Primärenergie, Endenergie, Nutzenergie.
Primärenergie (PEV) ist die Energie, wie sie aus dem Boden kommt. Öl, Gas, Kohle, Uran.
Endenergie (EEV) ist die Energie, wie sie vom Nutzer bezogen wird. Benzin, Heizöl, Gas, Strom.
Nutzenergie (NEV) ist die Energie, die letztendlich den Menschen nützt in Form von Bewegungsenergie, Wärmeenergie, Lichtenergie. Die 3 größten Nutzbereiche sind Industrie, Verkehr und Heizungen.
In Deutschland betrug 2019 der Primärenergieverbrauch 3600 TWh , der Endenergieverbrauch 2500 TWh (70 % vom PEV) und der Nutzenergieverbrauch 1370 TWh (38 % vom PEV und 55 % vom EEV)..
Bei der Umwandlung der Primärenergie in Endenergie gehen bereits 30 % der Energie - überwiegend als Abwärme - für die Nutzung verloren. Der Wirkungsgrad von 70 % könnte durch die verstärkte Nutzung der Abwärme - z.B. für Fernwärmeheizungen - erhöht werden. Das gleiche gilt für die Nutzung der Abwärme von industriellen Prozessen.
Im Verkehr lässt sich der Wirkungsgrad von 25 % bei Verbrennermotoren auf 75 % bei Elektromotoren erhöhen. Bei den Haushaltsheizungen lässt sich der Wirkungsgrad von 100 % bei Verbrennerheizungen auf 300 % bei Wärmepumpen erhöhen.
Allein mit diesen Effizienzsteigerungs-Maßnahmen lässt sich die benötigte Endenergie mindestens halbieren.
Eine weitere bedeutende Energieeffizienzsteigerungs-Maßnahme wäre die Reduzierung des Heizenergiebedarfs durch Wärmedämmung.
Aber auch die verstärkte Nutzung von E-Rollern, E-Scootern und E-Bikes für den individuellen Nahverkehr kann eine erhebliche Effizienzsteigerung im Verkehr bewirken.
Im Winter fällt die vor Ort produzierte Solarenergie aus. Gleichzeitig wird besonders viel Heizenergie benötigt. Diese Energielücke muß durch Wärmedämmung minimiert und / oder durch Fernwärme geschlossen werden.
Ausserdem wird im Winter die Nutzung von hocheffizienten 2-Rad-Fahrzeugen erschwert.
Die kinetische Energie des Windes (Bewegungsenergie) wird mittels Windkraftanlagen in Strom umgewandelt. Der Wirkungsgrad ist in dem folgenden Bild dargestellt.
Er beträgt typischerweise 45 %. Dieser Wert lässt sich auch nicht mehr groß erhöhen. Unter www.wind-energie.de erfährt man im Detail, warum nicht.
Die Sonnenenergie wird mittels Sollarzellen in Strom umgewandelt. Der aktuelle Wirkungsgrad dieser Technologie beträgt etwas mehr als 20 %. Dieser Wert lässt sich noch verdoppeln.
Wie ist eine Verdoppelung des Wirkungsgrades machbar?
Auf der Grafik ist aufgezeichnet, welche Farbe im Sonnenlicht mit welchem Anteil oder Intensität vorkommt. Je höher die Kurve, desto stärker ist diese Farbe im Sonnenlicht vertreten. Die Bereiche, die schwarz eingefärbt sind, sind für unser Auge nicht sichtbar.
Rechts befindet sich der Bereich des Infrarot, wir können diese Strahlung als Wärme spüren, aber nicht sehen. Die Infrarotstrahlung macht einen erheblichen Teil des Lichtes aus, der bisher nicht in Strom umgewandelt wird.
Links ist der Bereich der ultravioletten Strahlung, auch UV-Strahlung genannt. Sie ist für die Hautbräunung verantwortlich und kann bei starker Dosis die Haut schädigen. Die UV-Strahlung kann wenig zur Effizienzsteigerung von Solarzellen beitragen.
Auf www.photovoltaik.org findet man folgende Information zum theoretisch maximalen Wirkungsgrad bei Photovoltaik:
Jede Substanz einer Solarzelle kann nur bestimmte Wellenlängen des Lichts verarbeiten, darüber hinaus ist auch für diesen Anteil des Spektrums keine vollständige Umwandlung der Lichtenergie in Strom möglich.
Für monokristalline Siliziummodule ist der maximal erreichbare Wirkungsgrad dadurch auf 29 bis 33 Prozent beschränkt – der genaue Wert hängt von der Einstrahlungsintensität ab. Lange wurde dieser Wert ein wenig vereinfachend als maximal möglicher Wirkungsgrad von Solarmodulen bezeichnet.
Inzwischen ist diese vermeintliche Obergrenze durch so genannte Tandem-Solarzellen aber längst durchbrochen worden. Diese basieren auf einem einfachen Prinzip: Diejenigen Anteile des Lichtspektrums, die ein Material nicht umwandeln kann, passieren es ungehindert. Deswegen ist es möglich, einfach verschiedene Materialien für verschiedene Teile des Lichtspektrums übereinander zu stapeln. In der Praxis wurden so schon Wirkungsgrade von weit über 45 Prozent erzielt.