Fakultät für Anlagen-, Energie- und Maschinensysteme ... · 3 aus 4 15 205 Technologie von...

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Stand: 16.05.2014

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

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Stand: 16.05.2014

Studienverlauf des Studiengangs Master Erneuerbare Energien

Semester M-Nummer Modulbezeichnung Credits

1. und 2. 218 Masterseminar einschließlich Masterprojekt 10

1 oder 2 / WiSe

209 Business Management 5

Methodische Vertiefung 1 aus 2 5

211 CFD - Computational Fluid Dynamics 5

212 Elektrische Netze und Netzsimulation 5

Technologie Erneuerbarer Energien/Smart Grid

3 aus 4

15

205 Technologie von Photovoltaik-Komponenten 5

206 Technologie der Biomassenutzung 5

207 Management in Energieverbundsystemen 5

215 Elektronische und elektromagnetische Stellglieder

für erneuerbare Energien

5

1 oder 2 / SoSe

201 Energy Markets 5

Methodische Vertiefung 1 aus 2 5

204 Finite Elemente Methode

203 Messung Optischer Größen und Spektroskopie

Technologie Erneuerbarer Energien/Smart Grid

3aus 4

15

213 Technologie der Solarthermie 5

208 Dezentrale Netzstrukturen 5

214 Technologie der Energiespeicherung 5

216 Hochspannungsübertragungstechnik 5

3.

219 Masterarbeit und Kolloquium; einschließlich einer

öffentlichen Präsentation im Masterseminar

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Stand: 16.05.2014

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.

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Stand: 16.05.2014

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M218

Modulbezeichnung

Masterseminar einschließlch Masterprojekt

Credits 10

Verantwortliche Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler, Prof. Dr.-Ing. Blieske

Dozenten Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler, Prof. Dr.-Ing. Blieske

Modulziele 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 • 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

Lehrmethoden/-formen Seminar

Projektarbeit

Leistungsnachweis Bericht

Präsentation

Voraussetzungen Keine

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Stand: 16.05.2014

Workload

(30 Std./Credit)

300 Std./10 Credits

Seminar 60 Std.

Projektarbeit 120 Std.

Vor- und Nachbereitung 120 Std.

Empfohlene Einordnung Semester M1 und M2; Modul über 2 Semester

Empfohlene Literatur -

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M209

Modulbezeichnung

Business Management

Credits 5

Verantwortliche Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler, Prof. Dr.-Ing. Blieske

Dozenten Dr. Meier, Dr. Swiatek

Modulziele 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 • 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

Lehrmethoden/-formen Vorlesung

Seminar

Projektarbeit

Leistungsnachweis Klausur


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Stand: 16.05.2014

Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Vorlesung 15 Std.

Seminar 15 Std.



Empfohlene Einordnung Semester M1 oder M2

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 105 – 164

• Gordijn, S.: Business models for distributed generation in a

liberalized market environment, Elsevier, Volume 77, Issue 9, 2007,

1178 - 1188

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M211

Modulbezeichnung

CFD - Computational-Fluid-Dynamics

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Cousin

Dozenten Prof. Dr.-Ing. Cousin

Modulziele 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.

Modulinhalte • Bedeutung, Aufbau und Möglichkeiten numerischer Strö-

mungssimulation

• Mathematische Modellbildung der maßgebenden Transport-

phänomene (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

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Stand: 16.05.2014

Berechnungsgittern (2 und 3-dimensional)

• Fehlerbetrachtung (Art, Ursache und Vermeidung)

Lehrmethoden/-formen Vorlesung in englischer Sprache

Praktikum

Projekt


Bericht


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Vorlesung und Praktikum 40 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

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M212

Modulbezeichnung

Elektrische Netze und Netzsimulation

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr. Waffenschmidt

Dozenten 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 • Netzwerke berechnen und simulieren

• Leitungen

• Unsymmetrische Drehstromnetze

• Lineare Netzwerke

• Simulation

• Fehler-Management

• Netz-Regelung

• Gleichstromnetze

Lehrmethoden/-formen Proseminar

Exkursion

Praktikumsversuche

Leistungsnachweis Vortrag

Mündliche Prüfung


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Stand: 16.05.2014

Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Proseminar 40 Std.

Praktikum 20 Std.

Exkursion 10 Std.



Empfohlene Literatur • Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz, "Elektrische

Energieversorgung", 7. vollständig überarbeitete und erweiterte

Auflage, Vieweg Verlag, Wiebaden, 2007. ISBN 978-3-8348-0217-0

• Dieter Nelles, Christian Tuttas,"Elektrische Energietechnik",

B.G. Teubner Verlag, Stuttgart, 1998, ISBN 3-519-06427-8

• Valentin Crastan,"Elektrische Energieversorgung 1: Netzelemente,

Modellierung, stationäres Verhalten, Bemessung, Schalt- und

Schutztechnik", 2. bearbeitete Auflage, Springer Verlag, Berlin

Heidelberg New York, 2007, ISBN 978-3-540-69439-7

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M205

Modulbezeichnung

Technologie von Photovoltaik-Komponenten

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr. rer. nat. Blieske

Dozenten Prof. Dr. rer. nat. Blieske

Modulziele 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.

Modulinhalte • 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


Übung

Exkursion

Leistungsnachweis Präsentation

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Stand: 16.05.2014

Mündliche Prüfung

Voraussetzungen gemäß Prüfungsordnung

Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Proseminar 30 Std.

Übung 15 Std.

Exkursion 15 Std.



Empfohlene Literatur • Sonnenenergie: Photovoltaik, A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch,

Teubner Studienbücher, ISBN 3-519-03214-7

• Photovoltaik: Grundlagen und Anwendungen, H.J. Lewerenz, H.

Jungblut, Springer Verlag, ISBN 3-540-58539-7

• Photovoltaik: H.G. Wagemann, Vieweg+Teubner, ISBN 978-3-8348-

0637-6

• Kempe, M.: Overview of Scientific Issues Involved in Selection of

Polymers for PV Applications, Proceedings of 37th IEEE PVSEC,, June

2011

• Blieske, U.: Konzentratorsolarzellen aus GaAs: Modul- und

Tandermanwendungen, VDI Fortschrittberichte, Reihe 6, Nr. 333,

ISBN 3-18-3333306-6

• Nölle, G.: Technik der Glasherstellung; Dt. Verlag für

Grundstoffindustrie, 1997, 3. Auflage, ISBN 3-342-00539-4

• Blieske, U.; Stollwerck, G.: Encapsulation Materials for Solar Modules

in Weber, E., Advances in Photovoltaics (vol. 2), Semiconductors

and Semimetals, Elsevier, Publikation voraussichtlich Ende 2012

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M206

Modulbezeichnung

Technologie der Biomassenutzung

Credits 5

Verantwortliche Prof. Dr. rer. nat. Rieker

Dozenten Prof. Dr. rer. nat. Rieker

Modulziele 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 • 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


Seminar

Exkursion

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Stand: 16.05.2014


Mündliche Prüfung


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Vorlesung 20 Std.

Seminar 30 Std.

Exkursion 10 Std.



Empfohlene Literatur • Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.):

Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. 2009.

Springer Verlag, Heidelberg, ISBN: 978-3-540-85094-6

• Baehr, Hans D., Kabelac, S.: Thermodynamik, Grundlagen und

technische Anwendungen. 2006. Springer Verlag, Heidelberg, ISBN-

10: 3-540-32513-1, ISBN-13: 978-3-540-32513-0

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M207

Modulbezeichnung

Management in Energieverbundsystemen

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler

Dozenten Prof. Dr.-Ing. habil. Stadler

Modulziele 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.

Modulinhalte • 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

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Stand: 16.05.2014

- Power-to-Gas

• Großräumiger Stromtransport

• Diskussion von Lösungsansätzen zur Blindleistungsbilanz mittels

erneuerbarer Stromerzeuger


Übung

Projekt


Mündliche Prüfung


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Proseminar 38 Std.

Übung 7 Std.




Empfohlene Literatur • Demand response: Stadler, I.: Nichtelektrische Speicher für

Elektrizitätsversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer

Energien, Habilitation, Verlag: dissertation.de, ISBN 3-866 24-092-9

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M215

Modulbezeichnung

Elektronische und elektromagnetische Stellglieder für

erneuerbare Energien

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Lohner

Dozenten Prof. Dr.-Ing. Dick, Prof. Dr.-Ing. Lohner

Modulziele 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.

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Stand: 16.05.2014

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.


Übung

Praktikum

Exkursion


Mündliche Prüfung


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Stand: 16.05.2014

Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Vorlesung 30 Std.

Übung 25 Std.

Praktikum 10 Std.

Exkursion 10 Std.



Empfohlene Literatur • Quaschning, Volker: Regenerative Energiesysteme: Technologie,

Berechnung, Simulation, Springer Verlag, 2009, 6. Auflage, ISBN

978-3-446-42151-6

• Gfrörer, Wolf-Günter: Wechselrichter für Solaranlagen, Franzis

Verlag, 1998, ISBN 978-3-772-34952-2

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M201

Modulbezeichnung

Energy Markets

Credits 5

Verantwortliche Prof. Dr.-Ing. Bhandari

Dozenten Prof. Dr. rer. nat. Hamhaber, Prof. Dr.-Ing. Bhandari

Modulziele 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.

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.

Modulinhalte • 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



Mündliche Prüfung


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Seminar 60 Std.


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Stand: 16.05.2014


Empfohlene Literatur • World Energy Outlook 2006, OECD/IEA, ISBN -92-64-109900, 2006

• Richtlinie 2001/77/EG des europäischen Parlaments und des Rates

vom 27.9.2001 zur Förderung der Stromerzeugung aus

erneuerbaren Energiequellen

• „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-

Energien-Gesetz – EEG)“, Beschluss des Deutschen Bundestages

vom 30. Juni 2011

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M204

Modulbezeichnung

Finite Elemente Methode

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Meckbach

Dozenten Prof. Dr.-Ing. Meckbach

Modulziele 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.

Modulinhalte 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

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Stand: 16.05.2014

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


Übung

Praktikum



Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Vorlesung 30 Std.

Übung 15 Std.

Praktikum 15 Std.



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Stand: 16.05.2014

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

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M203

Modulbezeichnung

Messung Optischer Größen und Spektroskopie

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr. rer. nat. Nickich

Dozenten Prof. Dr. rer. nat. Nickich

Modulziele 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 • 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


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Stand: 16.05.2014

Projekt


Klausur


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Proseminar 30 Std.

Projekt 30 Std.

Vor- Nachbereitung 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 978-3-446-42151-6

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M213

Modulbezeichnung

Technologie der Solarthermie

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Lambers

Dozenten Prof. Dr.-Ing. Lambers, Dibowski, Dipl.-Ing.

Modulziele 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

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Stand: 16.05.2014

Lehrmethoden/-formen Vorlesung, Übung/Simulation, Exkursion

Leistungsnachweis Bericht zur Simulation, schriftliche Prüfung

Voraussetzungen Kenntnisse in

der Technischen Thermodynamik,

der Wärmeübertragung,

der Strömungsmechanik

Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Seminar/Vorlesung/Exkursion 30 Std.

Übung/Simulation 60 Std.



Empfohlene Literatur • Thermodynamik - Grundlagen und technische Anwendungen, H.D.

Baehr; Springer Verlag, ISBN 3-540-23870-0

• Thermische Solarenergie - Grundlagen, Technologie,

Anwendungen, R. Stieglitz, V. Heinzel; Springer Verlag, 978-3-642-

29474-7

• Solar Power Plants, C.J. Winter, R.L. Sizmann, Vant-Hull, L.L.;

Springer Verlag, ISBN: 3-540-18897-5

• Praxis Solarthermischer Kraftwerke, Mohr, M., Svoboda, P.,

Unger,H., Springer Verlag, ISBN: 3-540-65973-0

• Solar Engineering of Thermal Processes, John A. Duffie, William

Beckmann;

• John Wiley & Sons, ISBN : 978-0471698678

31

Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M208

Modulbezeichnung

Dezentrale Netzstrukturen

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr. Waffenschmidt

Dozenten Prof. Dr. Waffenschmidt

Modulziele 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

32

Stand: 16.05.2014


Exkursion

Praktikumsversuche


Mündliche Prüfung


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Seminar 40 Std.

Projekt 20 Std.

Exkursion 10 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

1.1.2012.

• 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 978-3-89703-706-9

33

Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M214

Modulbezeichnung

Technologie der Energiespeicherung

Credits 5

Verantwortlicher Prof. Dr-Ing. Schneiders

Dozenten Prof. Dr-Ing. Schneiders

Modulziele 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

• Speicherkomponenten für elektrische Energie – Batteriearten

• Chemische Energiespeicher

• Mechanische Energiespeichersysteme

• Thermische Speichersysteme

• Wasserstofftechnologie

• Pumpspeicherwerke

• Hybridspeichersysteme – Methan-Wasserstoff

• Effizienz diverser Systeme


Übung

Exkursion


Mündliche Prüfung


34

Stand: 16.05.2014

Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Proseminar 30 Std.

Übung 20 Std.

Exkursion 10 Std.



Empfohlene Literatur • Energiespeicher: Grundlagen, Komponenten, Systeme und

Anwendungen, Rummich, Erich, Expert Verlag, 2009, ISBN-13: 978-

3-8169-2736-5

35

Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M216

Modulbezeichnung

Hochspannungsübertragungstechnik

Credits 30

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Humpert

Dozenten Prof. Dr.-Ing. Humpert

Modulziele 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

36

Stand: 16.05.2014


Übung

Praktikum

Exkursion


Bericht


Workload

(30 Std./Credit)

150 Std./5 Credits

Vorlesung 30 Std.

Übung 15 Std.

Praktikum 10 Std.


Vor- und Nachbearbeitung 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 978-3540784128

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Stand: 16.05.2014

Modulnummer

9M219

Modulbezeichnung

Masterarbeit und Kolloquium, einschließlich einer öffentlichen

Präsentation im Masterseminar

Credits 26+2+2

Verantwortlicher Prof. Dr.-Ulf Blieske

Dozenten Dozenten und Dozentinnen des Masterstudiengangs Erneuerbare

Energien

Modulziele 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.

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Stand: 16.05.2014

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 gemäß Prüfungsordnung

Workload

(30 Std./Credit)

900 Std./30 Credits

Masterarbeit 780 Std.

Masterseminar 60 Std. (davon 24 Std. Präsenz)

Kolloquium 60 Std.

Empfohlene Einordnung Semester M3

Empfohlene Literatur • Wissenschaftliche Fachliteratur, Recherche z.B. über:

www.scopus.com

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