Fakultät für Anlagen-, Energie- und Maschinensysteme

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1 Fakultät für Anlagen-, Energie- und Maschinensysteme (unter Beteiligung der Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik und des Instituts für Technologie in den Tropen) Modulhandbuch für den Studiengang Master Erneuerbare Energien 1

2 Studienverlauf des Studiengangs Master Erneuerbare Energien Semester M-Nummer Modulbezeichnung Credits 1. und Masterseminar einschließlich Masterprojekt 10 1 oder 2 / WiSe 1 oder 2 / SoSe 209 Business Management 5 Methodische Vertiefung 1 aus CFD - Computational Fluid Dynamics Elektrische Netze und Netzsimulation 5 Technologie Erneuerbarer Energien/Smart Grid 15 3 aus Technologie von Photovoltaik-Komponenten Technologie der Biomassenutzung Management in Energieverbundsystemen Elektronische und elektromagnetische Stellglieder für erneuerbare Energien Energy Markets 5 Methodische Vertiefung 1 aus Finite Elemente Methode 203 Messung Optischer Größen und Spektroskopie Technologie Erneuerbarer Energien/Smart Grid 15 3aus Technologie der Solarthermie Dezentrale Netzstrukturen Technologie der Energiespeicherung Hochspannungsübertragungstechnik Masterarbeit und Kolloquium; einschließlich einer 30 öffentlichen Präsentation im Masterseminar 2

3 Erläuterung der Modulnummer: Die erste Ziffer der Modulnummer steht für die Fakultät: 9 = Fakultät 09 Die zweite Ziffer steht für die Unterscheidung Bachelor- oder Masterstudiengang B = Bachelor M = Master Die dritte Ziffer steht für die Studienrichtung bzw. Studiengang 1 3 = Studiengang Bachelor Maschinenbau, wobei 1 = Studienrichtung Allgemeiner Maschinenbau 2 = Studienrichtung Landmaschinentechnik 3 = Studienrichtung Anlagen-, Energie- und Maschinensysteme 4 = Studiengang Erneuerbare Energien Die vierte und fünfte Ziffer sind fortlaufende Nummern, wobei die Module zwar mehrere Nummern haben können, allerdings pro Studienrichtung exakt einer Nummer zugeordnet sein müssen. So ist anhand der Modulnummern erkennbar, welcher Fakultät, welchem Studiengang und welcher Studienrichtung ein Modul zugeordnet ist. 3

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5 Modulnummer 9M218 Modulbezeichnung Masterseminar einschließlch Masterprojekt Credits 10 Verantwortliche Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler, Prof. Dr.-Ing. Blieske Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler, Prof. Dr.-Ing. Blieske Die Studierenden gewinnen einen Überblick über aktuellste Fragestellungen aus dem Bereich der erneuerbaren Energien und sind in der Lage diese Themen zu bewerten und zu beurteilen. Sie leiten gelernte Erkenntnisse ab und wenden diese auf ein eigenes Forschungsvorhaben an. Die Studierenden verfassen ihr Forschungsvorhaben in eine wissenschaftliche Veröffentlichung und können dieses in verständlicher Weise einem Fachpublikum vortragen. Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Externe Referenten werden eingeladen und tragen zu aktuellen Themen aus dem Bereich erneuerbare Energien vor Studierende entwickeln in Projektteams ihr eigenes Forschungsvorhaben bzw. werden in aktuelle Forschungsvorhaben integriert Studierende hören externe Vortrage sowie diejenigen Vorträge der Studierenden des vorangegangenen Semesters und diskutieren diese Vorträge sowohl in englischer wie auch in deutscher Sprache Die Studierenden erarbeiten zu ihrem Forschungsvorhaben eine wissenschaftliche Veröffentlichung in englischer Sprache Die Studierenden erarbeiten eine Präsentation zu ihrem Forschungsvorhaben und stellen diese in englischer Sprache vor Seminar Projektarbeit Leistungsnachweis Bericht Präsentation Voraussetzungen Keine 5

6 Workload (30 Std./Credit) 300 Std./10 Credits Seminar Projektarbeit Vor- und Nachbereitung 60 Std. 120 Std. 120 Std. Empfohlene Einordnung Semester M1 und M2; Modul über 2 Semester Empfohlene Literatur - 6

7 Modulnummer 9M209 Modulbezeichnung Business Management Credits 5 Verantwortliche Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler, Prof. Dr.-Ing. Blieske Dr. Meier, Dr. Swiatek The students apply the knowledge of enterprise management to standard processes in renewable energy management and analyze the economic aspects of a company in the field of renewable energy. The students evaluate the appropriate tools to influence the economic success of a green company, especially communication. Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Company management External communication and marketing Internal communication process Leadership Construction of a business model Enterprise foundation Enterprise Resource Planning Methodology of company management Project management World class manufacturing Vorlesung Seminar Projektarbeit Leistungsnachweis Klausur Voraussetzungen Keine 7

8 Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Vorlesung Seminar Projektarbeit Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 15 Std. 15 Std. 30 Std. 90 Std. Empfohlene Literatur Chan Kim, W., Mauborgne, R.: Blue Ocean Strategy: How to Create Uncontested Market Space and Make the Competition Irrelevant, 2005 Malik, F: Führen, Leiten, Leben, Campus Verlag, 2006 Simon, W: Gabals großer Methodenkoffer Führung, 2006 Schulz von Thun, Friedemann: Miteinander reden 1: Störungen und Klärungen, Taschenbuch, rororo Verlag, 2010 Schmidt, R.: World Class Manufacturing, 2007, pages Gordijn, S.: Business models for distributed generation in a liberalized market environment, Elsevier, Volume 77, Issue 9, 2007,

9 Modulnummer 9M211 Modulbezeichnung CFD - Computational-Fluid-Dynamics Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Modulinhalte Prof. Dr.-Ing. Cousin Prof. Dr.-Ing. Cousin Die Studierenden wissen wie dreidimensionale Strömungs- und Wärmetransportmechanismen in Fluidsystemen stationär und instationär abgebildet werden (Modellstruktur) und können dieses an einem Projektbeispiel mit kommerziellen Rechenprogrammen unter Anleitung durchführen. Sie kennen die numerischen Lösungsverfahren, die gebräuchlichen Turbulenzmodelle, Wärmestrahlungsmodelle und diverse chemische Reaktionsmodelle. Die Kenntnisse sollen so weitreichend sein, dass die Studierenden in der Lage sind, die verwendeten kommerziellen Programme richtig zu konfigurieren, die iterativen Berechnungsabläufe zu steuern sowie Fehler zu erkennen, zu interpretieren und zu minimieren. Dazu gehört auch, dass sie die englischsprachigen Programm-Menüs und Handbücher verstehen und zielführend einsetzen können. Bedeutung, Aufbau und Möglichkeiten numerischer Strömungssimulation Mathematische Modellbildung der maßgebenden Transportphänomene (Diskretisierungsmethoden in Raum und Zeit; Finite- Volumen-Methode) Physikalische Modellgrundlagen der Transportgleichungen für Masse, Impuls und thermischer Energie Turbulenzmodell in der freien Strömung (RANS, RSM, LES) Wandfunktionen als Modell für wandnahe Turbulenzen Wärmeübertragungsmodelle (Leitung, Konvektion und Strahlung) Massetransport und chemische Reaktion in homogenen Mehrstoffgemischen Mehrphasenströmungen und Partikeltransport in Strömungen Modellierung von Randbedingungen an den Modellraumgrenzen Aufbau, Form und Gestaltung von Modellgeometrien sowie 9

10 Berechnungsgittern (2 und 3-dimensional) Fehlerbetrachtung (Art, Ursache und Vermeidung) Lehrmethoden/-formen Vorlesung in englischer Sprache Praktikum Projekt Leistungsnachweis Klausur Bericht Voraussetzungen Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung Keine 150 Std./5 Credits Vorlesung und Praktikum Projektarbeit Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 40 Std. 80 Std. 30 Std. Empfohlene Literatur Vorlesungsskript: CFD- Simulation von Strömungen und Wärmetransport; J. Ferzinger, M. Petric: Computational methods for Fluid Dynamics Wendt, J.F.: Computational Fluid Dynamics, Springer Verlag, Berlin Merker, G.P.: Konvektive Wärmeübergang, Springer Verlag, Berlin Hanel, B.M.: Raumluftströmung, C.F. Müller Verlag, Heidelberg Griebel, M., Dornseifer, Th., Neunhoeffer, T.: Numerische Simulation in der Strömungstechnik, Vieweg-Verlag, Braunschweig Herwig: Strömungsmechanik-Einführung in die Physik und die mathematische Modellierung von Strömungen 10

11 Modulnummer 9M212 Modulbezeichnung Elektrische Netze und Netzsimulation Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Prof. Dr. Waffenschmidt Prof. Dr. Waffenschmidt Modulziele Vor dem Hintergrund einer klima- und ressourcenschonenden Energiewende stehen unsere Stromnetze vor einem fundamentalen Wandel, der sich in den Zielen der Vorlesung Elektrische Netze wiederspiegeln soll. Die Studierenden lernen daher zunächst die verschiedenen Komponenten der elektrischen Netze kennen und sind weiterhin in der Lage die verschiedenen Berechnungs-Methoden zur Analyse von elektrischen Netzen anzuwenden und dabei die passende Methode auszuwählen. Sie können einschätzen, auf welchem Gebiet die größten Herausforderungen an die elektrischen Netze bestehen um kompetent an Lösungsvorschlägen mitarbeiten zu können. Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Netzwerke berechnen und simulieren Leitungen Unsymmetrische Drehstromnetze Lineare Netzwerke Simulation Fehler-Management Netz-Regelung Gleichstromnetze Proseminar Exkursion Praktikumsversuche Leistungsnachweis Vortrag Mündliche Prüfung Voraussetzungen Keine 11

12 Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Proseminar Praktikum Exkursion Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 40 Std. 20 Std. 10 Std. 80 Std. Empfohlene Literatur Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz, "Elektrische Energieversorgung", 7. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, Vieweg Verlag, Wiebaden, ISBN Dieter Nelles, Christian Tuttas,"Elektrische Energietechnik", B.G. Teubner Verlag, Stuttgart, 1998, ISBN Valentin Crastan,"Elektrische Energieversorgung 1: Netzelemente, Modellierung, stationäres Verhalten, Bemessung, Schalt- und Schutztechnik", 2. bearbeitete Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 2007, ISBN

13 Modulnummer 9M205 Modulbezeichnung Technologie von Photovoltaik-Komponenten Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Prof. Dr. rer. nat. Blieske Prof. Dr. rer. nat. Blieske Die Studierenden bewerten Komponenten für PV-Systeme (Zellen, Module, Gläser und Verkapselung) im Team, analysieren die Herstellung von solaren Systemkomponenten im Zusammenhang mit anderen Disziplinen und evaluieren die betriebswirtschaftlichen, technologischen, umwelttechnischen und gesellschaftlichen Auswirkungen bei der Herstellung von photovoltaischen Zellen und Modulen. Grundlagen der Halbleiterphysik zur Berechnung einer Solarzelle Auslegung und Produktion von Silizium-Solarzellen Grundlagen von Heteroübergängen Auslegung und Produktion von Solarmodulen auf der Basis von Verbindungshalbleitern Auslegung und Produktion von Solarmodulen auf der Basis von Dünnschicht-Silizium Herstellung von Solarglas für Photovoltaik Herstellung von Solarmodulkomponenten aus Kunststoff Optimierung von Solarmodulkomponenten Solarmodultechnologie Solarmoduldesign sozioökonomischen Zusammenhänge bei der Herstellung von PV- Modulen organische Solarzellen Proseminar Übung Exkursion Leistungsnachweis Präsentation 13

14 Mündliche Prüfung Voraussetzungen gemäß Prüfungsordnung Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Proseminar Übung Exkursion Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 30 Std. 15 Std. 15 Std. 90 Std. Empfohlene Literatur Sonnenenergie: Photovoltaik, A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Teubner Studienbücher, ISBN Photovoltaik: Grundlagen und Anwendungen, H.J. Lewerenz, H. Jungblut, Springer Verlag, ISBN Photovoltaik: H.G. Wagemann, Vieweg+Teubner, ISBN Kempe, M.: Overview of Scientific Issues Involved in Selection of Polymers for PV Applications, Proceedings of 37 th IEEE PVSEC,, June 2011 Blieske, U.: Konzentratorsolarzellen aus GaAs: Modul- und Tandermanwendungen, VDI Fortschrittberichte, Reihe 6, Nr. 333, ISBN Nölle, G.: Technik der Glasherstellung; Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, 1997, 3. Auflage, ISBN Blieske, U.; Stollwerck, G.: Encapsulation Materials for Solar Modules in Weber, E., Advances in Photovoltaics (vol. 2), Semiconductors and Semimetals, Elsevier, Publikation voraussichtlich Ende

15 Modulnummer 9M206 Modulbezeichnung Technologie der Biomassenutzung Credits 5 Verantwortliche Dozenten Modulziele Prof. Dr. rer. nat. Rieker Prof. Dr. rer. nat. Rieker Die Absolventen erarbeiten Möglichkeiten zur Nutzung von Biomasse zur Energieerzeugung, welche sowohl die Bereiche Biogasgewinnung, Biomasseverbrennung und gaserzeugung samt Umwandlung in thermische und elektrische Energie als auch die Herstellung von Biokraftstoffen und deren Einsatz im mobilen Sektor umfasst. Die Absolventen erarbeiten durch Verknüpfung ihrer bisherigen Kenntnisse aus Maschinenbau und Bioenergie problemorientierte Lösungen auftretender Schwachpunkte von Anlagen oder Systemen, bewerten diese und entwickeln Ansätze für zukünftige Projekte. Die Absolventen prüfen schwerpunktmäßig Möglichkeiten zur Optimierung bestehender Verfahren. Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Einführung in bestehende Verfahren der Bioenergie und deren thermodynamische, mikrobiologische, chemische, maschinenbauliche und verfahrenstechnische Grundlagen Vorstellung aktueller Forschungs- und Entwicklungsansätze im Bereich Bioenergie sowie bestehender Projekte am Institut Anleitung zur Ermittlung des Standes von Forschung und Technik (Literaturrecherchen) für ausgewählte Themen Anleitung zur Vorgehensweise bei der Durchführung von Versuchen und Berechnungen zu ausgewählten Themen Ausarbeitung von Themen und Projekten gemeinsam mit den Studierenden Präsentation und Diskussion der Ausarbeitungen Vorlesung Seminar Exkursion 15

16 Leistungsnachweis Präsentation Mündliche Prüfung Voraussetzungen Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung Keine 150 Std./5 Credits Vorlesung Seminar Exkursion Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 20 Std. 30 Std. 10 Std. 90 Std. Empfohlene Literatur Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren Springer Verlag, Heidelberg, ISBN: Baehr, Hans D., Kabelac, S.: Thermodynamik, Grundlagen und technische Anwendungen Springer Verlag, Heidelberg, ISBN- 10: , ISBN-13:

17 Modulnummer 9M207 Modulbezeichnung Management in Energieverbundsystemen Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Modulinhalte Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler Elektroenergiesysteme sind äußerst komplexe und sensible Gebilde. Die bekannte Zuverlässigkeit wird nur durch einen hohen Automatisierungsgrad erreicht. Die Studierenden lernen die Organisation großer Verbundnetze sowie die Herausforderungen zukünftiger Elektroenergieversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien kennen. Es werden unterschiedliche Lösungsansätze für zu erwartende Probleme diskutiert und analysiert. Desweiteren lernen die Studierenden Maßnahmen auf der Verbraucherseite kennen, um den elektrischen Energiebezug zu optimieren und zu minimieren, ohne die Energiedienstleistung einzuschränken. Aufbau von elektrischen Verbundnetzen - Das Netz der UCTE - Erzeugerkapazitäten - Regelleistung - Ausgleichsenergie Energiespeicherung - Energiespeicherung vor der Stromerzeugung - Elektrische Energiespeicher - Energiespeicherung nach der Stromanwendung Diskussion von Optionen zukünftiger Energieversorgungssysteme und die damit auftretenden Herausforderungen und Probleme Diskussion von Lösungsansätzen zur Wirkleistungsbilanz - Thermische Energiespeicherung in Zusammenspiel mit Kraft- Wärme-Kopplung und Wärmepumpen - Lastmanagement anhand von Beispielen wie Druckluftanlagen, Lüftungsanlagen und Pumpenanlagen - Demand Response - Druckluftspeicherung 17

18 - Power-to-Gas Großräumiger Stromtransport Diskussion von Lösungsansätzen zur Blindleistungsbilanz mittels erneuerbarer Stromerzeuger Lehrmethoden/-formen Proseminar Übung Projekt Leistungsnachweis Vortrag Mündliche Prüfung Voraussetzungen Keine Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Proseminar Übung Projektarbeit Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 38 Std. 7 Std. 15 Std. 90 Std. Empfohlene Literatur Demand response: Stadler, I.: Nichtelektrische Speicher für Elektrizitätsversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien, Habilitation, Verlag: dissertation.de, ISBN

19 Modulnummer 9M215 Modulbezeichnung Elektronische und elektromagnetische Stellglieder für erneuerbare Energien Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ing. Lohner Prof. Dr.-Ing. Dick, Prof. Dr.-Ing. Lohner Der Studierende kann elektronische und elektromagnetische Strukturen, Topologien und Regelungsverfahren verschiedener erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen (Photovoltaik, Wind etc.), mit dem Fokus auf deren Stellglieder erläutern. Damit besitzen sie die Fähigkeit die gesamte anlagenspezifische Systemtechnik in wesentliche Teilabschnitte zu gliedern, einzelne Aspekte zu entwickeln oder zu projektieren und damit einzelne Schritte einer Synthese durchzuführen. Der Realitätsbezug, insbesondere im Hinblick auf neue regulatorische, normative Rahmenbedingungen, welche mit der Energiewende einhergehen, wird hergestellt. Damit ist der Studierende in der Lage die Stellglieder auch im übergeordneten Kontext als Teil eines intelligenten Netzes zu beschreiben um später die richtigen Stellglieder auszuwählen bzw. zu entwickeln. Die Studierenden lernen Methoden zur dynamischen Beschreibung und Regelung erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen kennen und erhalten dadurch Entscheidungskompetenz. Fach-/Methoden-/Lern-/soziale Kompetenzen: Die Studierenden besitzen die Fähigkeit elektrische Stellglieder für erneuerbare Energieerzeugungsanlagen zu verstehen, zu dimensionieren und zu regeln. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Die Studierenden besitzen Erfahrungen im Umgang mit Leistungselektronik, Antrieben, klassischen Messgeräten und sind in der Lage Stellglieder mit einem Simulationstool zu modellieren. 19

20 Modulinhalte Kurzer Überblick über die verschiedenen erneuerbaren Energieträger und deren Potentiale (Photovoltaik; Windkraft etc.) Prinzipien von netzgeführten wie von Inselwechselrichtern für Photovoltaikanlagen: - Physik der Solarzelle - Stromrichtertopologie - Systemarchitekturen: Zentral-, String- und Modulwechselrichter - Steuerungsverfahren: PWM, MPP-Tracking etc. Prinzipien von Windkraftanlagen - doppeltgespeiste Asynchronmaschine - Anlage mit Synchronmaschine - windkraftspezifische Regelungsverfahren Praktikum: In einem ersten Versuch wird ein Wechselrichter für eine Photovoltaikanlage beispielhaft modelliert und mit einem Simulationstool simuliert. Hierbei wird ein besonderes Augenmerk auf die anlagenspezifischen Regelungsverfahren (MPP-Tracking etc.) gerichtet. Auf dem ersten Versuch aufbauend wird in einem zweiten Versuch ein kommerzieller Wechselrichter vermessen und analysiert. Lehrmethoden/-formen Vorlesung Übung Praktikum Exkursion Leistungsnachweis Präsentation Mündliche Prüfung Voraussetzungen Keine 20

21 Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Vorlesung Übung Praktikum Exkursion Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 30 Std. 25 Std. 10 Std. 10 Std. 75 Std. Empfohlene Literatur Quaschning, Volker: Regenerative Energiesysteme: Technologie, Berechnung, Simulation, Springer Verlag, 2009, 6. Auflage, ISBN Gfrörer, Wolf-Günter: Wechselrichter für Solaranlagen, Franzis Verlag, 1998, ISBN

22 Modulnummer 9M201 Modulbezeichnung Energy Markets Credits 5 Verantwortliche Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ing. Bhandari Prof. Dr. rer. nat. Hamhaber, Prof. Dr.-Ing. Bhandari The students apply the knowledge of worldwide energy markets to projects in renewable energy sources and analyze the economic aspects of energy production and energy distribution in the light of global economy and ecology. Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Leistungsnachweis They evaluate the appropriate tools to influence energy production policy and law and evaluate energy savings and a global approach to the use of energy. Renewable energy law Emission trading Electricity prices and tariffs Calculation of grid parity Life cycle assessment Cumulated energy consumption Environmental management (ISO 14001) Sustainable design Evaluation of heat and energy flow charts Climatic changes and energy production Seminar Präsentation Mündliche Prüfung Voraussetzungen Workload (30 Std./Credit) Keine 150 Std./5 Credits Seminar Vor- und Nachbereitung 60 Std. 90 Std. 22

23 Empfohlene Einordnung Semester M1 oder M2 Empfohlene Literatur World Energy Outlook 2006, OECD/IEA, ISBN , 2006 Richtlinie 2001/77/EG des europäischen Parlaments und des Rates vom zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare- Energien-Gesetz EEG), Beschluss des Deutschen Bundestages vom 30. Juni

24 Modulnummer 9M204 Modulbezeichnung Finite Elemente Methode Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Modulinhalte Prof. Dr.-Ing. Meckbach Prof. Dr.-Ing. Meckbach Die Studierenden verstehen die theoretischen Grundlagen der Finite Elemente Methode und können die Grundlagen in Form von FEM- Programmsystemen anwenden. Sie kreieren eigene Lösungen für ausgewählte physikalische und technische Problemstellungen. Mechanische Grundlagen Lineare Elastizität, Stoffgesetze, Sterifigkeitsmatrix Stabelemente Steifigkeitsmatrix im lokalen Elemntkoordinatensystem und Strukturkoordinatensystem, Gesamtsteifigkeitsmatrix Einführen der Formfunktionen Scheibenelemente Dreieck-Element Variationsprinzip Variationsrechnung Viereck-Element Konvergenz von Dreieck- und Rechteckelementen Verschiedene Konvergenzkriterien am Beispiel eines Kragbalkens Verschiebungsansätze höherer Ordnung Unterschiedliche Verschiebungsansätze (linear, bilinear, quadratisch, biquadratisch usw.) Kopplung von Elementen Elementmatrix zur Berechnung elektrischer Felder und magnetischer 24

25 Felder Potentialfunktionen Gradient Systemmatrix Symmetrieeigenschaften Ausnutzen von Symmetrieeigenschaften an Beispielen (mechanisch, elektrisch, magnetisch, thermisch) Nichtlinearitäten Geometrische Nichtlinearitäten Struktur Nichtlinearitäten Nichtlineares Materialverhalten Direkte Iteration, Newton Raphson-Methode Modifiziertes Newton-Raphson-Verfahren Lehrmethoden/-formen Vorlesung Übung Praktikum Leistungsnachweis Klausur Voraussetzungen Keine Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Vorlesung Übung Praktikum Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 30 Std. 15 Std. 15 Std. 90 Std. 25

26 Empfohlene Literatur Nathan Ida, J.P.A Bastos, Elektromagnetics and Calculation of Fields, Springer Verlag Adolf J.Schwab, Begriffwelt der Feldtheorie, Springer Verlag R.Paul, S. Paul, Repetitorium Elektrotechnik, Springer Verlag B. Klein, FEM Grundlagen und Anwendungen, Vieweg Verlag Betten, Finite Elemente für Ingenieure, Bd.1 Grundlagen, Springer Verlag Betten, Finite Elemente für Ingenieure, Bd. 2 Variationsrechnung Nichtlinearitäten, Springer Verlag G. Müller, C. Groth, FEM für Praktiker, Bd.1 Grundlagen, expert G. Müller, C. Groth, FEM für Praktiker, Bd.2 Temperaturfelder, expert G. Müller, C. Groth, FEM für Praktiker, Bd.4 Elektrotechnik, expert 26

27 Modulnummer 9M203 Modulbezeichnung Messung Optischer Größen und Spektroskopie Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr. rer. nat. Nickich Prof. Dr. rer. nat. Nickich Die Studierenden formulieren Sensoren und Verfahren der optischen Messtechnik. Sie analysieren mit optischen Messverfahren Systemkomponenten der Erneuerbaren Energien, insbesondere Photovoltaikmodule. Sie evaluieren Spezifizierungen optischer Parameter von PV Modulen und konzipieren in Forschungsprojekten neue Methoden der optischen Messtechnik. Die Studierenden analysieren Möglichkeiten, in welcher Weise optische Messverfahren auch in der Analytik von Pflanzen, Boden und Wasser effektiv einsetzbar sind. Modulinhalte Lehrmethoden/-formen Basiswissen über Optoelektronik Halbleiterphysik Aktoren und Detektoren Thermische und weitere nicht elektronische Sensoren LASER-, Leuchtdioden und OLEDs Fotowiderstand Fotodiode, Fototransistor Solarzelle, PV Modul CCD Sensoren Fotomultiplier Optosensoren Optokoppler Optische Analytik Optische und NIR Spektroskopie IR und NIR Kamerasysteme Zielparameter verschiedener Targetsysteme Proseminar 27

28 Projekt Leistungsnachweis Präsentation Klausur Voraussetzungen Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung Keine 150 Std./5 Credits Proseminar Projekt Vor- Nachbereitung Semester M1 oder M2 30 Std. 30 Std. 90 Std. Empfohlene Literatur Bergmann / Schäfer: Lehrbuch der Experimentalphysik Band 3: Optik, Gruyter Verlag, 10. Auflage, 2004 V. Quaschning, Regenerative Energiesysteme, Hanser Verlag, 6. Auflage, 2009, ISBN

29 Modulnummer 9M213 Modulbezeichnung Technologie der Solarthermie Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ing. Lambers Prof. Dr.-Ing. Lambers, Dibowski, Dipl.-Ing. Die Studierenden beschreiben die Funktionsweise von solarthermischen Kraftwerksvarianten und entwickeln technische und wirtschaftliche Optimierungsstrategien. Sie können Bauarten von Hochtemperaturkollektor- und Speichertechnologien charakterisieren und ihren Einsatz bei der Erstellung von Kraftwerkskonzepten beurteilen. Sie bewerten die wirtschaftliche und die technische Einbindung solarthermischer Kraftwerke in ein integriertes Energieversorgungssystem. Die Studierenden berechnen thermodynamische Kreisprozesse von Kraft- und Arbeitsmaschinen mit einer thermodynamischen Simulationssoftware. Im Rahmen dessen können sie mit Stoff- Zustands-Diagrammen umgehen, Zustandsänderungen einzeichnen und entsprechend mit der Software EES berechnen. Die Studierenden sind somit in der Lage, unterschiedliche thermodynamische Kreisprozessvarianten und insbesondere solarthermische Kraftwerksvarianten durch Berechnung hinsichtlich ihrer Energieeffizienz zu bewerten. Modulinhalte Konzentration von Solarstrahlung Aufbau von Hochtemperaturkollektoren Kennzahlen der Kollektorauslegung Thermodynamik eines Solarkraftwerkes einschließlich der Wärmebereitstellung, der Wärmespeicherung und dem Wasser- Dampfkreislauf unter Berücksichtigung transienten Systemverhaltens Umgang mit einer aktuellen Simulationssoftware wie z. B. Engineering Equation Solver (EES) oder Matlab Simulink Simulation von solarthermischen Kraftwerken 29

30 Lehrmethoden/-formen Leistungsnachweis Voraussetzungen Vorlesung, Übung/Simulation, Exkursion Bericht zur Simulation, schriftliche Prüfung Kenntnisse in der Technischen Thermodynamik, der Wärmeübertragung, der Strömungsmechanik Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Seminar/Vorlesung/Exkursion Übung/Simulation Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 30 Std. 60 Std. 60 Std. Empfohlene Literatur Thermodynamik - Grundlagen und technische Anwendungen, H.D. Baehr; Springer Verlag, ISBN Thermische Solarenergie - Grundlagen, Technologie, Anwendungen, R. Stieglitz, V. Heinzel; Springer Verlag, Solar Power Plants, C.J. Winter, R.L. Sizmann, Vant-Hull, L.L.; Springer Verlag, ISBN: Praxis Solarthermischer Kraftwerke, Mohr, M., Svoboda, P., Unger,H., Springer Verlag, ISBN: Solar Engineering of Thermal Processes, John A. Duffie, William Beckmann; John Wiley & Sons, ISBN :

31 Modulnummer 9M208 Modulbezeichnung Dezentrale Netzstrukturen Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr. Waffenschmidt Prof. Dr. Waffenschmidt Durch den wachsenden Anteil erneuerbarer Energien in den Stromnetzen gewinnen dezentrale Strukturen in den Netzen immer größere Bedeutung. Die Studierenden lernen daher zunächst die verschiedenen dezentralen Komponenten zukünftiger Netzstrukturen kennen und können weiterhin in die Lage versetzt werden die verschiedenen Methoden zum Betrieb und zur Regelung der Komponenten anwenden. Sie können Problemfelder analysieren und beurteilen, welche der möglichen Technologien für eine konkrete Anwendung zum Einsatz kommen sollte. Beispielsweise können die Studierenden eine Analyse der Lastsituation in einem Netz durchführen, eine etwaige Netzüberlastung erkennen und geeignete Maßnahmen zu einer Netzentlastung vorschlagen und beurteilen. Modulinhalte Regelung von dezentraler Einspeisung und Lasten Zentral gesteuert, z.b. als Virtuelle Kraftwerke Autonom geregelt durch Regelparameter, z.b. Dynamische Strompreise Wirkung von dezentralen Speichern auf die Netze Netzanschluss von Erneuerbaren E-Mobilität Smart Meter Funktion Motivation und Wirkung auf Netzbetrieb Kommunikationsarten Microgrids 31

32 Lehrmethoden/-formen Seminar Exkursion Praktikumsversuche Leistungsnachweis Vortrag Mündliche Prüfung Voraussetzungen Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung Keine 150 Std./5 Credits Seminar Projekt Exkursion Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 40 Std. 20 Std. 10 Std. 80 Std. Empfohlene Literatur "Abschätzung des Ausbaubedarfs in deutschen Verteilungsnetzen aufgrund von Photovoltaik- und Windeinspeisungen bis 2020", Gutachten im Auftrag des BDEW, Bonn/Aachen, 30. März 2011 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, VDE- Anwendungsregel VDE-AR-N 4105, Aug. 2011, verbindlich gültig ab Wolfgang Bartels, Frank Ehlers, Kurt Heidenreich, Ragnar Hüttner, Holger Kühn, Tim Meyer et al., "Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz - Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz", BDEW Bundesverband der Energieund Wasserwirtschaft e.v., Juni 2008 Walter Schittek, "Strom - fit für die Zukunft? Weniger Kraftwerke durch dynamischen Strompreis", Verlag Görich und Weiershäuser, Marburg, 2. Auflage, Nov. 2008, ISBN

33 Modulnummer 9M214 Modulbezeichnung Technologie der Energiespeicherung Credits 5 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr-Ing. Schneiders Prof. Dr-Ing. Schneiders Die Studierenden analysieren die Problematik der Energiespeicherung, insbesondere von elektrischer Energie und entwerfen im Team Ideen und Systeme für die Energiespeicherung. Die Studierenden evaluieren die betriebswirtschaftlichen, volkswirtschaftlichen, umwelttechnischen und gesellschaftlichen Auswirkungen bei der Implementierung diverser Systeme zur Energiespeicherung. Modulinhalte Physikalische Parameter von Energiespeichersystemen Lehrmethoden/-formen Speicherkomponenten für elektrische Energie Batteriearten Chemische Energiespeicher Mechanische Energiespeichersysteme Thermische Speichersysteme Wasserstofftechnologie Pumpspeicherwerke Hybridspeichersysteme Methan-Wasserstoff Effizienz diverser Systeme Proseminar Übung Exkursion Leistungsnachweis Präsentation Mündliche Prüfung Voraussetzungen Keine 33

34 Workload (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung 150 Std./5 Credits Proseminar Übung Exkursion Vor- und Nachbereitung Semester M1 oder M2 30 Std. 20 Std. 10 Std. 90 Std. Empfohlene Literatur Energiespeicher: Grundlagen, Komponenten, Systeme und Anwendungen, Rummich, Erich, Expert Verlag, 2009, ISBN-13:

35 Modulnummer 9M216 Modulbezeichnung Hochspannungsübertragungstechnik Credits 30 Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ing. Humpert Prof. Dr.-Ing. Humpert Die Studierenden verstehen die aktuellen Technologien bei der Übertragung elektrischer Energie im Hochspannungsbereich. Sie analysieren die Vor- und Nachteile von AC- und DC- Übertragungssystemen und entscheiden über den Einsatz entsprechender Anlagen für verschiedene Anwendungen. Die Studierenden fassen die wesentlichen technischen Anforderungen an Hochspannungs-Übertragungssystemen zusammen. Sie planen und führen einfache Hochspannungsprüfungen durch. Die Studierenden beurteilen neben den technischen, die betriebswirtschaftlichen, gesellschaftlichen und politischen Aspekte aktueller und möglicher zukünftiger Lösungen für die Übertragungstechnik Modulinhalte Flexible AC Übertragungssysteme (FACTS) Hochspannungsschaltanlagen und geräte (AC) Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) HGÜ-Netze Mögliche Lösungen zum Abschalten von Gleichströmen im HGÜ- Netz Supraleitende Übertragungsstrecken und Strombegrenzer Entstehung und Begrenzung von Überspannungen Wanderwellenausbreitung Prüfanforderungen für Komponenten der Hochspannungsübertragungstechnik Erzeugung und Messung hoher Prüfspannungen Diagnostik im Betrieb 35

36 Lehrmethoden/-formen Vorlesung Übung Praktikum Exkursion Leistungsnachweis Klausur Bericht Voraussetzungen Workload (30 Std./Credit) Keine 150 Std./5 Credits Vorlesung Übung Praktikum Projektarbeit Vor- und Nachbearbeitung 30 Std. 15 Std. 10 Std. 20 Std. 75 Std. Empfohlene Einordnung 1./2. Semester im Master Erneuerbare Energien Empfohlene Literatur Küchler, Andreas: Hochspannungstechnik, Grundlagen Technologie Anwendung, Springer-Verlag, 29. Juni 2009, 3. neu bearbeitete Auflage, ISBN

37 Modulnummer 9M219 Modulbezeichnung Masterarbeit und Kolloquium, einschließlich einer öffentlichen Präsentation im Masterseminar Credits Verantwortlicher Dozenten Modulziele Prof. Dr.-Ulf Blieske Dozenten und Dozentinnen des Masterstudiengangs Erneuerbare Energien Die Studierenden bearbeiten selbstständig innerhalb einer vorgegebenen Frist eine gestellte ingenieurswissenschaftliche Aufgabe aus dem Fachgebiet der Erneuerbaren Energien und stellen die Ergebnisse klar und verständlich nach wissenschaftlichen Kriterien dar. Sie leisten dabei einen Transfer und erweitern den Stand der Wissenschaft und Technik. Nach dem Besuch des Masterseminars können die Studierenden Trends und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Erneuerbaren Energien nennen und diese mit den übrigen Ingenieurwissenschaften verknüpfen. Im Masterkolloquium begründen die Studierenden mündlich und selbstständig die fachlichen Grundlagen, die angewandten Methoden, die Auswertung und die Ergebnisse ihrer Masterarbeit. Sie erläutern fachübergreifende Zusammenhänge und außerfachliche Bezüge. Modulinhalte Masterarbeit Die Masterarbeiten bestehen aus der eigenständigen Bearbeitung einer ingenieurswissenschaftlichen Aufgabe aus dem Gebiet der Erneuerbaren Energien sowie aus der schriftlichen Darstellung der angewandten wissenschaftlichen Methoden und Ergebnisse. Die Masterarbeiten umfassen Aspekte der aktuellen Forschungsaktivitäten der am Kompetenzzentrum aktiven Arbeitsgruppen. Die Studierenden sind damit ein tragender Teil der angewandten Forschung und damit direkt in die Forschungsarbeit eingebunden. 37

38 Masterseminar: Vortrag: Fortschrittsbericht zur Masterarbeit. Lehrmethoden/-formen Masterarbeit: Forschendes Lernen. Eigenständige Projektarbeit aus dem Bereich der Ingenieurwissenschaften, in der Regel allein durch einen Professor / eine Professorin angeleitet. Masterseminar: Präsentation Leistungsnachweis Abschlussarbeit Präsentation mündliche Prüfung (Kolloquium) Voraussetzungen Workload gemäß Prüfungsordnung 900 Std./30 Credits (30 Std./Credit) Empfohlene Einordnung Masterarbeit Masterseminar Kolloquium Semester M3 780 Std. 60 Std. (davon 24 Std. Präsenz) 60 Std. Empfohlene Literatur Wissenschaftliche Fachliteratur, Recherche z.b. über: 38