52.56 Regenerative Energieformen, alternative Energieformen
Refine
Document Type
- Master's Thesis (4)
Has Fulltext
- yes (4)
Is part of the Bibliography
- yes (4)
Keywords
Institute
The growing adoption of photovoltaic (PV) systems and battery storage in residential areas presents new challenges in optimizing household energy management. Traditional systems often fail to efficiently coordinate energy flow among PV generation, battery storage, and consumption, especially under variable weather and fluctuating demand. This research aims to develop a simulation-based energy management system that maximizes self-consumption of renewable energy through intelligent control algorithms and smart scheduling. The project includes the creation of a configurable simulation framework to test various system parameters, device configurations, and weather conditions. Key objectives include optimizing energy distribution, scheduling high-power loads, and producing data-driven reports to evaluate system performance over defined timeframes. The theoretical framework explores energy modelling, weather impact, optimization strategies, and the role of model-based engineering. The practical component validates the system using real weather data, simulates household consumption patterns, and benchmarks algorithm performance. This work contributes to the advancement of smart energy systems by offering a scalable solution for increasing renewable energy self-consumption in private households.
Die vorliegende Masterarbeit analysiert die Erfolgsfaktoren für bilaterale Kooperationen in der Wasserstoffwirtschaft und untersucht die politischen, wirtschaftlichen und technologischen Rahmenbedingungen zwischen Deutschland und potenziellen Partnerländern. Angesichts der zentralen Rolle von Wasserstoff in der Energiewende und der Notwendigkeit seiner Nutzung in schwer dekarbonisierbaren Industrien betrachtet die Arbeit die Herausforderungen und Chancen des internationalen Handels sowie die strategische Gestaltung globaler Partnerschaften. Die Forschungsarbeit folgt einem zweistufigen Ansatz, der theoretische und empirische Methoden kombiniert. Im ersten Teil werden die Chancen, Barrieren und Herausforderungen für eine europäische Wasserstoffwirtschaft identifiziert, mit besonderem Fokus auf den Import von grünem Wasserstoff für Deutschland. Dazu werden bestehende Handelsmodelle, regulatorische Rahmenbedingungen und wirtschaftliche sowie technologische Entwicklungen systematisch analysiert. Der zweite Teil umfasst eine empirische Untersuchung, die sich aus einer quantitativen und einer qualitativen Analyse zusammensetzt. Die quantitative Analyse erfolgt durch eine Szenarienentwicklung für die europäische Wasserstoffwirtschaft bis 2040. Dabei werden unterschiedliche Entwicklungspfade simuliert, die von einem optimistischen Wachstumsszenario mit dynamischer Technologieentwicklung und internationaler Kooperation bis hin zu einem pessimistisch geprägten Stagnationsszenario mit wirtschaftlichen und regulatorischen Hemmnissen reichen. Ergänzend dazu werden qualitative Expert*inneninterviews durchgeführt, um die Einflussfaktoren für erfolgreiche Wasserstoffpartnerschaften zu identifizieren. Die qualitative Inhaltsanalyse dieser Interviews zeigt, dass stabile politische Rahmenbedingungen, langfristige Investitionssicherheit und technologischer Fortschritt entscheidend für die Marktintegration von Wasserstoff sind. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass der Erfolg internationaler Wasserstoffpartnerschaften maßgeblich von politischen Entscheidungen, wirtschaftlichen Anreizen und technologischen Entwicklungen abhängt. Ein effizientes Marktdesign erfordert harmonisierte Regulierungen, transparente Handelsmechanismen und verlässliche Zertifizierungssysteme für grünen Wasserstoff. Zudem zeigt die Arbeit, dass eine strategische Auswahl von Partnerländern unter Berücksichtigung von Standortvorteilen, regulatorischer Kompatibilität und ökologischer Nachhaltigkeit notwendig ist. Abschließend werden konkrete Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung internationaler Wasserstoffpartnerschaften formuliert. Dazu gehören die Implementierung einheitlicher Nachhaltigkeitsstandards, die Förderung innovationsgetriebener Infrastrukturentwicklung sowie die Schaffung stabiler Marktmechanismen zur Absicherung langfristiger Handelsbeziehungen. Die Arbeit leistet damit einen wissenschaftlich fundierten Beitrag zur strategischen Planung und politischen Gestaltung einer global vernetzten Wasserstoffwirtschaft.
Die Nachfrage nach erneuerbaren Energien wächst stetig in den letzten Jahren. Es herrscht ein regelrechter weiterhin andauernder Boom in Bezug auf Stromerzeugung für den eigenen Haushalt, beispielsweise in Form von Photovoltaikanlagen zur Eigenstromerzeugung. Diese sind jedoch anfällig für Verschattung und nur bei Sonnenschein tagsüber wirksam und produzieren bei Abschirmung der Sonneneinstrahlung - sei es durch Schatten von Bäumen, durch Schnee im Winter oder durch starke Bewölkung - nur noch einen Bruchteil ihrer Nennleistung. Um diese Umstände puffern zu können kommt in vielen Fällen nur ein kostenintensiver Stromspeicher in Frage. Je nach Aufstellungsort sind PV-Systeme auch aufgrund der Ausrichtungsmöglichkeiten unter Umständen nicht sehr effektiv einsetzbar, weshalb Kleinwindkraftanlagen zur Eigenstromerzeugung für den Haushalt eine mögliche Alternative beziehungsweise sinnvolle Ergänzung darstellen können. Ziel dieser Masterarbeit ist es, zu beurteilen wie sinnvoll der Einsatz von Kleinwindkraftanlagen (KWKA) zur Stromerzeugung im privaten Bereich beziehungsweise an spezifischen Standorten ist. Im Zuge dieser Arbeit werden die für Kleinwindkraftanlagen in Österreich gültigen gesetzlichen Vorgaben beziehungsweise Normen beleuchtet und zusammengefasst. Im Zuge dessen, werden die Vorschriften für Kleinwindkraftanlagen mit den Vorschriften zur Errichtung von beispielsweise PV-Anlagen oder Balkonkraftwerken verglichen und die Unterschiede ausgearbeitet. Weiters werden die unterschiedlichen Bauformen von Windkraftanlagen erläutert und anhand ihrer spezifischen physikalischen Eigenschaften und Geometrie für den Einsatz im Kleinwindkraftbereich bewertet. Die wohl bekannteste und häufigste Bauform von KWKA ist die Horizontalachswindturbine (HAWT). Diese Bauform wird vor allem bei Großwindkraftanlagen genutzt und ist daher die wohl bekannteste Bauform für Windkraftanlagen. Im Gegensatz dazu kommen für kleine Windkraftanlagen für den Privatgebrauch jedoch vertikale Bauformen (VAWT) ebenfalls in Frage, da diese zum einen optisch für viele Menschen ansprechender sind und zum anderen den Vorteil bieten, dass diese KWKA-Bauform den Wind von jeder beliebigen Richtung aufnehmen können und somit keine Windnachführung notwendig ist. Im praktischen Teil dieser Masterarbeit wird ein Konzept für ein Kleinwindkraftanlagenmodell erarbeitet, welches mit einem 3D-Modellierungsprogramm für die Herstellung mittels 3D-Druck konstruiert wird. Im Zuge dessen wird für dieses wird ein Konzept für einen Messaufbau ausgearbeitet. Zusätzlich wird ein Messaufbau realisiert, der es ermöglicht über langfristige Zeiträume Wetterdaten wie Windgeschwindigkeit, Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck zu messen und somit festzustellen, ob der Standort für die Installation einer Kleinwindkraftanlage geeignet ist. Für dieses Modell werden im weiteren Verlauf Möglichkeiten zur Messung von Werten wie Spannung, Strom und Drehzahl evaluiert, die es ermöglichen, die Effizienz der KWKA-Varianten zu bewerten. Hierfür wird das Modell so konstruiert, dass der Rotor mit unterschiedlichen Anordnungen der Rotorblätter beziehungsweise ein austauschbarer Rotor genutzt werden kann. Weiters wird zur Veranschaulichung der Unterschiede von Horizontalachs- und Vertikalachs-Windkraftanlagen von beiden Typen je ein 3D-Modell erstellt.
Steigende Energiekosten sind für viele Unternehmen und Privatpersonen ein Grund zur Sorge. Die Nutzer wollen Sicherheit und Stabilität, wenn es um die Wärme-/Elektrische Energieversorgung geht. Vor dem Hintergrund von Krisensituationen und steigenden Energiepreisen rückt das Thema alternative Energiequellen, die diesen Bedarf decken können, in den Fokus der Verbraucher. Eine Analyse des Themenbereichs und der aktuellen Forschung zeigt ein zunehmendes Interesse an alternativen Energiequellen und eine allmähliche Entwicklung in diesem Bereich. Diese Entwicklung stellt sicher, dass diese Technologie nicht nur für große Unternehmen, die sich auf die elektrische Energieerzeugung konzentrieren, sondern auch für kleine Unternehmen und Privatpersonen rechenbar sind. Der österreichische Markt für alternative Energiequellen bietet eine breite Palette von Optionen und ermöglicht Kombinationen, die das Feld flexibler und erschwinglicher machen und die Kundenanforderungen so genau wie möglich erfüllen. Die große Auswahl an Alternativen wirft jedoch die Frage nach der richtigen Wahl der richtigen Energiequelle und ihrer Umsetzung auf. Um dieses Problem zu lösen, wurde der folgende Leitfaden entwickelt. Er enthält Informationen über die verschiedenen Energiequellen, um sich ein Bild von ihrer Verwendung zu machen, Informationen und Empfehlungen für ihre Kombination sowie einen Vergleich der Quellen anhand der erforderlichen Parameter, um die geeignete Option zu bestimmen. Das Ergebnis ist ein Leitfaden, der privaten Nutzern hilft, die am besten geeignete elektrische Energie- und Heizquelle zu finden. Die Wahl der Quelle unter den Alternativen erfolgt durch den Vergleich von Eigenschaften und die Erstellung einer Matrix, die eine Auswahl von Heizsystemen und elektrische Energieerzeugung ermöglicht. Der methodische Ansatz besteht in einer ersten Durchsicht der verfügbaren alternativen Energie Quellen auf der Grundlage von Recherchen zum Themenbereich. Die Marktanalyse hilft dabei, die wichtigsten Merkmale zu ermitteln, die für die Bestimmung des optimalen Systems wichtig sind. Zwei Bereiche müssen angegangen werden: die Bereitstellung von Wärme und die Bereitstellung von elektrischer Energie. Die Effizienz des Systems wird mit Hilfe einer Kosten-Nutzen-Analyse bewertet. Das Ergebnis zeigt, dass ein Hybridsystem, das eine Photovoltaikanlage und eine Wärmepumpe kombiniert, alle notwendigen Anforderungen am besten erfüllt. Abschließend wird das gewählte System mit Hilfe eines entwickelten Berechnungstools berechnet und die Auslegung des Gesamtsystems ermitteln zu können. Die Einführung und Verbreitung solcher Systeme auf der Ebene der privaten Haushalte hat eine gewisse Bedeutung für die Entwicklung der Wirtschaft des Landes. Diese Arbeit beschreibt mögliche Markttrends und prognostiziert die Entwicklung dieses Bereichs auf der Grundlage möglicher Risiken und Chancen.
