner Schiller
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2014, 455 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer Verlag

 

 

Neben Industrie, Haushalt und Verkehr war der Sektor "Gewerbe, Handel, Dienstleistungen" lange Zeit nur ein Restglied in der deutschen Energiebilanz. Mit über 80 Prozent aller Arbeitsplätze und einem Energieverbrauch von 1,4 PJ pro Jahr ist er jedoch ein bedeutender Wirtschaftsfaktor. In einem Konsortium von Forschungsinstituten beleuchten die Autoren seit nunmehr 20 Jahren den Sektor detailliert und branchenspezifisch. Auf Basis regelmäßiger Betriebsbefragungen vor Ort erheben sie den Energieverbrauch der Arbeitsstätten, den Einsatz erneuerbarer Energie, die Energiekostenbelastung, den Flächenbestand sowie andere charakteristische Merkmale und Ausstattungen, die den Energieverbrauch beeinflussen. Die vorliegende Studie macht die Ergebnisse bis 2011 transparent. Sie enthält zahlreiche branchenspezifische Informationen und kann zugleich als Grundlage für regionale Energiekonzepte und für eine Politik zur Verbesserung der Energieeffizienz dienen.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Marc Großklos, Iris Behr, Daniel Paschka
Möglichkeiten der Wohnungswirtschaft zum Einstieg in die Erzeugung und Vermarktung elektrischer Energie. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2985
2016, 125 S., 40 Abb. u. 25 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Verkauf von selbst erzeugter elektrischer Energie an Mieter innerhalb des Gebäudes kann die Wirtschaftlichkeit von Investitionen in regenerative Erzeugungsanlagen bzw. Kraft-Wärme-Kopplung nennenswert verbessern und so die Nutzung dieser Techniken befördern. Im Forschungsvorhaben wurden konkrete Umsetzungen von Mieterstrom durch Wohnungsunternehmen oder Kooperationspartner sowie unterschiedliche Modelle des Verkaufs des Stroms an die Mieter an Hand von Praxisbeispielen zusammengestellt und analysiert. Weiterhin wurden verschiedene Messkonzepte für Mieterstrom dokumentiert. Die gefundenen Lösungen zeigen die Bandbreite für Wohnungsunternehmen (inkl. Genossenschaften) bei der Vermarktung selbst erzeugter elektrischer Energie. In Experteninterviews mit Entscheidungsträgern der Wohnungs-, aber auch der Energiewirtschaft wurden die Motivationen und Entscheidungswege in unterschiedlichen Unternehmen erfragt. Die Experteninterviews wurden durch eine Online-Umfrage bei über 100 Wohnungsunternehmen ergänzt, in der die Gründe erhoben wurden sich mit Mieterstrom zu beschäftigen oder auch nicht. Die Stromerzeugung beeinflusst auch die Energiebilanz des Gebäudes, je nach energetischem Standard, Strombedarf und Anlagentechnik. In Vergleichsrechnungen wurden diese Zusammenhänge analysiert. Weiterhin wurde die Wirtschaftlichkeit von Mieterstrom aus Sicht eines Wohnungsunternehmens, eines Contractors sowie aus Mietersicht beispielhaft berechnet. Aus den Experteninterviews, der Online-Umfrage und eigenen Recherchen wurden Hemmnisse für eine stärkere Verbreitung von Mieterstrom im organisatorischen, energiewirtschaftlichen und juristischen Bereich identifiziert und Vorschläge zum Abbau der Hemmnisse erarbeitet. Mit Mieterstrom sind einerseits Effizienzsteigerungen in den Beständen möglich, andererseits z. B. für Plus-Energie-Gebäude gangbare Modelle zu skizzieren. Wirtschaftlichkeitsberechnungen zeigen, dass Mieter durch günstigere Stromtarife profitieren können. Zum Mieterstrom wurde im Juni 2015 eine Tagung in Darmstadt vera

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Bernhard Weller, Jasmin Fischer
Untersuchung eines gedämmten Paneels mit integrierter Photovoltaik zur Verwendung in Pfosten-Riegel-Konstruktionen (Gedämmtes PV-Paneel). Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2902
2015, 64 S., Abb. u. Tab.,
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Mit Verabschiedung der EU-Richtlinie 2010/31/EU werden die Mitgliedstaaten der Europäischen Union verpflichtet, Maßnahmen zu ergreifen, um sicherzustellen, dass spätestens bis zum 31. Dezember 2020 alle neu errichteten Gebäude Niedrigstenergiegebäude sein werden. Um dieses zu erreichen ist der Einsatz erneuerbarer Energien zur Deckung des Energiebedarfs von Gebäuden ein wesentlicher Faktor. Opake Fassadenbereiche bieten flächenmäßig ein großes Potenzial für die Integration von Photovoltaik. Ziel des vorliegenden Projektes war die Entwicklung eines opaken Fassadenpaneels mit integrierter Photovoltaik für die Anwendung in Pfosten-Riegel-Fassaden. Opake Brüstungspaneele für Pfosten-Riegel-Fassaden bestehen in der Regel aus einem Dämmkern, einer rückseitigen Verkleidung und einer vorderseitigen Abdeckung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Möglichkeiten untersucht, die vorderseitige Abdeckung durch ein Photovoltaikmodul zu ersetzen. Es wurden zwei Prototypenserien entwickelt. Die erste Prototypenserie ist für den Einsatz in Systemfassaden gedacht, bei denen die Paneele mittels Klemmleisten vierseitig linienförmig an den Pfosten und Riegeln befestigt werden. Die zweite Prototypenserie ist für den Einsatz in Structural-Glazing-Fassaden konzipiert, bei denen die Paneele über Silikon-Klebungen an den Pfosten und Riegeln befestigt werden. Bei Structural-Glazing-Fassaden sind keine Klemmleisten erforderlich und es ergibt sich ein ebenes und von der Materialität einheitliches Erscheinungsbild. Hierfür waren Untersuchungen zur Materialverträglichkeit zwischen Klebstoff und Laminatsfolie des Photovoltaik-Moduls erforderlich. Es wurden Probekörper hergestellt, die unterschiedlichen künstlichen Alterungsszenarien unterzogen wurden. Die fertigen Prototypen wurden in einer Bestrahlungsprüfung getestet. Die Prüfungen dienten zur Bestimmung der Temperaturentwicklung auf den Oberflächen des Moduls und in Zellebene sowie zur Bestimmung der Abhängigkeit zwischen Temperatur und Modulleistung. Mit den durchgeführten Prüfungen kon

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Patrick Dewit Van Styvendael, Christian Heller, Oliver Mayer
Renewable Energy Balancing for residential Homes
Konzept für ein Auslegungstool zur Kapazitätsdimensionierung von Batteriespeichern für EFH als Energieplushäuser
Enthält CD mit einem Excel-Tool (Bestandteil nur bei der gedruckten Version).
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2865
2013, 134 S., num. col. illus. and tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Dieses Projekt fokussiert sich auf das "Regenerative Energien-Management für Wohnhäuser". Kosten für elektrische Energie steigen stetig. Aus diesem Grund gibt es einen positiven Trend zum Eigenverbrauch dezentral erzeugter Energie. Das Auftreten von regenerativer Energie aus Photovoltaik und Wind sind von starken Fluktuationen unterlaufen. Von Nöten ist eine Speicher Lösung, um den Eigenverbrauch zu steigern. Batterien erfüllen als Speicher die Anforderungen von einem Wohnhaus, da diese klein und leistungsstark sind. Im Rahmen des Projektes ist zu ermitteln: "Welche Dimensionierung der Batteriekapazität ist nötig für ein Wohnhaus und wie viel Eigenverbrauch kann damit erreicht werden?". Ein Programm wurde entwickelt zur Überprüfung der Auslegung. Die Anforderungen wurden auf eine einfache und leicht handhabbare Software gelegt. Die Berechnung erfolgt als Besonderheit über eigens anpassbare Last- und Generator-Profile. Eigenverbrauch kann zu einem zufriedenstellenden Maße erhöht werden. Die Bedingung dafür sind fortlaufende und hinreichende Energieerträge von der Generator Seite.

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Bernhard Weller, Jasmin Fischer, Hubertus Wabnitz
Integration von CIS-Photovoltaik in Wärmedämm-Verbundsysteme (PV-WDVS). Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2839
2013, 73 S., 48 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsprojekt beinhaltet die Erprobung einer innovativen Wärmedämm-Verbundsystem-Fassade, in die flexible, dünnschichtige Photovoltaik-Module integriert werden. Ziel ist es, eine multifunktionale "energieaktive" Fassade mit PV-Modulen als integralen Bestandteil des Bauteils zu verwirklichen. Hierbei werden neuartige, flexible und dünnschichtige PV-Module im Klebeverfahren auf das WDV-System aufgebracht. Mit der Entwicklung einer PV-WDVS-Fassade wird somit erstmals ein Bauteil die Funktion einer wärmedämmenden, vollfunktionstüchtigen Außenwandbekleidung mit der Nutzung regenerativer Energien vereinigen. Die Konstruktion der PV-WDVS-Fassade sieht ferner eine einfache und handwerksgerechte Verarbeitung der Systemkomponenten vor. Dies kommt einer im Vergleich zu konventionellen Systemen verbesserten Wirtschaftlichkeit zugute, die eine breite Anwendung z. B. im Rahmen der Gebäudesanierungsprogramme zur CO2-Reduzierung ermöglichen wird. Die Forschungsergebnisse bestätigen die technische Machbarkeit und - von den zukünftigen Rahmenbedingungen abhängige - Wirtschaftlichkeit der PV-WDVS-Fassade. Die Verklebung der flexiblen, dünnschichtigen CIS-PV-Elemente mit einem zweikomponentigen Silikon-Klebstoff auf einer PU-Trägerplatte, die in das WDV-System integriert wird, erwies sich sowohl in Laboruntersuchungen als auch im Schnelltest unter wechselnder Klimabeanspruchung als ausreichend tragfähig und dauerhaft. Die Leistungsmessungen der CIS-PV-Elemente bestätigten einen nur geringen Leistungsabfall bei erhöhten Elementtemperaturen infolge längerer Sonnenlichteinstrahlung und einen insgesamt guten Wirkungsgrad der Elemente. Bauphysikalische Untersuchungen des PV-WDVS-Fassadensystems ergaben auch bei Betrachtung mehrjähriger Zyklen keine unzulässige Feuchteanreicherung im System. Erste Brandversuche lassen eine spätere Einstufung in die Brennbarkeitsklassen B2 oder B1 vermuten. Die dünnschichtigen und flexiblen CIS-PV-Module sind frei von Schwermetallen und zeichnen sich durch eine gute Recyclingfähigkeit aus. Als Faz

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M. Norbert Fisch, Thomas Wilken, Franziska Bockelmann, Christina Stähr
Netto-Plusenergie-Gebäude mit Stromlastmanagement und Elektro-Mobilität. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2860
2013, 45 S., 31 Abb. u. 11 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Kernziel des F+E-Vorhabens ist die Evaluierung der energetischen Performance des Netto-Plusenergie-Standards für das Einfamilienhaus. Dabei umfasst die Energiebilanz den Gebäudebetrieb, den Haushaltsstrom sowie die Elektromobilität. Unter anderem steht im Rahmen der wissenschaftlichen Untersuchung ein hoher Eigenstromnutzungsanteil aus der Photovoltaik im Fokus. Das Gesamtkonzept berücksichtigt die folgenden Aspekte zur Umsetzung des Netto-Plusenergie Standards: - die Reduzierung des Jahres-Endenergiebedarfs für Heizung und Warmwasser; - die Reduzierung des Jahres-Strombedarfs für Haushaltsgeräte und Beleuchtung; - eine rationelle Energieerzeugung und -verteilung; - die Nutzung der Sonnenenergie zur Wärme- und Stromerzeugung; - die direkte Nutzung des solar erzeugten Stroms für E-Mobilität und Speicherung in Batterien; - eine Gebäudeleittechnik (GLT) zur Steuerung und zur Umsetzung eines Lastmanagement sowie ein Monitoring zur Erfolgskontrolle und Betriebsoptimierung. Das primäre Ziel, den Netto-Plusenergie-Standard bei gleichzeitig hoher Nutzerzufriedenheit zu erreichen, wird in den ersten zwei Betriebsjahren voll erfüllt. Der solare Deckungsanteil der PV-Anlage am Gesamtstromverbrauch beträgt 2011 rd. 32 Prozent und wurde 2012 auf 48 Prozent gesteigert. Die direkte solare Eigenstromnutzung betrug in 2011 18 Prozent und konnte 2012 auf 33 Prozent der erzeugten Solarstrommenge erhöht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass noch weiteres Potential zur Steigerung der Eigenstromnutzung vorhanden ist. Dieses soll in den Folgejahren realisiert werden. Um das gesamte System weiter zu optimieren soll in einem Anschlussprojekt eine aktive Funktionsbeschreibung zur Spezifikation und Überwachung des Gebäudebetriebs entwickelt werden. Die Steigerung des Eigenstromanteils im Gebäude soll durch folgende Maßnahmen umgesetzt werden: - Ausbau der thermischen Speichermassen (Pufferspeichervergrößerung); - Optimierte Nutzung der vorhanden thermischen Gebäudemasse (aktive Funktionsbeschreibung und optimierte Regelstrategien); - On-Lin

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Zeitschriftenartikel

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Brunauer, Georg; Brunauer, Maria-Christina; Rettenegger, Harald; Netsch, Stefan
Wasserstoff-integrierte Energiesysteme. Am Beispiel eines konkreten Use-Case
Transforming cities, 2023

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Bossel, Ulf
Wasserstoff zu Ende gedacht. Plädoyer für eine Elektronenwirtschaft
BWK Das Energie Fachmagazin, 2023

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Berner, Joachim
Lasten kappen in der Backstube. Stromspeicher in Gewerbebetrieben
Gebäude-Energieberater GEB, 2023

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Merz, Christian
Deutschland Solareuropameister. Viel Erneuerbare Energien im Netz, beim Verbrauch noch zu wenig (kostenlos)
Sonnenenergie, 2022

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Lange, Sebastian
Viel Lärm um nichts? Stromsteuer für Solarstrom (kostenlos)
Sonnenenergie, 2022

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