Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Verfahrens zur Vorhersage der Solarstrahlung im Kurzzeitbereich (bis zu 6h) für Solarenergieanwendungen. Die Vorhersage der Strahlung beruht auf einer Vorhersage der Bewölkungsentwicklung in Satellitenbildern. Aus den vorhergesagten Bewölkungsituationen wird mit der Heliosat-Methode, einem statistischen Verfahren zur Berechnung der Globalstrahlung aus Satellitendaten, eine Vorhersage der Solarstrahlung am Boden abgeleitet. Zur Beschreibung der Wolkenentwicklung in Satellitenbildern wurden zwei verschiedene Ansätze untersucht: Neuronale Netze und Vorhersagen mit Bewegungsvektorfeldern. Es wurde gezeigt, dass mit Bewegungsvektorfeldern eine deutlich bessere Vorhersage der Wolkenentwicklung erzielt wird. Eine detaillierte Genauigkeitsanalyse der Strahlungsvorhersage auf der Basis von Bewegungsvektorfeldern wurde durchgeführt, wobei besonderes Gewicht auf der Unterscheidung von Situationen unterschiedlicher Vorhersagequalität lag. <dt.>
Forecasting of solar irradiance is an important issue for many solar energy applications. The aim of this work was to develop and validate a method to forecast surface solar irradiance in a short term range up to 6 hours. The forecast of solar irradiance is based on the prediction of cloud development in satellite images. Solar surface irradiance is derived from the predicted cloud images with the Heliosat method, a statistical algorithm to calculate global irradiance values from satellite data. Two different approaches to describe the cloud development in satellite images were investigated: neural networks and a forecast using motion vector fields. It was shown that using motion vector fields a significantly better forecast is achieved. A detailed quality assessment on the forecasted irradiance was performed with special emphasis on the separation of different levels of forecast accuracy. <engl.>
Werden Photovoltaik- und Windkraftwerke in großem Maße zur Stromerzeugung in bestehenden Energieversorgungsnetzen eingesetzt, müssen die Auswirkungen der Fluktuationen der Energieeinspeisung in diese Netze untersucht werden. Die Arbeit konzentriert sich zunächst auf die photovoltaische Stromerzeugung und stellt statistische Untersuchungen zur Gleichzeitigkeit und zur Variabilität der solaren Einstrahlung an. Als wesentliche Quelle für Einstrahlungsdaten dienen in dieser Arbeit Bilddaten des europäischen Wettersatelliten Meteosat. Methoden der Strukturanalyse auf räumlichen und zeitlichen Datenfeldern werden vorgestellt. Den Schwerpunkt bildet die Einführung der Wavelet-Analyse und der darauf basierenden Mehrfachzerlegung. Ein anwendungsorientiertes Rechenbeispiel zur Beschreibung des Betriebsverhaltens eines Modell-Stromnetzes mit verteilten regenerativen Erzeugern schließt die Arbeit ab. <dt.>
Increasing fractions of solar and wind power production will add extra fluctuations to the power flow in public electricity grids. This impact of the variability of renewable power production on the grid operation is studied in this work. Starting from image data of the European meteorological satellite Meteosat, this contribution is focused on the evaluation of the temporal and spatial properties of the solar irradiation field. The frequency and the impact of extreme irradiation conditions is assessed with respect to a future electricity supply system. Beside using standard tools of statistical analysis, the solar irradiation field is investigated by means of wavelet analysis and multiresolution decomposition. An example evaluation is carried out using a new multi-node model of a nationwide electricity grid. Through this combination of energy meteorology and system simulation tools, some general ideas on future solar elecricity grids are lined out. <engl.>
Das Ziel dieser Arbeit war, die chemisch-physikalischen bzw. optischen Eigenschaften des Fullerens C60 zu nutzen, um Aufklärung über die Rolle von Elektron- oder Energietransferprozessen bei der Anwendung der Desorption/Ionisation in der Massenspektrometrie von Biomolekülen zu erhalten. Dazu sind massenspektrometrische und optisch-spektroskopische Untersuchungen von Proben durchgeführt worden, denen vor allem beta-Carotin oder z.B. Chlorophyll-a im Sinne einer Matrix hinzugegeben wurden. Zur Durchführung der MS-Experimente wurden Flugzeit-Massenspektrometer eingesetzt, in denen die Ionen durch Plasmadesorption oder Laserdesorption/-ionisation erzeugt werden. Für die optisch-spektroskopischen Untersuchungen wurden spezielle Meßanordnungen nach dem Prinzip der Laser-Flash-Photolysis bzw. Diffuse-Reflectance-Laser-Flash-Photolysis aufgebaut, die eine optische Detektion von C60-Anionen bei der charakteristischen Wellenlänge von 1060 nm ermöglichten. Ein wesentliches Ergebnis ist, daß der Elektronentransfer zum C60 erst bei elektronischer Anregung des Triplettzustands erfolgt, und zwar unabhängig davon, ob dazu Laserpulse oder schwere Ionen verwendet werden. Dieser Elektronentransfer führt dann zu einer deutlich höheren Nachweiswahrscheinlichkeit des C60 in den verwendeten massenspektrometrischen Verfahren. <dt.>
The aim of this doctoral thesis was to use the physicochemical and optical properties of the Fulleren C60 in order to get information on the possible role of electron or energy transfer in the desorption/ionization process which is widely applied in the mass spectrometry of biomolecules. For that purpose, mass spectrometric and optical-spectroscopic investigations were performed with samples which contain e.g. beta-Carotin or Chlorophyll-a as additives in the sense of an assisting matrix. Time-of-flight mass spectrometers, in which the ions are produced either by plasma desorption or by laser desorption/ionization, were used for the MS experiments. For the optical-spectroscopic measurements, setups according to the principle of laser flash photolysis or diffuse reflectance laser flash photolysis were built, which enable the optical detection of C60 anions at their characteristic wavelength of 1060 nm. One important result is that the electron transfer to the C60 molecule takes place only when the triplet is excited, independent on whether laser pulses or heavy ions are used. This electron transfer leads to a strongly enhanced sensitivity for the detection of C60 in the applied mass spectrometric procedures. <engl.>
Windleistungsvorhersagen verbessern die technische und ökonomische Einbindung großer Anteile an Windenergie in die Stromversorgung. In dieser Arbeit wird die Unsicherheit von Kurzzeit-Vorhersagen der Leistungsabgabe von Windparks eingehend untersucht. Dabei wird unter Unsicherheit der Bereich, in dem Abweichungen zwischen der Vorhersage und dem tatsächlichen Wert wahrscheinlich auftreten können, verstanden. Die grundlegende Idee ist, die Vorhersageunsicherheit nicht mehr nur als Jahresmittelwert und für einzelne Windparks anzugeben, sondern einen neuen, der jeweiligen Situation angepassten Ansatz zur Angabe der Unsicherheit zu entwickeln und darüber hinaus die Vorteile einer Vorhersage der Summenleistung von regional verteilten Windparks zu analysieren. Da sich Vorhersagefehler kaum vermeiden lassen, wird in dieser Arbeit eine Methode zur Beschreibung der individuellen Unsicherheit von Windleistungsvorhersagen unter Berücksichtigung der jeweiligen meterologischen Situation vorgestellt. <dt.>
Wind power predictions improve the technical and economical integration of large shares of wind energy into the existing electricity supply system. In this work the uncertainty related to short-term predictions of the power output of wind farms is investigated in detail where uncertainty refers to the interval in which deviations between predicted value and real value are likely to occur. The main idea is to assess the prediction uncertainty not only in terms of annual averages and for individual wind farms but to introduce a new situation dependent approach to the uncertainty and, in addition, to analyse the benefits of predicting the aggregated power output of regionally dispersed wind farms. As forecast errors are hardly avoidable this work presents a method of predicting the individual uncertainty of wind power forecasts under consideration of the specific meteorological situation. <engl.>
In dieser Dissertation wird ein neues, instrumentelles Verfahren zur wahrnehmungsorientierten Beurteilung von Qualitätsunterschieden zwischen Audiosignalen vorgestellt. Den Kern des Verfahrens bildet das Computermodell der "effektiven" auditorischen Signalverarbeitung von Dau et al. (1997), welches die zu vergleichenden akustischen Signale in interne Repräsentationen auf perzeptueller Ebene überführt. Kapitel 2 zeigt die Eignung des Verfahrens zur Vorhersage subjektiver Qualitätsbeurteilungen von Audiosignalen, die durch verschiedene verlustbehaftete Audio-Kodierungsverfahren verarbeitet wurden. In Kapitel 3 wird eine alternative Methode zur subjektiven Evaluation von hochqualitativen Audiokodierungsverfahren vorgeschlagen, wonach Detektionsschwellen von Audio-Verzerrungen psychoakustisch ermittelt werden. Die Simulation der durchgeführten psychoakustischen Experimente durch das auditorische Modell von Dau et al. ergibt eine hohe Korrelation mit den gemessenen Daten. Kapitel 4 untersucht schließlich, wie mit Hilfe des in Kapitel 2 vorgestellten Verfahrens - sowie optimierter Varianten davon - die empfundene Qualität von Störgeräuschreduktionsverfahren für Sprache vorhergesagt werden kann. <dt.>
In this thesis, a novel computational method for the perceptual evaluation of quality differences between audio signals is presented. The core of this method is the computer model of the "effective" signal processing in the auditory system by Dau et al. (1997) which is employed to transform the acoustic signals that are to be compared, into corresponding internal representations in the perceptual domain. Chapter 2 shows the capability of the method to predict subjective quality ratings of audio signals which have been processed by different lossy audio coding schemes. In chapter 3, an alternative method for the subjective evaluation of high quality audio coding schemes is proposed, which estimates detection thresholds of audio distortions psychoacoustically. The simulation of the performed psychoacoustic experiments by the auditory model of Dau et al. yields high correlation with the measured data. Finally, chapter 4 investigates how the perceived quality of noise reduction schemes for speech can be predicted by means of the method presented in chapter 2. To complete the picture optimized variants of the prediction method are included in the study as well as different subjective quality criteria to be predicted by these methods. <engl.>
Es ist das Ziel dieser Arbeit, die Vergleichbarkeit, Genauigkeit und den diagnostischen Nutzen von Satztests innerhalb einer Sprache zu erhöhen und Vorschläge für vergleichbare Satztests über verschiedene Sprachen hinweg zu geben. Satztests bestehen entweder aus sinnvollen oder aus syntaktisch festen, semantisch nicht vorhersagbaren Sätzen. Der zweite Typ wurde in dieser Arbeit im Detail untersucht. Er ist auf Schwedisch, Deutsch und Dänisch verfügbar. Die Entwicklung, Optimierung und Evaluation des dänischen Tests wird vorgestellt. Die Vergleichbarkeit dieser Satztests über die Sprachen hinweg wurde untersucht. Durch die systematische Variation von Messparametern wurde der Einfluss dieser Parameter auf das Ergebnis des Satztests und dessen Vergleichbarkeit innerhalb einer Sprache (deutsch) untersucht. Fluktuierende Störgeräusche differenzierten am besten zwischen verschiedenen Hörstörungen. Daher wurden diese Störgeräusche detaillierter untersucht. Um den Mechanismus der Satzverständlichkeit im fluktuierenden Störgeräusch besser zu verstehen, wurde sie mit verschiedenen Ansätzen modelliert. Das vorgestellte Zwei-Stufen-Modell, dass die Verständlichkeit von Unterworteinheiten bei verschiedenen Signal-Rausch-Verhältnissen unter Berücksichtigung der Kontexteffekte berechnet, modelliert die Sprachverständlichkeit im fluktuierenden Störgeräusch am besten. Insgesamt gesehen scheinen die hier vorgeschlagenen Satztests und Messverfahren die höchste praktisch erreichbare Vergleichbarkeit innerhalb und zwischen Sprachen zu ermöglichen. <dt.>
The goal of this thesis is to increase comparability, accuracy, and diagnostical benefit of sentence intelligibility tests within one language and to give suggestions for realizing comparable sentence intelligibility tests across languages. Sentence intelligibility tests are either composed of meaningful or syntactically fixed, but semantically unpredictable sentences. The second type was investigated in detail in this thesis. It is available in Swedish, German, and Danish. The development, optimization, and evaluation of the Danish test is presented. The comparability of these sentence intelligibility tests across languages was investigated. A large number of tests was conducted employing a systematic parameter variation to study the influence of various test parameters on the outcome of a sentence test and its comparability within one language (i.e. German). Fluctuating interfering noises were found to differentiate best between different degrees of hearing loss. Therefore, these noises were investigated in more detail. In order to better understand the mechanism of sentence intelligibility in fluctuating noise, it was modeled with different approaches. The presented two-stage model that calculates the intelligibility of sub-word units at different signal-to-noise ratios with consideration of context effects models speech intelligibility in fluctuating noise best. Taken together, the sentence tests and measurement procedures recommended in this thesis appear to yield the highest practically achievable comparability within and across languages. <engl.>
In dieser Arbeit wurden Heterodioden aus amorphem (a-Si:H) und kristallinem (c-Si) Silizium untersucht, die Verwendung als Solarzellen finden. Die Laborstrukturen wurden durch Abscheidung von dotiertem a-Si:H auf kristallinen Wafern unter Verwendung von PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) hergestellt. An diesen Heterodioden wurden Strom-Spannungskennlinien temperaturabhängig gemessen. Der Vergleich mit verschiedenen theoretischen Ladungsträgertransportmodellen deutet auf Tunneln von Elektronen durch eine Leitungbandspitze am Heteroübergang und tunnelunterstützte Rekombinationsströme im c-Si. Aus temperatur- und frequenzabhängigen Kapazitätsmessungen ergab sich, dass elektronische aktive Defekte beim PECVD-Prozess entstehen. Zur Unterstützung der Interpretation der Messungen wurde eine numerische Halbleitersimulation entwickelt, mit der sowohl stationäre als auch transiente Vorgänge bei Halbleiterbauelementen berechnet werden können. Besonderes Augenmerk lag auf dem Einfluss auf Stromdichte und Kapazität durch die Energiedifferenz zwischen a-Si:H und c-Si im Leitungs- bzw. Valenzband, die als Barriere für Ladungsträger wirken kann und zu einer S-Form der Hellkennlinie bei tiefen Temperaturen führt. <dt.>
Heterodiodes of amorphous (a-Si:H) and crystalline silicon were examined that are used as solar cells. The laboratory structures were processed by deposition of doped a-Si:H on c-Si wafers using PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Temperature dependent current-voltage curves were measured. The comparison of the results with different theoretical models indicates tunneling of electrons over a spike in the conduction band at the heterojunction and tunneling assisted recombination current in c-Si. Temperature and frequency dependent capacitance showed the creation of electronically active defects during PECVD deposition process. Interpretation of experimental results was supported by numerical simulation which was developed for computing stationary and transient behaviour of semiconductor devices. Of particular interest was the influence on current density by the bandgap difference between a-Si:H and c-Si leading to a barrier for charge carriers at valence and conduction band. This causes an S-shape of current-voltage curves under illumination at low temperatures. <engl.>
Das Ziel dieser Arbeit war, die chemisch-physikalischen bzw. optischen Eigenschaften des Fullerens C60 zu nutzen, um Aufklärung über die Rolle von Elektron- oder Energietransferprozessen bei der Anwendung der Desorption/Ionisation in der Massenspektrometrie von Biomolekülen zu erhalten. Dazu sind massenspektrometrische und optisch-spektroskopische Untersuchungen von Proben durchgeführt worden, denen vor allem beta-Carotin oder z.B. Chlorophyll-a im Sinne einer Matrix hinzugegeben wurden. Zur Durchführung der MS-Experimente wurden Flugzeit-Massenspektrometer eingesetzt, in denen die Ionen durch Plasmadesorption oder Laserdesorption/-ionisation erzeugt werden. Für die optisch-spektroskopischen Untersuchungen wurden spezielle Meanordnungen nach dem Prinzip der Laser-Flash-Photolysis bzw. Diffuse-Reflectance-Laser-Flash-Photolysis aufgebaut, die eine optische Detektion von C60-Anionen bei der charakteristischen Wellenlänge von 1060 nm ermöglichten. Ein wesentliches Ergebnis ist, da der Elektronentransfer zum C60 erst bei elektronischer Anregung des Triplettzustands erfolgt, und zwar unabhängig davon, ob dazu Laserpulse oder schwere Ionen verwendet werden. Dieser Elektronentransfer führt dann zu einer deutlich höheren Nachweiswahrscheinlichkeit des C60 in den verwendeten massenspektrometrischen Verfahren. <dt.>
The aim of this doctoral thesis was to use the physicochemical and optical properties of the Fulleren C60 in order to get information on the possible role of electron or energy transfer in the desorption/ionization process which is widely applied in the mass spectrometry of biomolecules. For that purpose, mass spectrometric and optical-spectroscopic investigations were performed with samples which contain e.g. beta-Carotin or Chlorophyll-a as additives in the sense of an assisting matrix. Time-of-flight mass spectrometers, in which the ions are produced either by plasma desorption or by laser desorption/ionization, were used for the MS experiments. For the optical-spectroscopic measurements, setups according to the principle of laser flash photolysis or diffuse reflectance laser flash photolysis were built, which enable the optical detection of C60 anions at their characteristic wavelength of 1060 nm. One important result is that the electron transfer to the C60 molecule takes place only when the triplet is excited, independent on whether laser pulses or heavy ions are used. This electron transfer leads to a strongly enhanced sensitivity for the detection of C60 in the applied mass spectrometric procedures. <engl.>