Die erneuerbaren Energien wie Solarenergie and Windenergie haben in den vergangenen Jahrzehnten eine enorme Bedeutung als Alternative zu den konventionellen fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas gewonnen. Diese alternativen Quellen sind sauber, umweltfreundlich und regenerativ. Jedoch sind sie auch sehr wetterabhängig und nicht direkt von Menschen kontrollierbar. Dadurch verursacht die großmaßstäbliche Integration der erneuerbare Energien eine Netzinstabilität, weil das traditionelle Stromnetz für eine vorhersagbare Last und eine abschaltbare Erzeugung ausgelegt ist. In dieser Arbeit werden die Variabilität der erneuerbaren Quellen und deren Einfluss auf den Ausgleichsbedarf für ein zukünftiges europäisches Energiesystem mit hohen Anteilen an Solar- und Windenergie untersucht. Der Schwerpunkt ist die Analyse der Auswirkungen unterschiedlich geneigter und unterschiedlich orientierter PV-Module auf den Ausgleichsbedarf für Europa. Darüber hinaus wird die Modelldomäne nach Nordafrika erweitert, um den Einfluss des konzentrierten Solarstromimports auf den europäischen Speicher- und Backup-Bedarf abzuschätzen. Es wurde gezeigt, dass die beste Wahl der Modulkonfiguration sehr empfindlich von den jeweiligen Solar- und Windanteilen am Strommix abhängt. Falls ein Speicher mit einer Kapazität von mindestens sechs durchschnittlichen Stundenbelastungen zur Verfügung steht, sollten steil aufgestellte Module mit gering ausgeprägten Jahresgängen bevorzugt werden. In einem winddominierten Szenario sind die niedrig geneigten Ost- und Westmodule am besten geeignet um den Ausgleichsbedarf zu reduzieren. Wenn kein Speicher vorhanden ist, reduziert ein Verbund von stark geneigten Ost- und Westmodulen den Ausgleichsbedarf, solange der Solaranteil hoch genug ist, um zwischen verschiedenen Konfigurationen zu unterscheiden. Einige dieser Modulkonfigurationen können in Bezug auf die installierte Kapazität ziemlich teuer sein. Aber der Umbau alter PV-Systeme zu Konfigurationen die für ein bestimmtes Szenario am besten geeignet sind, kann langfristig vorteilhaft sein. <dt.>
Over the past decades, renewable energy sources like solar and wind have gained enormous importance as alternative to the conventional fossil fuel based resources, such as coal, petroleum, and natural gas. These alternative sources are clean, environmental friendly, and naturally replenished. However, these renewable sources are largely weather-dependent and their output is not directly controllable by human beings. As a result, their large scale integration causes grid instability as the traditional power grid is designed for somewhat predictable load and dispatchable generation. In this thesis, this variable nature of renewable sources and their influence on balancing needs are studied for a future European power system with high shares of solar and wind generation. The main focus here is the analysis of the impact of differently inclined and differently oriented PV modules on balancing needs for Europe. Additionally, the model domain is expanded to North Africa to estimate the influence of concentrated solar power import on European storage and backup needs. The results show that the favorable choice of module configuration is very sensitive to the shares of solar and wind. For high solar shares, highly inclined modules with less pronounced annual courses are favorable, if a storage is available with a capacity to cover at least 6 hours of average load. In a wind-dominated scenario, lowly inclined East/West facing modules are most suitable to reduce balancing needs. When no storage is present, a combination of highly inclined East and West facing modules reduces the balancing needs as long as solar share is high enough to distinguish between different configurations. Some of these module configurations may be quite expensive in terms of installed capacity, but repowering old PV modules to configurations best suited for a specific scenario, can be advantageous in the long run. <engl.>
Organische Halbleiter ermöglichen leichte, flexible und kostengünstige Anwendungen für die Energieproduktion und optoelektronischen Industrie. Allerdings behindert die schwierige Kontrolle über Kristallwachstum und Morphologie abgeschiedener Schichten einen effizienten Ladungstransport, welcher entscheidend für die Effizienz derartiger Bauteile ist. Flüssigkristalle eröffnen aufgrund ihrer Eigenschaften bezüglich Selbstanordnung und Ausheilung von strukturellen Defekten einzigartige Möglichkeiten zur Kontrolle der Schichtmorphologie. Diese Doktorarbeit untersucht den Ladungstransport in neuen, molekularen Flüssigkristall-Farbstoffen. Das Ziel war die Etablierung von grundlegenden Beziehungen zwischen der chemischen Struktur und dem optoelektronischen Verhalten. Die erzielten Ergebnisse unterstreichen das vielversprechende Anwendungspotential molekularer Flüssigkristall-Farbstoffe für zukünftige optoelektronische Bauteile und verstärken das Forschungsinteresse an dieser Materialklasse. <dt.>
Organic semiconductors offer the possibility to develop light weight, flexible and cost-effective applications for energy production and optoelectronic industry. However, the difficulty in controlling crystal growth and thin film morphology remain the main hindrances in achieving good electrical transport, which is essential for efficient device performance. In the family of organic semiconductors, liquid crystal (LC) semiconductors offer a unique flexibility in controlling thin film morphology because of their unique self-assembly, and self-healing properties. This thesis investigated charge transport in several novel LC small molecule dyes. The goal of this thesis was to establish fundamental relationships between chemical structure and opto-electronic response. The overall results highlighted the promising potentials of small molecules LC dyes for future optoelectronic applications and call for further research interest in this class of materials. <engl.>
In dieser Arbeit wird die Lock-In-Thermografie (LIT) als In-Situ-Methode zur Charakterisierung von Kathoden (mittels nass-chemischer Verfahren hergestellte LiMn2O4- und LiMn1.5Ni0.5O4-Spinelle) und Graphit-Kompositanoden in Pouch-Zellen beschrieben. Durch die Kombination mit Raster-Elektronen-Mikroskopie und Raman-Spektroskopie gelang es Rückschlüsse bezüglich Alterung als auch Inhomogenitäten der untersuchten Elektroden zu gewinnen. Der Untersuchung mittels LIT war hierbei eine elektrochemische Charakterisierung der Kathoden vorangegangen. Diese umfasste zyklische Voltammetrie, elektrochemische Impedanzspektroskopie sowie die Zyklisierung bei verschiedenen Lade-/Entladeströmen. Mit Hilfe eines angepassten Zelldesigns und geeignet gewählter Parameter war es möglich, Inhomogenitäten in der Zellzusammensetzung der Anoden zu identifizieren. Diese zeigen außerdem im gealterten Zustand ein Ringmuster, welches auf einen inhomogenen Anpressdruck in der Zelle zurückgeführt wird. <dt.>
In this work lock-in thermography (LIT) is used as an in-situ method for the characterization of cathodes (wet-chemically prepared LiMn2O4 and LiMn1.5Ni0.5O4 spinels) and graphite composite anodes in pouch cells. In combination with scanning electron microscopy and Raman spectroscopy it was possible to obtain informations on aging as well as inhomogeneities of the examined electrodes. Electrochemical characterization of the cathodes preceded the investigation by LIT. This included cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and cycling at different charging / discharging currents. With the help of an adapted cell design and suitably chosen parameters, it was possible to identify inhomogeneities in the cell composition of the graphite composite anodes. In the aged state, these also show a typical ring pattern, which is attributed to an inhomogeneous contact pressure in the cell. <engl.>
Erneuerbare Energien haben einen immer gröer werdenden Anteil an der Deckung des weltweiten Stromverbrauchs. Jedoch wird durch die wetterabhängigen, erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie zusätzliche Unsicherheit eingeführt, welche die Verbesserung von bestehenden Vorhersageverfahren notwendig macht, um die effiziente Betriebsführung des Stromnetzes zu garantieren. Der Fokus dieser Arbeit liegt in der Verbesserung von aktuellen Vorhersagemodellen für PV-Leistung im Kurzzeitbereich von 15 Minuten bis 5 Stunden. Hierzu werden aktuelle Leistungsmessungen mit Vorhersagen aus verschiedenen Wettervorhersagemodellen kombiniert. Neben vielseits genutzten Prognosedaten von numerischen Wettermodellen werden auch satelliten-basierte Cloud Motion Vector-Vorhersagen eingesetzt. Diese unterschiedlichen Datensätze werden mit Hilfe von maschinellen Lernverfahren vorverarbeitet und mit der Support Vector Regression kombiniert. <dt.>
In recent years, renewable energies have been covering an increasing part of the worldwide electrical power demand. The additional volatility introduced to power grids by weather dependent renewable energy sources, i.e., wind and solar, makes it necessary to improve the accuracy of energy forecasts, so that the electrical grid can be operated in a cost-efficient way. The focus of this thesis lies on improving forecast models for short-term PV power predictions with horizons ranging from 15 minutes to five hours. For this, recent power measurements of PV systems throughout Germany are combined with data from weather forecast approaches. Apart from commonly used numerical weather prediction model output, satellite-based cloud motion vector predictions are applied. The data sets of these sources are preprocessed and combined with machine learning. In particular, support vector regression is optimized to work as the main regression model. <engl.>
European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (33. : 2017 : Amsterdam) 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Munich, Germany : WIP, 2017 (2017), Seite 1017-1019 1 DVD-ROM
Kürzestfristvorhersagen der solaren Einstrahlung bis zu 30 Minuten im Voraus mittels bodengebundener Wolkenkameras stellen eine neue Methode der Prognose der solaren Energieerzeugung dar. Diese Arbeit stellt ein neues, für verschiedene Anwendungen entwickeltes Wolkenkamera-basiertes Vorhersagemodell vor. Die Kernmodule des Modells sind die Wolkenerkennung, die Analyse der Wolkenbewegung, die Projektion der Wolkenschatten und die Strahlungsmodellierung. Das Modell nutzt Aufnahmen der Kamera, lokale Strahlungsmessungen und Abschätzungen der Wolkenbasishähe um eine Verteilung der kurzfristigen bodennahen Einstrahlung zu prognostizieren. Umfangreiche Datensätze von Kamerabildern, Strahlungsmessungen und teilweise Wolkenhöheninformationen und PV Leistungsmessungen bilden die Basis für eine tiefgehende Analyse der Vorhersagequalität. Zur Ermittlung der Vorhersagegüte werden die Modellprognosen hierbei mit Persistenzprognosen verglichen. <dt.>
Very short-term solar forecasts based on sky images of ground-based cameras introduce a new forecasting methodology for solar energy applications which covers forecast horizons up to 30 minutes. In this thesis, a newly developed image-based forecasting model for the usage in different applications is presented. The core components of the model are cloud detection, cloud motion tracking, cloud shadow projection and irradiance modelling. The model takes raw camera images, local solar irradiance measurements and cloud base height estimations as input data and provides estimations of near-future surface solar irradiance distribution. Large data sets comprising sky images, pyranometer measurements and in some cases cloud base height and PV power measurements are the basis for an in-depth analysis of its forecast performance. Model forecasts are compared with persistence forecasts to evaluate its skill. <engl.>