This thesis does a comprehensive examination of scalable technological and economic models for hydrogen refueling stations (HRS), with a particular focus on facilitating the widespread adoption of fuel cell electric vehicles (FCEVs) through sustainable infrastructure. Given the escalating demand for hydrogen in transportation, the analysis considers various supply pathways, including compressed gaseous hydrogen (CGH₂) delivered by truck, pipeline distribution, liquid hydrogen (LH₂) transport and on-site production by renewable energy sources. A modular station architecture designed for a variety of vehicle fleets, including buses, heavy-duty trucks and passenger cars, is supported by each strategy.The proposed station design includes essential components such as storage tanks, compressors, cryogenic pumps, cascade systems and dispensers. The framework is intentionally flexible, enabling incremental expansion in response to increased utilization.Techno-economic modeling reveals notable distinctions among supply strategies in terms of both capital and operational expenditures. Pipeline integration, while requiring high upfront investment, offers the lowest ongoing costs and is therefore advantageous in high-demand, stable environments with possibility for future scaling. In contrast, LH₂ supply can reduce initial infrastructure costs but entails higher operational expenses, primarily due to the energy demands of liquefaction and losses from boil-off. CGH₂ delivery, reliant on frequent truck deliveries and high compression energy, incurs high logistical costs and is most appropriate for smaller, nearby stations. On-site production provides potential independence from supply chains but needs major investment in electrolysis and renewable energy generation infrastructure. Its viability is closely linked to favorable electricity prices and the availability of adequate site area. A support tool created with Excel is used to compare not only the levelized cost of hydrogen (LCOH), capital expenditure (CAPEX), operating expenditure (OPEX) and return on investment (ROI) for every supply option, but also forecasts hydrogen demand between 2025 and 2035.Besides, a ten-year Net Present Value (NPV) analysis for each option using the ROI target as the discount rate and the internal rate of return (IRR) as alternative performance indicators. With investment planning, technical design and demand forecasting, the thesis lays the basis for determination of the most suitable hydrogen supply strategy.

Angesichts steigender Energiekosten und zunehmender Bedeutung nachhaltiger Energienutzung befasst sich diese Masterarbeit mit einer entscheidenden Herausforderung der Photovoltaik-Technologie: der effizienten Verwertung überschüssiger elektrischer Energie, die andernfalls unvergütet oder nur gering vergütet in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Dabei stehen insbesondere kleinere Photovoltaikanlagen, beispielsweise Balkonkraftwerke, vor der Problematik, diese überschüssige Energie technisch sinnvoll und wirtschaftlich effizient zu nutzen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein innovatives System zur automatischen Lastleistungsregelung zu entwickeln, welches die überschüssige elektrische Energie einer Photovoltaikanlage gezielt zur Versorgung regelbarer Verbraucher einsetzt. Durch die Regelung wird eine Abgabe der überschüssigen Energie ins Netz weitgehend vermieden und der Eigenverbrauch signifikant optimiert. Im Rahmen des praxisnahen Versuchsaufbaus wurde ein Balkonkraftwerk mit einer Einspeiseleistung von maximal 800 W verwendet, um realistische Messdaten zu gewinnen und die entwickelte Regelung intensiv zu testen und zu optimieren. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Flexibilität und Modularität des entwickelten Systems, um es leicht auf verschiedene Haushalte und Energiezähler adaptieren zu können. Neben den technischen Grundlagen der Photovoltaiktechnik werden auch aktuelle Energiespeichertechnologien betrachtet und kritisch bewertet. Die Leistungsregelung erfolgt durch einen Phasenanschnitt der Sinuswelle, um überschüssige Leistung effizient zu nutzen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen eindrucksvoll, dass durch die entwickelte mobile Lastleistungsregelung eine erhebliche Steigerung des Eigenverbrauchs möglich ist. Damit leistet das vorgestellte Konzept einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von kleinen PV-Systemen und zur Förderung nachhaltiger Energielösungen im privaten Bereich.

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.

Regalbediengeräte haben einen sehr volatilen Energiebedarf, welcher in weiterer Folge zu hohen Lastspitzen führt. Neben dem reinen Stromverbrauch einer Anlage haben auch diese Energiebedarfsspitzen Auswirkungen auf die Kosten für die Energieversorgung und die dafür notwendige Infrastruktur. Zur Reduktion des Spitzenbedarfs einer Anlage mit mehreren Regalbediengeräten ist eine entsprechende Koordination der Geräte in Form eines Lastmanagements notwendig. Ziel dieses Lastmanagements ist es, die Überlagerung von Lastspitzen der einzelnen Regalbediengeräte zu verhindern. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden verschiedene Konzepte für ein entsprechendes Lastmanagement erarbeitet. Diese Konzepte wurden als zusätzliches Softwaremodul in die bestehende Standardsoftware für Regalbediengeräte von Jungheinrich Systemlösungen integriert. Die Wirksamkeit und Effizienz des Lastmanagements wurde im realen Anwendungsumfeld geprüft und verifiziert. Dabei wurden sowohl die mögliche Reduktion der Energiebedarfsspitzen als auch die Auswirkung auf die Systemleistung betrachtet. Als Ergebnis entstanden verschiedene Lösungen, die den Energiebedarf bzw. die Systemleistung unterschiedlich stark beeinflussen. Dadurch ist es möglich, abhängig von den Anforderungen der KundInnen, das jeweils passende Lösungskonzept anzubieten.

Die Elektrifizierung führt zur Zeit zu den größten Änderungen in der Automobilindustrie. Obwohl Brennstoffzellen Teil eines elektrischen Antriebsstrangs sein könnten, konnten sie sich bis heute nicht auf dem Markt durchsetzen. Einer der Hauptgründe dafür ist die vergleichsweise kurze Lebensdauer eines Brennstoffzellen-Stacks. Die Lebensdauer wird maßgeblich beeinflusst von Degradationseffekten, welche in suboptimalen Betriebspunkten verstärkt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, ein System für einen Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen Stack zu entwickeln und in einen Prüfstand zu integrieren, damit Degradationseffekte überwacht und vermessen werden können. Um das zu erreichen, muss der Brennstoffzellen-Stack durch den Systemaufbau in unterschiedliche Betriebspunkte (Strom, Spannung, Gasmenge und Temperatur) versetzt werden können. In jedem Betriebspunkt kann somit eine elektrochemische Impedanzspektroskopie sowie eine Klirrfaktoranalyse durchgeführt werden. Die Messdaten geben Auskunft über den technischen Zustand der Zelle. Weiters wird eine Messmethode entwickelt, die ein effizientes und automatisiertes Testen sowie selbstständiges Ermitteln der optimalen Betriebspunkte ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Brennstoffzellen-System, das aufgebaut und in einen Prüfstand integriert ist. Die Messmethode wird in näherer Zukunft umgesetzt und soll für weitere Prüfstände standardisiert eingesetzt werden. Dieser Aufbau ermöglicht eine innovative Untersuchung von Degradationseffekten, die eine wichtige Rolle in der weiteren Brennstoffzellenentwicklung für Fahrzeuge spielen.