MODULHANDBUCH. CAS-Modul Energieelektronik. Freiräume für wissenschaftliche Weiterbildung. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

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1 Freiräume für wissenschaftliche Weiterbildung MODULHANDBUCH CAS-Modul Energieelektronik Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE In Kooperation mit

2 Modulhandbuch CAS Energieelektronik Jeanette Kristin Weichler, M.Sc. Annina Pichler Teilprojekt 8 Energiesystemtechnik Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Freiburg i. Br., März 2014 weiterbildung@ise.fraunhofer.de Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und aus dem Europäischen Sozialfonds der Europäischen Union gefördert. Der Europäische Sozialfonds ist das zentrale arbeitsmarktpolitische Förderinstrument der Europäischen Union. Er leistet einen Beitrag zur Entwicklung der Beschäftigung durch Förderung der Beschäftigungsfähigkeit, des Unternehmergeistes, der Anpassungsfähigkeit sowie der Chancengleichheit und der Investition in die Humanressourcen. 2

3 Inhalt 1. Funktion des Modulhandbuchs Projektvorstellung Das Verbundprojekt Das Teilvorhaben des Fraunhofer ISE Die Lernplattform ILIAS Das CAS-Modul Energieelektronik Geplanter Modulverlaufsplan Lehrziele des Moduls Energieelektronik Aufbau der einzelnen Lerneinheiten Organisatorische Modalitäten Leistungspunkte (Credit Points, CP) Stundeneinteilung Vorkenntnisse Gesamtübersicht über das CAS-Modul Energieelektronik Untergliederung des Moduls Anhang Abbildungsverzeichnis

4 1. Funktion des Modulhandbuchs Zu jedem Studienfach wird eine Handreichung entwickelt, in der sich sowohl Lehrende als auch Lernende aus zwei verschiedenen Blickwinkeln über den Studiengang und dessen Ziele informieren können. Da der Zertifikats-Studiengang Energiesystemtechnik im Blended Learning- Konzept präsentiert wird und die dozierenden Lernbegleiter in der Entwicklung des Studiengangs inhaltlich involviert sind, wird das vorliegende Modulhandbuch vor allem für die Seminarteilnehmenden informativen Charakter aufweisen. Neben Informationen über die inhaltlichen Aspekte, wird eine konkrete Einteilung der Lerneinheiten und der Prüfungsmodalitäten gegeben. Der methodische Ansatz ist in Blended Learning-Konzepten von großer Bedeutung, da er neben der Motivationserhaltung auch für einen nachhaltigen und effektiven Lernprozess zuständig ist. Deshalb soll im Rahmen des vorliegenden Modulhandbuchs der genaue Verlaufsplan jeder Lerneinheit vorgestellt werden inklusive der geplanten methodischen Umsetzungen, damit ein realistisches Abbild des Weiterbildungsmoduls Energieelektronik geschaffen werden kann. 4

5 2. Projektvorstellung 2.1 Das Verbundprojekt Das Projekt Freiräume für wissenschaftliche Weiterbildung Windows for Continuing Education, in dem der Zertifikats-Studiengang Energiesystemtechnik angesiedelt ist, ist ein Verbundprojekt zwischen der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, dem Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI und der Fraunhofer Academy. Innerhalb des Programms des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) Aufstieg durch Bildung: offene Hochschulen wird das Verbundprojekt gefördert; die Koordination obliegt der Freiburger Akademie für Universitäre Weiterbildung (FRAUW). Folgende Ziele des Verbundprojektes wurden festgehalten und werden langfristig verfolgt: Die Entwicklung eines modular aufgebauten und inhaltlich weit gefächerten wissenschaftlichen Weiterbildungsangebots (in Anlehnung an das Baukastenprinzip der Swissuni). Die Entwicklung und Erprobung eines forschungsbasierten und bedarfsorientierten Angebots wissenschaftlicher Weiterbildung, die eng mit der Forschung und Entwicklung verknüpft ist und mittels der Freiburger Academy of Science and Technology (FAST) realisiert werden soll. Abbildung 1: Baukastenprinzip, das dem Projekt "Freiräume ür wissenschafltiche Weiterbildung - Windows for Continuing Education" zugrunde liegt Basierend auf der Kooperation zwischen der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg ( und der Swissuni ( liegt der Entwicklung der modular aufgebauten Weiterbildungsangebote eine Anlehnung an das anerkannte Baukastenprinzip der Universitären Weiterbildung der Schweiz, Swissuni, zugrunde. Die Weiterbildungsanschlüsse werden nach etablierten Qualitätsstandards und Formaten gestaltet. Die vorhandenen Module können bausteinartig miteinander kombiniert werden und führen zu den Weiterbildungsabschlüssen Certificate of Advanced Studies (CAS) Diploma of Advanced Studies (DAS) Um ein Weiterbildungs-Zertifikat zu erhalten, können die Studierenden zwei Kurse (10 CP) aus einer zugelassenen Profillinie zu einem CAS kombinieren; drei CAS ergeben ein DAS. Eine große Handlungs- und Entscheidungsfreiheit in der Kurswahl gegenüber den Studierenden ermöglicht die Weiterbildung in vielen unterschiedlichen Bereichen. 5

6 2.2 Das Teilvorhaben des Fraunhofer ISE Der erhöhte Fachkräftemangel in den MINT-Berufen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft, Technik), vor allem im Bereich der hochaktuellen Thematiken Energiespeicher, Intelligente Energienetze und Energieelektronik, veranlasste und bestätigte das Fraunhofer ISE an der Partizipation des Projektes. Im Teilvorhaben Energiesystemtechnik entwickelt das Fraunhofer ISE praxis- und forschungsnahe Weiterbildungsmodule. Durch eine Zielgruppenanalyse kristallisierten sich zwei Personengruppen heraus, die das Weiterbildungsangebot Energiesystemtechnik ansprechen soll: Zielgruppe 1a (ZG 1a) Hochschulabsolventen mit Bachelor-Abschluss in einem MINT-Studiengang Zielgruppe 1b (ZG 1b) Auszubildende mit Meisterdiplom/-brief aus dem MINT-Bereich Zielgruppe 1c (ZG 1c) Staatlich geprüfte Absolventen aus dem technischen Bereich Des Weiteren ist eine mindestens zweijährige Berufserfahrung im MINT-Bereich Voraussetzung für die Zulassung zur Teilnahme des Zertifikats-Studiengangs Energiesystemtechnik. Die Vermittlung der Lerninhalte geschieht im Blended Learning-Konzept mit einem hohen Anteil von Online-Phasen. Während der Online-Phasen werden die Teilnehmenden tutoriell in ihrem Lernprozess unterstützt und begleitet. Zusätzlich finden neben der Online-Betreuung Online-Meetings, Online- Selbsttests und Online-Diskussionsrunden statt. Eine derartige Umsetzung des Weiterbildungsangebots hat zum einen die Vereinbarkeit von Beruf, Familie und Weiterbildung zum Ziel. Zum anderen soll dieses Konzept den Teilnehmenden eine möglichst große Flexibilität im individuellen Lernprozess ermöglichen. 6

7 Folgende Modulstruktur liegt dem Zertifikats-Studiengang Energiesystemtechnik zugrunde: Abbildung 2: Schematische Darstellung der Modulstruktur des DAS-Weiterbildungsstudiengangs Energiesystemtechnik mit Angabe der CP-Punkte 7

8 3. Die Lernplattform ILIAS Die Lernplattform, auf der der Online-Studiengang Energiesystemtechnik implementiert und präsentiert wird, ist die Open Source-Software ILIAS (Integriertes Lern-, Informations- und Arbeitskooperationssystem). ILIAS hat sich im deutschsprachigen Raum weit verbreitet: Viele Universitäten und Hochschulen arbeiten flächendeckend mit der Software, um den Studierenden Material und Informationen zur Verfügung stellen zu können, aber auch in Unternehmen wird ILIAS im Rahmen von Trainingssystemen zur Mitarbeiterfortbildung genutzt. Seit dem Entwicklungsstart 1997 (seit 2000 Open-Source-Software) wurden sowohl die möglichen Funktionen als auch die Anwendungsmöglichkeiten in Zusammenarbeit mit mehreren Hochschulen überarbeitet und erweitert. Heute hat ILIAS ein großes Spektrum an Funktionen, die das E-Learning abwechslungsreich und motivationserhaltend gestalten. Neben Diskussionsforen, Glossaren, Wikis, Bibliotheken, Mails und Chats können Etherpads genutzt und Gruppen innerhalb des Seminars gebildet werden 1. Des Weiteren besteht für die Seminarteilnehmenden die Möglichkeit mittels mobiler Endgeräte auf die ILIAS-Lernplattform zuzugreifen. 1 Siehe auch: Kunkel, Matthias: Das offizielle ILIAS 4-Praxisbuch: Gemeinsam online lernen, arbeiten und kommunizieren, München: Addison-Wesley Verlag,

9 4. Das CAS-Modul Energieelektronik Das CAS-Modul Energieelektronik hat diejenigen Technologien zum Thema, die in der Energieversorgung eingesetzt werden, um Energie verlustarm umzuformen, zu steuern und transportieren zu können. Der Begriff Energieelektronik setzt sich aus folgenden drei Gebieten zusammen: der elektrischen Energietechnik, der Leistungselektronik und der Informations- und Kommunikationstechnologie. Im Kontext der Energiewende und des Wandels von einem zentralen Stromnetz zu einer dezentralen Vernetzung ist der Bereich der Energieelektronik hochaktuell. Interessierten wird hiermit ein tiefgehender und forschungsnaher Einblick in die Umsetzung energieeffizienter und verlustarmer Energietransporte und deren technisch-physikalische Realisierung geboten. Den Studierenden soll neben theoretischen Grundlagen vor allem der praktische Einsatz der Energieelektronik im Alltag nahe gebracht werden. Beispielsweise kommt der Energieelektronik sowohl in großen Photovoltaik-Anlagen als auch in Windkraftanlagen oder Hochspannungs- Gleichstromübertragungsnetzen eine wichtige Rolle zu und soll innerhalb des Moduls behandelt werden. 9

10 5. Geplanter Modulverlaufsplan Die zeitgleiche Konzeption des Moduls Energieelektronik und des Moduls Intelligente Energienetze legten thematische Überschneidungen dar, die zu folgendem Verlauf beider Module führten: Abbildung 3: Übersicht des Modulverlaufs Zu Beginn der CAS-Module Intelligente Energienetze und Energieelektronik steht eine gemeinsame Präsenzphase, um einen fachlichen Einstieg in die Energieversorgung und den Aufbau der Elektroenergiesysteme zu erhalten. Des Weiteren dient die erste Präsenzphase der Bildung eines sozialen Netzwerkes zwischen Dozierenden und Teilnehmenden einerseits und andererseits den Teilnehmenden untereinander, sowie einer technischen Einweisung in die Online-Umgebung. Daran schließt sich für beide Module parallel eine circa zweiwöchige, erstmalige Online-Phase an, in der physikalische Grundlagen ( Wechsel- und Drehstrom ) behandelt werden. Das sich der ersten Online-Phase anschließende Online-Meeting dient dazu eine Erfolgskontrolle über die ersten zwei geleisteten Einheiten abzulegen, technische Schwierigkeiten nach der zweiwöchigen Erprobungsphase klären zu können und erste Erfahrungsberichte der Studierenden zu sammeln. Daran anschließend spezialisieren sich die jeweiligen Module auf die Schwerpunkte Energieelektronik oder Intelligente Energienetze. Modulübergreifende Arbeitsschritte sind derzeit noch nicht in Planung. Die schriftliche Modulabschlussklausur wird im Rahmen einer finalen Präsenzveranstaltung absolviert. Des Weiteren treffen beide Module für eine abschließende Projektarbeit aufeinander, in der in Kleingruppen Präsentationen erstellt werden, die im Plenum vorgetragen werden und einen Teil der Abschlussnote ausmachen. Bei Bedarf wird die Projektarbeit als eine modulübergreifende Veranstaltung geplant. 10

11 6. Lehrziele des Moduls Energieelektronik Die Lernenden erlangen ein Grundverständnis über die Schaltungen der Leistungselektronik. Die Lernenden übertragen die gelernten Grundkenntnisse auf die Betriebsmittel aus der Leistungselektronik und auf die Anwendungen der Leistungselektronik. Die Lernenden erarbeiten sich einen Überblick über aktuelle Entwicklungen im Bereich der Energieelektronik. Die Lernenden entwickeln einen Blick für die Herausforderungen an die Leistungselektronik innerhalb der Entwicklung vom zentralen zum dezentralen Stromnetz. 11

12 7. Aufbau der einzelnen Lerneinheiten Da das Modul Energieelektronik auf dem Konzept des Lernen in Zyklen 2 basiert, unterliegt jede Lerneinheit einer identischen Struktur: Die in das Modul einführende Motivation steht zu Beginn jeder Lerneinheit und fasst kurz zusammen, welche Inhalte in der folgenden Lerneinheit vermittelt werden. Eine Auflistung der E-Lectures schließt sich an den einleitenden Text an. Die E-Lectures können in beliebiger Reihenfolge bearbeitet werden. Die Übungsaufgaben wiederholen und vertiefen das in den E-Lectures Gelernte mittels verschiedener Aufgabenformen (beispielsweise Beteiligung an einer Forumsdiskussion, Verfassen von Glossar- oder Wikieinträgen, Bearbeitung von Übungsaufgaben) Der abschließende Selbsttest zu jeder Lerneinheit dient sowohl den Lernenden als auch den Lehrenden zur Rückmeldung über die absolvierte Lerneinheit Des Weiteren werden den Lernenden drei verschiedene Literaturhinweise zur Verfügung gestellt: Die Pflichtliteratur muss zum Verständnis der Lerneinheit gelesen werden. Die empfohlene Literatur dient dazu das Gelernte zu vertiefen und nachhaltig zu festigen. Die weiterführende Literatur dient dazu interessierten und persönlich motivierten Lernenden weitere Möglichkeiten der Interessensausbildung zu bieten. Den Teilnehmenden wird empfohlen das Modul in der vorgegebenen Struktur zu durchlaufen. Für die Teilnehmenden ist es bei Bedarf möglich den Ablauf umzustrukturieren. Allerdings ist bei einer individuellen Umorganisation der Lerneinheiten durch den Lernenden zu beachten, dass somit Inhalte aus dem Kontext gerissen werden, die aufeinander aufbauende Anordnung verloren geht und dadurch ein lückenloser Lernprozess nicht mehr gegeben sein kann. 2 Das Konzept des Lernen in Zyklen sieht bei jedem problemorientierten Lernprozess den gleichen Ablauf vor: Konfrontation mit einem Einstiegsproblem, Ideenproduktion, multiple Perspektivenbetrachtung, Recherche, Selbstevaluation und öffentliche Darstellung. Eine stetige Reflexion flankiert den Lernprozess. vgl. G. Reinmann und H. Mandl, Unterrichten und Lernumgebungen gestalten, in Pädagogische Psychologie: ein Lehrbuch / Andreas Krapp ; Bernd Weidenmann (Hrsg.), Weinheim ; Basel, Beltz, PVU, 2006, pp

13 8. Organisatorische Modalitäten 8.1 Leistungspunkte (Credit Points, CP) Insgesamt ergibt das CAS-Modul 10 CP, wobei 1 CP einem Arbeitsaufwand von 30 Stunden entspricht. In der folgenden Darstellung ist die Verteilung der 10 CP aufgeschlüsselt: 8.2 Stundeneinteilung Das gesamte Modul umfasst einen Arbeitsumfang von 300 Arbeitsstunden, die sich auf einen Zeitraum von sechs Monaten verteilen. Im Modulhandbuch wird zwischen der Folienerarbeitungszeit (FEZ; Bearbeitung der Folien) und der Selbsterarbeitungszeit (SEZ; Bearbeitung der gestellten Aufgaben) unterschieden. Die Folienerarbeitungszeit beschreibt den zeitlichen Umfang der inhaltlichen Arbeit mit Hilfe der zur Verfügung gestellten E-Lectures. Die angegebene Selbsterarbeitungszeit gibt eine zeitliche Orientierung an, in der die Inhalte des Moduls mittels Lernmethoden vertieft werden sollen. 8.3 Vorkenntnisse Der Zertifikats-Studiengang Energiesystemtechnik setzt Vorkenntnisse in Mathematik (Termumformungen, Aufstellen von Matrizen und Lösung von Gleichungssystemen) und Physik (Berechnungen von Gleichstromkreisen) voraus, die ohne Vorbereitung oder Einleitung eingesetzt werden. Im Zuge dessen sind ein mathematischer und ein physikalischer Vorkurs in Planung, die freiwillig und nach eigenem Ermessen der Kursteilnehmenden belegt werden können, um länger zurückliegende Wissensinhalte aufzufrischen. 13

14 ANMERKUNG Das vorliegende Modulhandbuch bietet eine detaillierte Übersicht über die geplanten Inhalte, Methoden und Erfolgskontrollen, erhebt allerdings nicht den Anspruch auf Vollständigkeit. Des Weiteren bleiben Abänderungen den veranstaltenden Verantwortlichen vorbehalten. 14

15 9. Gesamtübersicht über das CAS-Modul Energieelektronik NAME ZEITAUFWAND PRÄSENZPHASE (PP)/ ONLINE PHASE (OP) LERN- EINHEIT SEITEN- ZAHL 1 Grundlagen der Energieversorgung Vortragslänge: 3 h Gruppenaufträge: 3 h Präsentation: 2 h PP 17 2 Physikalische Grundlagen FEZ: 3 h SEZ: 4 h Erfolgskontrolle: 2 h OP 18 3 Einführung in die Energie- und Leistungselektronik FEZ: 1 h SEZ: 2 h OP 19 4 Passive Bauelemente der Leistungselektronik FEZ: 4 h SEZ: 11 h OP 20 5 Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik I FEZ: 4 SEZ: 11 h OP 21 6 Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik II FEZ: 4 h SEZ: 12 h OP 22 7 Stromrichterarten und Zwischenspeicher FEZ: 3 h SEZ: 11 h OP 24 8 Gleichspannungswandler I FEZ: 2 h SEZ: 13 h OP 25 9 Gleichspannungswandler II FEZ: 2 h SEZ: 13 h OP Gleichspannungswandler III FEZ: 1,5 h SEZ: 12 h OP Wechselrichter I FEZ: 2 h SEZ: 13 h OP Wechselrichter II FEZ: 1,5 h SEZ: 14 h OP Wechselrichter III FEZ: 2 h SEZ: 14 h OP Gleichrichter I FEZ: 3 h SEZ: 7 h OP Gleichrichter II FEZ: 3 h SEZ: 7 h OP Wechselspannungswandler FEZ: 3 h SEZ: 7 h OP 35 15

16 17 Hochspannungs- Gleichstromüber-tragung FEZ: 3 h SEZ: 15 h OP FACTS FEZ: 4 h SEZ: 16 h OP Einsatz der Leistungselektronik in der Elektromobilität FEZ: 4 h SEZ: 12 h OP Synchronmaschine FEZ: 3 h SEZ: 15 h OP Asynchronmaschine FEZ: 3 h SEZ: 15 h OP Aktuelle Projekte Gruppenaufträge: 5 h Diskussion: 2 h Abschlussklausur: 3 h PP 41 16

17 10. Untergliederung des Moduls 1. L e r n e i n h e i t Einführung in die Energieversorgung Vortragslänge: 3 h Gruppenaufträge: 3 h Präsentation: 2 h keine Gemeinsame Präsenzphase mit dem Modul Intelligente Energienetze LEHRINHALTE Grundlagen der Energieversorgung LEHRZIEL Die Studierenden erlangen ein Grundverständnis über die Komponenten der Energieerzeugung, des Energietransports und erneuerbare Energien. I. Vortrag II. Ausarbeitung eines Arbeitsauftrags in Kleingruppen III. Präsentation der Ergebnisse im Plenum ERFOLGSKONTROLLE Bewertung des Vortrags im Plenum LITERATURANGABE Schwab, Adolf J.: Elektroenergiesysteme, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag,

18 2. L e r n e i n h e i t Wechsel- und Drehstrom FEZ: 3 h SEZ: 4 h Erfolgskontrolle: 2 h Mathematischer Vorkurs, Physikalischer Vorkurs Zweiwöchige Online-Phase LEHRINHALTE Physikalische Grundlagen LEHRZIEL Die Studierenden geben die Grundlagen des Wechsel- und des Drehstrom wieder, d.h. sie sind in der Lage gewünschte Komponenten aus Schaltkreisen zu berechnen. Die Studierenden erfassen den Zusammenhang zwischen der gelernten Theorie und der Praxis. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. rechnerische und verständnisbasierte Übungen IV. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Demtröder, Wolfgang: Experimentalphysik 2: Elektrizität und Optik, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag,

19 3. L e r n e i n h e i t Einführung in die Energie- und Leistungselektronik FEZ: 1 h SEZ: 2 h keine Online-Phase LEHRINHALTE 1. Einführung in das Modul Energieelektronik 2. Grundschaltungen der Leistungselektronik 2.1. Motivation LEHRZIEL Die Studierenden können den Begriff Energieelektronik definieren. Die Studierenden erfassen die Ziele des Moduls Energieelektronik. Die Studierenden entwickeln ein Grundverständnis für die Thematik Energieelektronik. Die Studierenden lernen die Leistungselektronik als Teil der Elektrotechnik kennen. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Verfassen von Glossareinträgen, Bearbeiten von aktuellen Texten IV. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Bewertung des Glossareintrags LITERATURANGABE Keine 19

20 4. L e r n e i n h e i t Passive Bauelemente der Leistungselektronik FEZ: 4 h SEZ: 11 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE 2.1. Bauelemente Passive Bauelemente (Drossel, Transformator, Kondensator) LEHRZIEL Die Studierenden erläutern den Aufbau, die Funktionsweise und die Einsatzgebiete der passiven Bauelemente. Die Studierenden erfassen die Aufgabe der passiven Bauelemente in der Leistungselektronik. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Rechnerische Übungen, Verfassen von Glossareinträgen IV. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 20

21 5. L e r n e i n h e i t Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik I FEZ: 4 h SEZ: 11 h Bändermodell, Halbleiter Online-Phase LEHRINHALTE Halbleiterbauelemente (Diode, Thyristor) LEHRZIEL Die Studierenden beschreiben den Aufbau und die Funktionsweise der Diode und des Thyristors. Die Studierenden unterscheiden zwischen idealer und realer Diode. Die Studierenden erfassen den Thyristor als steuerbares Halbleiterbauelement. Die Studierenden können die Kennlinien der Diode und des Thyristors erläutern. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Übungsaufgaben (Auswertung von Schaltbildern) IV. Glossareinträge V. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 21

22 6. L e r n e i n h e i t Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik II FEZ: 4 h SEZ: 12 h Halbleiter Online-Phase LEHRINHALTE Schalter (Transistor, MOSFET, IGBT) LEHRZIEL Die Studierenden unterscheiden zwischen idealen und realen Schaltern. Die Studierenden erfassen die Anforderungen, die die Leistungselektronik an Schalter stellt und erläutern deren Erfüllung in Halbleiterbauelementen. Die Studierenden können zwischen aktiven und passiven Schaltern unterscheiden; ebenso kann unterscheiden werden zwischen einschaltbaren Schaltern und zwischen ein- und ausschaltbaren Schaltern. Die Studierenden erfassen Transistoren als Schalter. Die Studierenden unterscheiden zwischen Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. Die Studierenden erläutern den Aufbau und die Funktionsweise des Transistors, ebenso die Kennlinie des Transistors. Die Studierenden kennen bestimmte Eigenschaften des MOSFETs und des IGBTs. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Entwerfen eines Überblicks über jedes vorgestellte Halbleiterbauteil, Kennliniendiskussion IV. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) 22

23 ERFOLGSKONTROLLE Auswertung der angefertigten Überblicke LITERATURANGABE Keine 23

24 7. L e r n e i n h e i t Stromrichterarten und Zwischenspeicher FEZ: 3 h SEZ: 11 h keine Online-Phase LEHRINHALTE 2.3. Überblick über die Stromrichterarten 2.4. Zwischenspeicher LEHRZIEL Die Studierenden können die Stromrichterarten wiedergeben. Die Studierenden beobachten den Einsatz der Stromrichter im Alltag anhand konkreter Beispiele (HGÜ, Windkraft, Lokomotiven). Die Studierenden trennen zwischen selbstgeführten und fremdgeführten Stromrichterarten. Die Studierenden definieren Zwischenspeicher und erläutern die Funktion induktiver und kapazitiver Zwischenspeicher. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Analyse eines Alltagsbeispiels IV. Austausch im Forum V. Beginn der Gestaltung des Wikis VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum LITERATURANGABE Keine 24

25 8. L e r n e i n h e i t Gleichspannungswandler I FEZ: 2 h SEZ: 13 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE 2.5. Gleichspannungswandler Motivation Abwärtswandler LEHRZIEL Die Studierenden erfassen die Aufgabe der Gleichspannungswandler und nennen deren Einsatzgebiete. Die Studierenden können die Grundschaltung des Abwärtswandlers wiedergeben. Die Studierenden realisieren die schalttechnische Umsetzung des Abwärtswandlers. Die Studierenden schildern den Spannungs- und Stromverlauf des Abwärtswandlers. Die Studierenden berechnen die Stromwelligkeit und die Ausgangsspannung des Abwärtswandlers. Die Studierenden ermitteln die Dimensionierung des Ausgangskondensators. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) 25

26 ERFOLGSKONTROLLE Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABEN Keine 26

27 9. L e r n e i n h e i t Gleichspannungswandler II FEZ: 2 h SEZ: 13 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE Aufwärtswandler LEHRZIEL Die Studierenden erkennen den Zusammenhang zwischen dem Abwärts- und Aufwärtswandler. Die Studierenden können die Grundschaltung des Aufwärtswandlers wiedergeben. Die Studierenden realisieren die schalttechnische Umsetzung des Aufwärtswandlers. Die Studierenden schildern den Spannungs- und Stromverlauf des Aufwärtswandlers. Die Studierenden berechnen die Stromwelligkeit und die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 27

28 10. L e r n e i n h e i t Gleichspannungswandler III FEZ: 1,5 h SEZ: 12 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE Halbbrücke LEHRZIEL Die Studierenden erfassen die Grundschaltung der Halbbrücke und deren Eigenschaften. Die Studierenden begreifen den Unterschied zwischen Abwärts- /Aufwärtswandler und der Halbbrücke. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 28

29 11. L e r n e i n h e i t Wechselrichter I FEZ: 2 h SEZ: 13 h keine Online-Phase LEHRINHALTE 2.6. Wechselrichter Motivation Netzgeführte Wechselrichter Selbstgeführte Wechselrichter LEHRZIEL Die Studierenden erfassen die Funktion von Wechselrichtern und erfassen die Aktualität der Thematik. Die Studierenden unterscheiden zwischen netzgeführten und selbstgeführten Wechselrichtern. Die Studierenden definieren den Steuerwinkel. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABEN Keine 29

30 12. L e r n e i n h e i t Wechselrichter II FEZ: 1,5 h SEZ: 14 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE Halbbrücke mit geteilter Spannungsquelle LEHRZIEL Die Studierenden beschreiben die Grundschaltung und deren Elemente. Die Studierenden geben den Strom- und Spannungsverlauf wieder. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 30

31 13. L e r n e i n h e i t Wechselrichter III FEZ: 2 h SEZ: 14 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE Vollbrücke Wirkungsgradverlauf in Abhängigkeit von der Belastung LEHRZIEL Die Studierenden erfassen die Grundschaltung und sind in der Lage Berechnungen durchzuführen. Die Studierenden unterscheiden zwischen den Moden: Schalter ist eingeschaltet und Schalter ist stromführend. Die Studierenden skizzieren Spannungsverläufe der Vollbrücke. Die Studierenden erforschen den Wirkungsgradverlauf von PV- Wechselrichtern. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 31

32 14. L e r n e i n h e i t Gleichrichter I FEZ: 3 h SEZ: 7 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE 2.7. Gleichrichter Motivation Ungesteuerter Gleichrichter Ungesteuerter Brückengleichrichter LEHRZIEL Die Studierenden erfassen die Aufgabe von Gleichrichtern. Die Studierenden erläutern die Grundschaltungen des ungesteuerten Gleichrichters und des ungesteuerten Brückengleichrichters. Die Studierenden wenden ihr Wissen über die kapazitive und induktive Glättung an. Die Studierenden wird der Unterschied zwischen gesteuerten und ungesteuerten Schaltungen bewusst. Die Studierenden berechnen den Mittelwert der Ausgangsspannung. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) 32

33 ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 33

34 15. L e r n e i n h e i t Gleichrichter II FEZ: 3 h SEZ: 7 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE Gesteuerter Brückengleichrichter LEHRZIEL Die Studierenden erläutern die Grundschaltung und die Funktion der jeweiligen Elemente. Die Studierende berechnen Gleichspannungen mithilfe des Steuerwinkels. Die Studierenden bringen ihr Wissen über kapazitive und induktive Glättung ein. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 34

35 16. L e r n e i n h e i t Wechselspannungswandler FEZ: 3 h SEZ: 7 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE 2.7. Wechselspannungswandler 2.8. Blindleistungskompensation LEHRZIEL Die Studierenden erfassen die Funktionsweise von Wechselspannungswandlern und erkennen diese im Alltag wieder. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Rechnerische Übungen IV. Verfassen von Glossareinträgen V. Diskussion in Foren VI. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 35

36 17. L e r n e i n h e i t Hochspannungs-Gleichstromübertragung FEZ: 3 h SEZ: 15 h Grundverständnis vorangegangenen Kapitels Grundschaltungen Leistungselektronik des der Online-Phase LEHRINHALTE 3. Anwendungen der LE, bzw. Betriebsmittel aus der LE 3.1. HGÜ LEHRZIEL Die Studierenden erlangen in einen Einblick in die Anwendung der Leistungselektronik und Betriebsmittel aus der Leistungselektronik Bezug nehmend auf das Thema Energieelektronik. Die Studierenden erarbeiten am Beispiel der HGÜs den Einsatz der Leistungselektronik. Die Studierenden entwickeln ein Gesamtverständnis des Energietransports über weite Strecken. I. Einführende Motivation II. E-Lectures (Bearbeitung besprochener Folien) III. Analyse eines Realbeispiels IV. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme am Selbsttest LITERATURANGABE Keine 36

37 18. L e r n e i n h e i t FACTS FEZ: 4 h SEZ: 16 h Physikvorkurs Online-Phase LEHRINHALTE 3.2. FACTS (Zeitpuffer) LEHRZIEL Die Studierenden erfassen den Vorteil, den die FACTS bedeuten. Die Studierenden stellen konventionelle Lösungen FACTS gegenüber. Die Studierenden unterscheiden zwischen parallelen, seriellen und kombinierten Schaltungen. Die Studierenden transferieren das Wissen der vorigen Lerneinheit auf FACTS im Bereich der HGÜs. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Bearbeitung von Zuordnungen IV. Erstellen einer Übersicht über die verschiedenen FACTS V. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Bearbeitung der Zuordnungen, Abgabe der Übersicht über die verschiedenen FACTS LITERATURANGABE Keine 37

38 19. L e r n e i n h e i t Einsatz der Leistungselektronik in der Elektromobilität FEZ: 4 h SEZ: 12 h Grundverständnis vorangegangenen Kapitels Grundschaltungen Leistungselektronik des der Online-Phase LEHRINHALTE 3.3. Elektromobilität LEHRZIEL Die Studierenden erfassen den Bereich der Leistungselektronik im Bereich der Elektromobilität und fügen ihr Wissen anhand des aktuellen Beispiels zusammen. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Austausch im Forum IV. Analyse eines aktuellen Realbeispiels V. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Teilnahme an der Diskussion im Forum LITERATURANGABE Keine 38

39 20. L e r n e i n h e i t Synchronmaschine FEZ: 3 h SEZ: 15 h Grundverständnis vorangegangenen Kapitels Grundschaltungen Leistungselektronik des der Online-Phase LEHRINHALTE 3.4. Elektromotorische Antriebe Drehstrom-Synchronmaschine LEHRZIEL Die Studierenden benennen den Aufbau und die Funktionsweise der Drehstrom-Synchronmaschine. Die Studierenden unterscheiden zwischen dem Betriebszustand Motorbetrieb und dem Betriebszustand Generatorbetrieb. Die Studierenden begründen, wann ein Synchrongenerator in das statische Netz einspeisen kann. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Verfassen von Glossareinträgen IV. Übungsaufgaben V. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Bewertung des Glossareintrags, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 39

40 21. L e r n e i n h e i t Asynchronmaschine FEZ: 3 h SEZ: 15 h Grundverständnis vorangegangenen Kapitels Grundschaltungen Leistungselektronik des der Online-Phase LEHRINHALTE Asynchronmaschine LEHRZIEL Die Studierenden erläutern den Aufbau, die Einsatzgebiete und die Funktionsweise der Asynchronmaschine. Die Studierenden berechnen die Anlaufzeit der Asynchronmaschine. Die Studierenden unterscheiden die unterschiedlichen Betriebszustände der Asynchronmaschine: Motorbetrieb, Generatorbetrieb, Gegenstrombremsbetrieb. Die Studierenden untersuchen die KUSA-Schaltung und die Steinmetz-Schaltung. Die Studierenden berechnen die Wirkleistung. I. Einführende Motivation II. E-Lectures III. Verfassen von Glossareinträgen IV. Übungsaufgaben V. Selbsttest (in Form von unterschiedlichen Fragetypen und Zuordnungen) ERFOLGSKONTROLLE Bewertung des Glossareintrags, Auswertung der bearbeiteten Übungsaufgaben LITERATURANGABE Keine 40

41 22. L e r n e i n h e i t Aktuelle Projekte Gruppenaufträge: 5 h Diskussion: 2 h Abschlussklausur: 3 h keine Finale Präsenzphase gemeinsam mit dem Modul Intelligente Energienetze (umfasst Klausur und Abschlussvorträge) LEHRINHALTE Aktuelle Projekte LEHRZIEL Die Studierenden erfassen den Bezug zu aktuellen und hochbrisanten Themen in der Forschung und Entwicklung im Bereich der Energiesystemtechnik. I. Vortrag II. Vorbereitung eines Abschlussvortrags in Kleingruppen III. Präsentation der Ergebnisse im Plenum ERFOLGSKONTROLLE Bewertung des Vortrags im Plenum LITERATURANGABE Keine 41

42 11. Anhang Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Baukastenprinzip, das dem Projekt "Freiräume ür wissenschafltiche Weiterbildung - Windows for Continuing Education" zugrunde liegt... 5 Abbildung 2: Schematische Darstellung der Modulstruktur des DAS-Weiterbildungsstudiengangs Energiesystemtechnik mit Angabe der CP-Punkte... 7 Abbildung 3: Übersicht des Modulverlaufs