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Die Stromerzeugung aus Windenergie hat in den vergangenen Jahren, insbesondere unterstützt durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), stark zugenommen und belief sich im Jahr 2006 auf einen Anteil von rund 4,8 % an der Bruttostromerzeugung. Aufgrund des fluktuierenden Charakters der Windstromerzeugung ist die Integration und Einspeisung dieses Anteils in das Netz der öffentlichen Versorgung bereits heute mit teilweise erheblichen Problemen verbunden. Diese werden sich in Zukunft weiter verstärken, wenn der geplante Einstieg in die Offshore-Windenergienutzung wie geplant stattfindet und in den kommenden Jahren einige GW Leistung Offshore installiert werden. Grundsätzlich bieten sich zwei Lösungsansätze für die angesprochene Problematik an, die sich gegenseitig ergänzen: Zum einen können durch exaktere Prognoseverfahren die zu erwartenden Windstrommengen besser vorhergesagt und damit zugleich die Fahrpläne der konventionellen (Schatten-)Kraftwerke genauer erstellt werden. Der Bedarf an Ausgleichsenergie wird durch dieses Verfahren minimiert. Im Fall von Windflauten muss jedoch die gesamte nachgefragte Leistung durch konventionelle Kraftwerke bereitgestellt werden. Zum anderen kann durch den Einsatz von Speicherkraftwerken eine zeitliche Entkopplung von Energieangebot und –bedarf realisiert werden, indem in Zeiten hohen Windenergieangebots ein Teil des Windstroms zwischengespeichert wird und umgekehrt in Windflauten das Speicherkraftwerk die Strombereitstellung übernimmt. Mit Hilfe dieses Verfahrens erfolgt dementsprechend eine Anpassung des Angebots an die Nachfrage. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den zweiten Ansatz und entwickelt ein Simulationsmodell, mit dessen Hilfe ein Windpark-Speicher-System abgebildet und eine Vergleichmäßigung des Windstroms durch Integration verschiedener Speichertechnologen (diabates/adiabates Druckluft-Speicherkraftwerk, Pumpspeicherkraftwerk) simuliert wird. Ziel der Vergleichmäßigung ist die kontinuierliche Bereitstellung einer garantierten Leistung. Die verbleibenden Fluktuationen werden durch einen Abgleich mit der Nachfrageseite in Form der Netzlast berücksichtigt. Für unterschiedliche Systemvarianten werden sowohl die Stromgestehungskosten als auch die spezifischen CO2-Emissionen berechnet, um auf dieser Basis einen Vergleich der einzelnen Systeme zu ermöglichen. Grundlegende Parameter wie beispielsweise die energetische Speicherkapazität, die spezifischen Investitionskosten der Windenergieanlagen und des Speicherkraftwerks oder auch die Bezugskosten für Ausgleichsenergie werden anschließend in Form von Sensitivitätsanalysen und Parametervariation detailliert untersucht. Auf diese Weise können die unter konstant gesetzten Parametern gewonnenen Ergebnisse bestätigt bzw. kritisch hinterfragt werden, wobei insbesondere der Einfluss der verschiedenen Eingangsgrößen auf die Stromgestehungskosten im Detail analysiert wird. In der Folge werden vielversprechende Systemkonfigurationen unter dem Zielkriterium möglichst geringer Stromgestehungskosten identifiziert. Zudem wird geprüft, welche Anforderungen an die Kostenentwicklung speziell von Druckluft-Speicherkraftwerken zu stellen sind, um mit einem konventionellen Vergleichssystem konkurrenzfähig zu werden. Power generation from wind energy has increased significantly in the past years reaching 4.8 % of the gross power generation. This development was especially promoted by the re-newable energy law (Erneuerbares-Energien-Gesetz). The integration and feed-in of this power into the grid is associated with considerable problems as the wind power generation is characterised by its fluctuating nature. These diffi-culties will grow and accelerate if the planned wind parks in the North or Baltic Sea with some GW power are realised in the following years. In principle there are two methods of resolution for this kind of problem which com-plement one another: On the one hand it’s possible to develop better forecasting models in order to forecast the wind power generation more accurately. By this means also the operation of the conventional power plants can be planned more accurately. In the consequence the de-mand for balancing power is minimized. Nevertheless it’s inevitable to provide the total sum of demanded power in times of wind calms by conventional power plants. Concerning the second method the operation of storage facilities is involved in the system in order to realise a temporal decoupling of energy supply and demand. In times with high wind power generation the storage unit is filled and vice versa in wind calms the storage facility is able to provide power. Thus the supply side is adapted to the demand side. The following thesis focuses on the second method. A tool is developed, simulating the operation of a windpark-storage system, in order to equalise the wind power generation by the help of different storage technologies (diabatic/adiabatic compressed air energy storage, pumped hydro). The equalisation aims at the continuous supply of a guaranteed power. Re-maining fluctuations of wind power are considered by a comparison of demand and supply side, whereas the demand side is represented by the system load. The costs of generating electricity as well as the specific CO2-emissions are calculated for different configurations resulting in a comparison of the different systems. Following fun-damental parameters as the energy storage capacity, the specific investment costs of the wind power plants and the storage facility or the price of balancing power are examined in detail by the help of a sensitivity analysis. In so doing it is possible to confirm or to question the results calculated with fixed parameters. In this context especially the influence of different parame-ters on the costs of generating electricity is analysed. Finally promising system configurations with the aim of reducing the costs of generat-ing electricity are identified. Moreover the requirements concerning the reduction of invest-ment costs especially of compressed air energy storage systems in order to achieve competi-tiveness with a conventional system are examined.

The companies of the photovoltaic industry have experienced considerable growth in recent years. And further growth is forecasted for the coming years. By now, nearly two million single photovoltaic (PV) installations generate electricity from sunlight around the world. Thereby, the wafer-based PV products have a market share of about 80-85%. The interim shortage of silicon and the increasing cost pressure in the market give rise to ever thinner and larger wafers. Thus, the "PV Roadmap for Crystalline Silicon" of the German cell producers expects an average wafer thickness of 100 µm until 2020 and the next generation of wafer thickness in 2015. This trend brings about new challenges for the PV industry: due to the manual and automated handling in the manufacturing the silicon-based wafers are exposed to mechanical stress. If the wafers, however, become ever thinner they lose their mechanical stability and might form cracks when exposed to huge forces during the handling.These cracks, however, cause a higher breakage rate and are one of the main reasons for breakdowns of the finished modules. The damage-free handling of the very fragile silicon wafers will gain in importance due to the expected increase in the throughput. Therefore, the handling systems and components must not only handle the sensitive substrates as gently as possible but also with high speed and precision in the µm range. For this purpose, new adjusted handling components are required. This thesis aims at making a contribution to the optimal selection of handling components for the photovoltaic industry. The primary target is the development of an objective and vendor-independent evaluation procedure for grippers especially used in the cell and module manufacturing. The procedure to be developed should be suitable for cell, equipment and machine manufacturers as well as for component suppliers. Furthermore, the procedure should be applicable to identical and variable grippingprinciples. The result of the method should be the optimal decision guidance for the user and should enable an adequate and neutral classification of the tested gripper. Der enorme Ausbau der Produktionskapazitäten der Photovoltaik-Industrie in den vergangenen Jahren hat auch die Anforderungen an den Maschinen- und Anlagenbau erhöht. Die Automatisierung in der Fertigung von Solarzellen spielt dabei zur Sicherung von Qualität und Ausbeute und somit auch für die Kostenreduktion eine entscheidende Rolle. Die sich erhöhenden Materialtransportintensitäten zwischen den einzelnen Prozessschritten stellen dabei eine nicht zu vernachlässigende Herausforderung dar: Die zunehmend dünneren und fragilen Substrate bei verkürzten Zykluszeiten bringen insbesondere die Handhabung an deren physikalische Grenzen. Vor diesem Hintergrund gewinnt eine Bewertung der Leistungsfähigkeit von Handhabungskomponenten verstärkt an Bedeutung. Die Ausgangssituation zeigt, dass in der Zellfertigung aktueller Fertigungslinien insbesondere die greiferbasierte Handhabung mit Pick-and-Place-Charakter bereits parallel eingesetzt wird, um den hohen Durchsätzen gerecht zuwerden. Hierbei muss der Aufnahme- und Ablagevorgang so schnell und schädigungsarm durchgeführt werden, dass sowohl der geforderte Durchsatz, wie auch die erforderliche Qualität erreicht werden können. Durch diese Randbedingungen sind neue und erhöhte Anforderungen an die Greiferauswahl und die optimale Parametereinstellung des eingesetzten Greifers zu stellen. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues, angepassten Verfahren für die Leistungsbewertung von Greifern für Silizium-Wafer. Im Vordergrund steht die Entwicklung eines objektiven und herstellerunabhängigen Bewertungsverfahrens für Greifer, die insbesonders in der Zell- und Modulfertigung eingesetzt werden. Das zu entwickelnde Verfahren kann sowohl von Zellherstellern, Anlagen- und Maschinenbauern, aber auch von Komponentenlieferanten eingesetzt werden. Das daraus resultierende Ergebnis soll eine optimale Entscheidungshilfe für den Anwender darstellen aber auch eine adäquate, neutrale Klassifizierung der getestetenGreifer ermöglichen.

Gestützt durch die dynamische Entwicklung im Bereich mobiler Antriebe und eine Vielzahl von Demonstrationsprojekten in der stationären Anwendung sind in die Brennstoffzellen-Technologie hohe Erwartungen hinsichtlich der zukünftigen Energiebereitstellung gelegt worden. Die z. T. euphorische Diskussion mag auch darin begründet sein, dass praktisch alle Bereiche des Energiesystems von ein und derselben Technologie profitieren können und die Brennstoffzelle zudem als erster Schritt von einer zunehmend in der Kritik stehenden fossilen Energiewirtschaft in Richtung nachhaltigerer Energieversorgungsstrukturen gesehen wird. Vor diesem Hintergrund ist es Ziel dieser Arbeit, einen Beitrag zur realistischen Einschätzung der kurz- und mittelfristigen Möglichkeiten und Grenzen der Brennstoffzellentechnik in der stationären Energiewandlung zu leisten sowie Ansatzpunkte für interessante Anwendungsbereiche auch hinsichtlich einer gegebenenfalls gewünschten forcierten Markteinführung dieser neuen Technologie zu identifizieren. Dazu ist es erforderlich, detaillierte, betriebswirtschaftlich orientierte Einsatzanalysen repräsentativer Versorgungsaufgaben in den einzelnen Teilsegmenten des Energiesystems in Baden-Württemberg konsistent mit einer volkswirtschaftlich orientierten systemaren Gesamtoptimierung zu verknüpfen. Grundlage dafür bilden die technischen und ökonomischen Entwicklungstrends der verschiedenen stationären Brennstoffzellensysteme, die im Rahmen einer allgemeinen Technikanalyse anhand der Erfahrungen mit aktuellen Pilot- und Demonstrationsanlagen abgeleitet werden. Diese werden ergänzt um die zeitlich und strukturell differenzierte Bedarfs- und Laststruktur in der Industrie und den Haushalten Baden-Württembergs, wozu eine Methodik zur Verknüpfung verschiedener statistischer Datengrundlagen erarbeitet wird. Abgeleitet werden repräsentative Einsatzfälle, für die mit Hilfe eines neu entwickelten edv-gestützten Simulationstools ein ökonomischer Vergleich der Brennstoffzellentechnologie mit den alternativen Versorgungsvarianten durchgeführt wird. Aufgrund der zunehmenden Liberalisierung der Energiemärkte ist dazu eine detaillierte Analyse der bestehenden und zukünftigen Energiepreisstrukturen erforderlich, auch vor dem Hintergrund, dass mit Öffnung der Märkte die verschiedenen Preiskomponenten individuell betrachtet werden müssen. Die Ergebnisse des objektbezogenen Systemvergleichs werden dann in den gesamtenergiewirtschaftlichen Kontext gestellt, d. h. im Rahmen eines Systemmodells in die technologische und topologische Struktur der Energieversorgung Baden-Württembergs eingebettet. Mit Hilfe dieses Modells werden schließlich Modellrechnungen über die Entwicklung des Energiesystems durchgeführt. Die betrachteten Szenarien werden dabei so gewählt, dass einerseits die technologiespezifischen Auswirkungen eines verstärkten Einsatzes stationärer Brennstoffzellen auch im zeitlichen Verlauf deutlich werden, andererseits der mögliche Beitrag der Technologie zum Erreichen nachhaltiger Versorgungsstrukturen dargestellt wird. Based on the dynamic development in the field of automotive applications and numerous stationary demonstrations the fuel cell technology was faced with high expectations regarding the future provision of energy. Reasons for the partly euphoric discussion may be that about any segment of the energy system may profit from this one technology, and fuel cells are seen as a first step from an increasingly criticized energy supply based on fossil fuels towards more sustainable energy supply structures. Against this background, the objective of this work is to contribute to a realistic assessment of the short and medium term options and limits of stationary fuel cell systems and to identify starting-points for interesting deployment cases in view of a possibly wanted enforced market penetration of this new technology. This requires the consistent integration of detailed business oriented analysis regarding its use in representative housing and industry supply cases with an overall optimization of the energy system in Baden-Württemberg based on economic theory. The basis for this form the technical and economic development trends of stationary fuel cells, which are derived from experiences with the current demonstration plants in the scope of a general technical analysis. These are supplemented by the industrial and housing demand and load structures of Baden-Württemberg in high temporal and structural resolution, derived by an elaborated methodology for the integration of different statistical databases. Deduced are representative application cases, for which an economic comparison of the fuel cell technology with the alternative supply variants is conducted with help of a newly developed simulation tool. Due to the ongoing liberalization of the energy markets this requires the detailed analysis of the existing and future energy price structures, as with the opening of the markets the different price components have to be looked upon individually. The outcome of the object oriented system analysis is then integrated into the context of the overall energy economy, which means that in the scope of an energy system model the results are imbedded in the technological and topological structure of the energy supply of Baden-Württemberg. Finally, with help of this tool, model calculations for the possible future development of the energy system are carried out. The scenarios looked upon are chosen by means that on the one hand the technology specific effects of an increased use of stationary fuel cell systems become evident also in the chronological development, and on the other hand the possible contribution of the technology for achieving sustainable supply structures is depicted.

Vor dem Hintergrund allgemeiner energie- und klimapolitischer Ziele wie der Verringerung der Ölabhängigkeit oder der Reduktion der Treibhausgasemissionen werden hohe Erwartungen an den Einsatz alternativer Kraftstoffe und Antriebe im Verkehr geknüpft. Unsicherheiten bestehen jedoch in der Frage, welche Kraftstoff-Antriebskombinationen sowohl in ökonomischer als auch in ökologischer Hinsicht die besten Voraussetzungen mitbringen, um den gestellten Zielsetzungen gerecht zu werden. Die Beantwortung dieser Frage kann nicht durch eine isolierte Betrachtung des Verkehrssektors erfolgen, sondern erfordert zusätzlich die Berücksichtigung von Wechselbeziehungen zwischen dem Verkehrssektor und anderen Bereichen des Energiesystems. So müssen beispielsweise die während der Bereitstellung alternativer Kraftstoffe (Well-to-Tank) entstehenden Treibhausgasemissionen oder alternative Verwertungsmöglichkeiten für zur Kraftstoffbereitstellung eingesetzte Energieträger, wie z. B. Biomasse, in die Bewertung einfließen. Gerade im Hinblick auf ihren möglichen Beitrag zum Klimaschutz stehen verkehrspolitische Maßnahmen zur Senkung des Treibhausgasausstoßes zudem nicht nur untereinander sondern auch mit Vermeidungsoptionen in anderen Sektoren des Energiesystems im Wettbewerb. Das Ziel dieser Arbeit besteht daher darin, die mögliche Rolle alternativer Kraftstoffe und Antriebe als Teil einer energiewirtschaftlichen Verkehrsstrategie zu analysieren, welche darauf ausgerichtet ist, im Einklang mit allgemeinen energie- und klimapolitischen Zielen eine umweltverträgliche, bezahlbare und versorgungssichere Mobilitätsbereitstellung in Deutschland und der EU-27 zu gewährleisten. Dazu werden zunächst im Rahmen einer Technologiecharakterisierung unterschiedliche alternative Kraftstoffpfade und Antriebskonzepte bezüglich ihrer derzeitigen und zukünftigen technischen, ökonomischen und ökologischen Eigenschaften bis zum Jahr 2050 analysiert. Die Ergebnisse dieser Technologiecharakterisierung werden anschließend zusammengeführt, indem ausgewählte Kraftstoff-Antriebskombinationen in einem Well-to-Wheel Vergleich hinsichtlich ihrer Mobilitätskosten, Treibhausgasemissionen und Treibhausgasvermeidungskosten gegenüber konventionellen Antrieben auf Mineralölbasis bewertet werden. Aufbauend auf den Ergebnissen der Technikanalyse wird im Anschluss die mögliche Bedeutung alternativer Kraftstoffe und Antriebe in Deutschland und Europa bis zum Jahr 2050 unter Berücksichtigung der energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen sowie in Abhängigkeit von den technischen Entwicklungsfortschritten untersucht. Dazu wird eine modellgestützte Systemanalyse unter Anwendung des Energiesystemmodells TIMES PanEU durchgeführt, welche es ermöglicht, die genannten Wechselbeziehungen zwischen Verkehrssektor und restlichem Energiesystem zu erfassen und bei der quantitativen Bewertung der Potenziale alternativer Kraftstoffe und Antriebe einzubeziehen. Im Ergebnis zeigt sich, dass vor allem Biokraftstoffe und elektrische Antriebskonzepte, wie Batterie betriebene Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybridfahrzeuge, bei ambitionierten Klimaschutzvorgaben oder eingeschränkter Verfügbarkeit konventioneller Kraftstoffe langfristig (nach 2030) in zunehmendem Maße eine wichtige Rolle im Verkehrssektor spielen. Alternative fuels and power trains are often appreciated as possible options for the achievement of general targets from energy and climate policy like the decrease of oil dependency or the reduction of greenhouse gas emissions. However, uncertainties exist, which combinations of fuels and power trains are suited best from an economic and ecological point of view to cope with the existing requests. This question cannot be answered by an isolated analysis of the transport sector. Instead, an additional consideration of interdependencies among the transport sector and other sectors of the energy system is required. This comprises for example the inclusion of well-to-tank greenhouse gas emissions that occur during the preparation of alternative fuels or other possible options for the utilization of energy carriers that are needed as feedstock for alternative fuel production (e. g. biomass). Especially with regard to climate protection, measures for greenhouse gas mitigation in the transport sector are not only in competition among each other but also with measures in other sectors of the energy system. The intention of this study therefore is to analyze the potential role of alternative fuels and power trains as part of an energy economic transport strategy, which in the context of general targets from energy and climate policy aims at an environmentally friendly, affordable and secure mobility in Germany and the EU-27. The study starts with a characterization of the technical, economic and ecological properties of different pathways for alternative fuel production and alternative propulsion concepts, looking at the state of the art and the development until 2050. The results of this analysis are then used for a well-to-wheel assessment of selected combinations of alternative fuels and power trains regarding mobility costs, greenhouse gas emissions and greenhouse gas abatement costs related to conventional oil based vehicles. Based on the outcome of the previous investigation, the potential role of alternative fuels and power trains in Germany and the EU-27 as a whole until 2050 is evaluated, depending on the energy and climate policy framework and on the further technical development. For that purpose a model based analysis with the energy system model TIMES PanEU is applied, which allows to cover also the mentioned interconnections between the transport sector and the rest of the energy system. As a result of the analysis, especially biofuels and electric power trains like battery electric and plug-in hybrid electric vehicles prove to be important alternative technological options for the transport sector in the long run (after 2030), if ambitious climate targets are set or if the availability of conventional oil based fuels is limited.

In polymer electrolyte fuel cells (PEFC), hydrated perfluorosulfonate ionomers such as NAFION are generally used as membrane materials. The high proton conductivity required for the application in the fuel cells comes from the water which acts as a carrier for protons in the swollen polymer membrane. A main disadvantage of such hydrated materials is that the upper limit of their useful temperature range is 100°C at normal pressure. However, when reformates or methanol is used as a fuel in fuel cells, temperatures above 100°C are required. Therefore, the development of new polymer electrolyte membrane materials for the application at high temperature, e.g. in the direct methanol fuel cell (DMFC), is attracting considerable interest. It has already been reported that heterocyclic aromates, such as imidazole, pyrazole and benzimidazole, show proton and solvent transport properties similar to water at a given temperature related to the corresponding melting point. However, due to their relatively low vapor pressures, these low molecular weight components will volatilize progressively as increasing temperature, which leads to a decrease of conductivity. One approach to overcome this limitation is to fix the proton carrier on the polymer backbone. 1,8-bis(dimethylamino)naphthalene has been selected as a carrier because of its well known proton sponge characteristics. Using this compound as carrier moiety in the side chain or main chain the different novel polymers were synthesized in this work. All synthesized polymers were characterized by different methods. Using proton sponge and functional polymers as base components, while p-toluene sulfonic acid and sulfonated polystyrene as acid components, both low molecular weight mixture and blends were prepared and inverstigated regarding their proton transfer, morphology and conductivity by FTIR, DSC and impedance spectroscopy. Im Bereich der Niedertemperatur-Brennstoffzellen kommt den protonenleitenden Membranmaterialien eine entscheidende Rolle zu. In kommerziellen Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEMC) werden gewöhnlich perfluorierte Sulfonationionomere wie z. B. Nafion als Membranmaterial eingesetzt. Ein Hauptnachteil dieser Materialien ist allerdings die begrenzte Temperaturstabilität der Membran. Oberhalb von 80°C verarmt die Membran an Wasser einhergehend mit dem Verlust an Protonenleitfähigkeit. Die Verwendung von z. B. Methanol anstelle von Wasserstoff als Brennstoff (DMFC) erfordert jedoch Temperaturen über 150°C. Die in der Literatur bekannten Ansätze Wasser als Protonencarrier zu ersetzen, basieren auf der Verwendung höhersiedender Heteroaromaten wie z.B. Imidazol, Pyrazol und Benzimidazol. Eine Verflüchtigung dieser Stoffe bei höherer Temperatur führt aber auch hier zur Verarmung an Ladungsträgereinheiten in der Membran. Ein Ansatz diese Limitierung zu umgehen, ist die Verwendung von festen Carriermembranen, bei denen die Carrierfunktion von funktionellen, am Polymer fixierten Strukturelementen übernommen wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Funktionspolymere mit 1,8-Bis(dimethylamino)naphthalin- Struktureinheiten, die in der Literatur als "Protonenschwammverbindung" bekannt sind, sowohl in die Hauptkette als auch in die Seitenkette synthetisiert. Diese Funktionspolymere wurden mittels verschiedener Analytikmethoden charakterisiert. Die Mischungen des als Poylmerstrukturbaustein fungierenden 1,8-Bis(dimethylamino)-naphthalins mit p-Toluolsulfonsäure wie auch die Ionomerblends aus Funktionspolymer bzw. sulfonierten Polystyrol und niedermolekularen Komponenten wurden hergestellt und hinsichtlich ihrer Protonentransfer, Morphologie und Leitfähigkeit mittels FTIR-Spektroskopie, differentieller Wärmeflußkalorimetrie und Impedanzspektroskopie untersucht.

In der vorliegenden Arbeit wird ein komponentenbasiertes Framework zur energetischen Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen entwickelt. Heiz- und raumlufttechnische Anlagen können mit der Hilfe der Methode der Bedarfsentwicklung anhand ihres Energieaufwandes während der Planung und des Betriebes bewertet werden. Die Bewertung erfolgt durch: - die Feststellung des Energiebedarfs und der ihn zu beeinflussenden Größen mit Hilfe einer Gebäudesimulation - die Feststellung des Aufwands, der eine Anlage zur Befriedigung des Bedarfs benötigt, mit Hilfe einer Anlagesimulation - den kontinuierlichen Vergleich der durch die Messung gewonnenen Raum- und Anlagezustände mit simulierten Werten mit Hilfe einer gekoppelten Gebäude- und Anlagesimulation. Dem komponentenbasierten Framework liegt eine Architektur zugrunde, welche sich durch eine klare Trennung der Komponente Gebäude- und Anlagedatenmodell von den Berechnungskomponenten auszeichnet. Das Kernstück der Arbeit ist die Entwicklung und die Implementierung der Komponente Gebäude- und Anlagedatenmodell aus Sicht der Technischen Gebäudeausrüstung. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Behandlung von Fragen der Gebäudetechnik und hier insbesondere auf der Einbindung von Gebäude- und Anlagesimulationen während der Planung und des Betriebs. Der Rahmen für die Entwicklung des Datenmodells ist durch das aktuelle Austauschmodell der Industrieallianz für Interoperabilität (IAI) vorgegeben. Das Datenmodell erweitert dieses Austauschmodell um die Beschreibung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen. Nach der Vorgaben der IAI ist es die Aufgabe des Datenmodells, den Datenaustausch zwischen Komponenten zu ermöglichen. Die Aufgaben des hier entwickelten Datenmodells gehen allerdings über den Datenaustausch hinaus, da es zur einheitlichen Beschreibung von Gebäuden und deren Anlagen während des gesamten Lebenszyklus dient. Dazu muss es dynamisch erweiterbar sein und eine so große Informationsdichte besitzen, dass die Daten in verschiedenen Phasen des Gebäudelebenszyklus ohne Informationsverluste verwendet werden können. Das Komponentenframework ermöglicht das Zusammenfügen verschiedener Berechnungskomponenten zu Anwendungen. Die Voraussetzung dafür ist, dass sie das OLE DB Interface unterstützen und für den Austausch der Gebäude- und Anlagedaten das in dieser Arbeit entwickelte Datenmodell verwenden. Die Berechnungskomponenten liefern ihre Ergebnisse in Form von Zeitreihen. Die Abstraktion dieser Zeitreihen vereinfacht die Verwaltung der Berechnungsergebnisse und ermöglicht deren direkten Vergleich mit Messwerten. Das Datenmodell und die Berechnungskomponenten werden durch die Verwendung einer Skriptsprache zu Anwendungen integriert. In this thesis a component-based framework for the evaluation of HVAC performance in buildings is developed. Following the method of the demand development HVAC systems are evaluated by means of their energy effort during planing and maintenance. The evaluation is achieved through: - determining the energy requirement and energy requirement's impacting factors using a building simulation - determining the effort, which an HVAC system requires in order to meet the demand, using an HVAC system simulation - continuos comparison of the measured states of both building and HVAC system with simulated values using a coupled building and HVAC system simulation. Characteristic for the component-based framework is an architecture which separates the component data model form the calculation components. In the centre of this work is the development and the implementation of the component data model from a building service's point of view. The main focus lays in dealing with building services's questions and embedding the building and HVAC system simulations into the processes of planing and maintenance. The design of the data model is based on the latest version of the building information exchange model developed by the International Alliance for Interoperability (IAI). The data model extends this model with definitions of HVAC equipment and systems. In accordance with IAI guidelines the data model is used for the exchange of information among components. More important however, the data model serves for a uniform description of buildings and installations over all phases of the life-cycle. For this purpose it is extendable and has an information content large enough for an efficient information usage throughout the building's life. The component-based framework enables assembling of different calculation components into applications. The calculation components are required to support the OLE DB interface and to exchange building and installation data using the data model. The calculation components deliver their results as time series. The abstract data type of time series relieves the management of the calculation results and allows their direct comparison with measured data. The component data model and the calculation components are integrated into applications that use a scripting language.

Strategic energy planning supports decision making by offering a systematic way of analyzing, evaluating and shaping future energy systems. It consists of setting goals and identifying strategies to improve the economic and environmental potentials for producing energy commodities and services. This thesis describes the state of the art of decision support systems for energy planning and introduces a new computer based planning software PlaNet. PlaNet integrates an energy system model, a user friendly interface, a central database management system and several decision support tools for scenario management, data analysis and multicriteria evaluation. The methodological approach is based on systems analysis, decision support and information management theory. Energy systems are described as a network of commodities and transformations using the Reference Energy System (RES) accounting framework. The separation of the energy system topology from the data management and the mathematical structure of a model allowed for the first time a standardized formulation of the relational data interface. Different energy system models can now exchange input data, assumptions and results and may share the same data entry and analysis tools thus allowing a tighter integration of existing and new modelling methodologies. PlaNet calculates energy and emission balances, makes a detailed cost analysis and determines the installed capacities, the annual investment costs, fuel costs, fixed and variable operating costs for each technology and the specific production costs for all commodities. In addition it computes the total energy system costs discounted over the modelling period. To increase the transparency and continuity of the modellers work, PlaNet allows for a detailed documentation of the case study. This broad approach makes PlaNet an ideal tool for strategical analysis and monitoring in the field of energy and environment. Strategische Energieplanung soll durch eine systematische und zukunftsbezogene Analyse Wege zu einer wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Energieversorgung aufzeigen. Diese Arbeit gibt einen Überblick über aktuelle entscheidungsunterstützende Planungsinstrumente und stellt das neue Instrument PlaNet für die strategische Energie- und Umweltplanung vor. Das Planungsinstrument PlaNet unterstützt das methodische Konzept der strukturierten Planung von der Definition der Problemstellung über die Modellierung bis hin zur Erfolgskontrolle. Die Daten stehen im Mittelpunkt des Planungsprozesses und werden in einer relationalen Datenbank zentral verwaltet. Energiesysteme werden in PlaNet mit dem Konzept des Referenzenergiesystems (RES) modelliert, einer Netzwerkdarstellung der Topologie der Energieflüsse. Durch die Trennung von Topologie des Energiesystems, Datenverwaltung und mathematischer Struktur des Modells konnte zum erstenmal ein standardisiertes Informationssystem für Energiesystemmodelle entwickelt werden. Simulationsmodule berechnen Energie-, Schadstoff- und Kapazitätzsbilanzen für beliebige Energiesysteme und ermitteln anhand der Investitionskosten, Brennstoffkosten, fixen und variablen Betriebskosten die über den Beobachtungszeitraum abdiskontierten Gesamtkosten des Energiesystems. Um Transparenz und Nachvollziehbarkeit der Planung zu erhöhen und eine regelmäßige Aktualisierung der Modellierung zu erleichtern, ermöglicht PlaNet die umfangreiche Dokumentation der Modellierungsarbeiten. PlaNet ist modular aufgebaut und integriert unter einer einheitlichen Bedienoberfläche ein Datenbanksystem, Simulationsmodule sowie entscheidungsunterstützende Werkzeuge für Szenariomanagement, Datenanalyse und multikriterielle Bewertung. PlaNet ist ein ideales Werkzeug für die strategische Analyse und die Erfolgskontrolle im Bereich der Energie- und Umweltplanung.

Die Förderung der Elektrizitätserzeugung auf Basis erneuerbarer Energien und von Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung durch die Energiepolitik führt zu einer zunehmenden Elektrizitätseinspeisung in der Verteilungsnetzebene. Mit dieser Arbeit werden ökonomische und technisch-betriebliche Auswirkungen der verteilten Elektrizitätserzeugung in lokalen Verteilungsnetzen diskutiert. Der Fokus liegt hierbei auf der Einspeisung von Windkraftanlagen in ein typisches Verteilungsnetz der Mittelspannungsebene. In Szenarien erfolgt eine modellgestützte Betrachtung mit zusätzlichen steuerbaren Erzeugungsanlagen und Elektrizitätsspeichern. Nach einer Darstellung relevanter Grundlagen der verteilten Elektrizitätserzeugung wird auf die für diese Arbeit verwendeten und entwickelten Methoden zur Bestimmung des kostenoptimalen Kraftwerks- und Netzbetriebs in Verteilungsnetzen eingegangen. Die diskutierten Ergebnisse umfassen die erforderlichen Kosten zur Nachfragedeckung, den Anlagenbetrieb, den Austausch mit der vorgelagerten Netzebene sowie den elektrischen Lastfluss im Verteilungsnetz. The promotion of electricity generation based on renewable energy sources as well as of cogeneration of heat and power by energy policy leads to an increasing electricity feed-in in distribution grids. This thesis discusses economic and technical-operational effects of distributed electricity generation in local distribution grids. The analyses concentrate on the feed-in of wind power plants into a typical medium voltage distribution grid. The wind energy feed-in considered is alternatively supplemented in several scenarios by controllable electricity generation plants and storages. Following a description of relevant fundamentals of distributed generation, the methods that have been developed and applied for this thesis in order to determine the cost optimal power plant and grid operation are discussed. The results reported include required costs to cover electricity demand, power plant and storage operation, the exchange with the high voltage grid level as well as the electrical load flow within the distribution grid.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Aktivierung der Fassade zur Einsparung von elektrischer Energie und zur aktiven Nutzung von Solarenergie. Sie soll als Beitrag zur Ressourcenschonung und aktiver Nutzung erneuerbaren Energien dienen und das Interesse von Industrie und Architekten für die Nutzung der Fassadenflächen vorallem von Bürogebäuden wecken. Neben den Bemühungen der Architekten und Energieplaner den Energieverbrauch von Gebäuden, hier im Speziellen von Verwaltungsgebäuden, durch eine konsequente Dämmung der Gebäudehüllen und den Einsatz von geeigneten Sonnenschutzmaßnahmen zu minimieren, gibt es die parallele Entwicklung von verschiedenen Systemen zur Tageslichtnutzung. Diese sollen einerseits den Verbrauch an elektrischer Energie reduzieren und andererseits die Behaglichkeit der Nutzer erhöhen. Die Reduzierung von elektrischer Energie wird in dieser Arbeit durch die Nutzung des Tageslichts mit Hilfe von Glasprofilen und -rohren erfolgen. Zur aktiven Solarenergienutzung werden Vakuumröhren in die Fassade integriert. Es gibt die Vision einer transparenten Fassade, die Energie spart, nutzt und sammelt. Hierbei werden die Glasprofile und -rohre, die sich auf der Grundlage der Untersuchungen als funktionsfähige Profile zur Tageslichtnutzung herausgestellt haben, mit auf dem Markt erhältlichen Vakuumröhren zu einem Fassadensystem gefügt und in Fassadenkonstruktionen integriert. Es wird ein Fassadensystem entwickelt, das jeder Büroeinheit ermöglicht ihre Fassade solartechnisch zu aktivieren bei gleichzeitigem Prestigegewinn für den Nutzer. Die Ergebnisse im Rahmen dieser Arbeit zeigen, dass hinsichtlich Nutzung des Tageslichts der Einsatz der Glasprofile als transparenter Sonnenschutz bei gleichzeitiger Diffuslichtlenkung am sinnvollsten ist. Diffuses Licht steht im Gegensatz zur direkten Strahlung auch bei bewölktem bzw. bedecktem Himmel zur Verfügung. Systeme, die mit direktem Licht arbeiten funktionieren gerade dann, wenn der Bedarf am größten ist, nicht. In Zukunft wird die aktive Nutzung erneuerbarer Energien in Gebäuden eine zentrale Rolle spielen. Die Diskrepanz zwischen dem weltweiten Bedarf an Energie und den Vorkommen der fossilen Rohstoffe wird in den nächsten Jahren immer größer werden. Diese Lücke muss durch die Nutzung erneuerbarer Energien geschlossen werden. Für Solarthermie ist eine ähnliche Entwicklung wie bei Photovoltaikanlagen zu erwarten. Die Photovoltaik betreffend wurden auf politischer Ebene deutliche Signale gesetzt, die eine aktive Solarenergienutzung in der Gebäudehülle unterstützen. So bringt der im Moment vorliegende Entwurf zum EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) zum Ausdruck, dass gebäudeintegrierte Anlagen eine erhöhte Vergütung und die fassadenintegrierten Systeme den Höchstsatz bekommen. Ein Entwurf für das EEG die Solarthermie betreffend ist in Arbeit. The present work is about utilizing the building façade in order to reduce the consumption of electricity by actively using solar energy. This work aims to contribute to the conservation of scarce resources and to be proactive in the use of renewable energies. Hopefully this initiative will awaken the interest of both industry and architects for the energy efficient use of building facades. This initiative is particularly relevant to office buildings. Besides the efforts of architects and energy-planners to minimize the energy consumption of buildings with the insulation of building surfaces along with adequate sun protection measures, there is a parallel development of alternative systems aiming to utilize the daylight. These systems have the dual benefit of a reduction in the consumption of electric energy as well as an increase in the comfort of the users. The added benefits from the active use of solar energy are achieved by incorporating both glass sections and glass pipes into the façade. Glass profiles and pipes have already proved themselves as well-working profiles for the exploitation of daylight. This technology combined with vacuum-tubes that are already on the market, creates an integrated façade system that gives the impression of a transparent surface while it actively saves, uses and collects energy. Thus a system is being developed that makes it possible for each office unit to activate their façade solar-technically. As well as increasing the utility of the individual user, the system offers added prestige. The results within the framework of this work show that with regard to the utilization of daylight, the use of glass profiles as transparent sun protection with simultaneous steering of diffuse light is the most sensible. Unlike direct radiation, diffuse light is available also when the sky is clouded. Systems working with direct light are least efficient when they are be most needed. In future the active use of renewable energies in buildings will have a central role. The discrepancy between the worldwide need of energy and the existing fossil energies will continue to broaden in the next years. This gap must be closed by using more renewable energies. As for solar thermal energy one has to expect a similar development as with photovoltaic installations. Concerning the photovoltaic, on a political level, photovoltaic technologies have been given clear signals supporting the active use of solar energy for building-surfaces. The current existing draft for the EEG (law concerning renewable energies) shows that installations integrated into the building are sponsored by a higher reimbursement and the systems integrated into the facades receive the maximum rate. The draft for the EEG concerning solar thermal energy is currently in preparation.