TOPCon Solarzellen (Tunnel Oxide Passivating Contact) wurden in den letzten Jahren von vielen Forschungsinstituten und Firmen entwickelt und werden nun zunehmend in industrieller Produktion hergestellt und kommerziell vertrieben. Dabei werden Zellspannungen von knapp über 700 mV erreicht und Wirkungsgrade von 23.0% bis 23.8% erzielt. Die Spannung solcher Zellen wird vor allem durch die Rekombination auf der Vorderseite limitiert, weshalb als nächster Schritt eine Verbesserung der Zellvorderseite notwendig ist. Um optische Verluste durch parasitäre Absorption zu vermeiden, sind dafür strukturierte passivierte Kontakte notwendig. Entwickelt werden soll eine Prozess-Sequenz zur kostengünstigen Herstellung solcher strukturieren passivierten Kontakte. Diese soll in den Standardprozess für TOPCon Solarzellen eingebunden werden und basiert auf lokaler Laserdotierung von poly-Silizium zur Herstellung von in alkalischer Lösung ätzstabilen p+ poly-Silizium-Bereichen. Auf diese Weise sollen auf der Vorderseite der Solarzelle lokale passivierte Kontakte implementiert werden, um den Wirkungsgrad der Solarzelle, vor allem durch eine erhöhte Zellspannung von 715-720 mV, deutlich zu steigern. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens zur Herstellung solcher lokalen Kontakte besteht bei IBC Solarzellen (interdigitated back contact). Hierbei ermöglicht die lokale Behandlung durch den Laser die Herstellung separater p+ dotierter poly-Silizium Bereiche. Im Teilprojekt des ISC werden vor allem die Schichtentwicklung, die Laserprozessentwicklung und die Entwicklung der Zellstrukturen bearbeitet. Das überragende Ziel des ISC ist es, kosteneffiziente Prozessfolgen für TOPCon und IBC Solarzellen mit strukturierten passivierten Kontakten zu entwickeln, die sich in die industrielle Fertigung überführen lassen.
Zielsetzung: Entwicklung einer Windpumpenanlage fuer Schwachwindgebiete, die mit einer Kopplung von Verdichter (am Rotor) und pneumatisch betriebener Tiefbrunnenpumpe arbeitet. Insbesondere muessen dazu ein Verdichter mit an die Erfordernisse angepasster Kennlinie und eine geeignete Pumpe entwickelt werden. Das Prinzip erscheint aussichtsreich fuer den Einsatz in technisch niedrig entwickelten Trockengebieten. Arbeitsprogramm: Voruntersuchungen zur Realisierbarkeit und Abschaetzung der erreichbaren Leistungsfaehigkeit von Verdichter, Pumpe und Leistungsuebertragung sowie des Gesamtwirkungsgrades. Parallel dazu Konkretisierung der Einsatzbedingungen; Konstruktion der Komponenten der Anlage; Bau und Erprobung zunaechst an der Hochschule, dann im Anwenderland.
Die neue Bundesregierung hat im Koalitionsvertrag festgelegt, dass im Jahr 2030 80% des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien stammen sollen. Offshore Windenergie ist ein wesentlicher Bestandteil dieser ehrgeizigen Ziele. Die Kapazitäten sollen auf mindestens 30 GW in 2030, 40 GW in 2035 und 70 GW in 2045 ausgebaut werden. Die Anbindung der Windparks an das Verbundnetz erfolgt dann über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, genauso wie der Transport der elektrischen Energie in die Verbrauchszentren West- und Süddeutschlands. Damit wird auch der Wirkungsgrad der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung noch wichtiger. Größter Hebel - sowohl für die Wirkungsgradverbesserung als auch für die Reduktion der Investitionskosten der HGÜ Konverter - ist dabei die Reduktion der Anzahl der in Reihe geschalteten Submodule. Die Reihenschaltzahl ist durch die Sperrspannung der verwendeten Leistungshalbleiter bestimmt. Um die genannte Einsparziele zu erreichen, muss eine ganze Reihe innovativer Lösungen erforscht werden. Der Konverter muss für eine höhere Spannung pro Submodul geeignet sein, die Submodule müssen für die höhere Betriebsspannung ertüchtigt werden, vor allem aber - und dies ist die zentrale Innovation - muss die Sperrspannung der IGBT Module von 4500 V auf 6500 V angehoben werden, ohne dass die Verluste dabei signifikant steigen. Um dieses Ziel erreichen zu können, sind daher grundlegende Forschungsarbeiten an verschiedenen Stellen erforderlich. Es müssen sowohl die Chiptechnologie von IGBT und Diode, die Aufbau- und Verbindungstechnik im Modul als auch die Ansteuertechnik substantiell verbessert werden und kontinuierlich im Wechselspiel auf ihren Nutzen und ihre Umsetzbarkeit für zukünftige HGÜ Anlagen geprüft und co-optimiert werden.
The energetic efficiency of C4 photosynthesis is strongly affected by bundle sheath leakiness, which is commonly assessed with the 'linear version' of the Farquhar model of 13C discrimination, and leaf gas exchange and 13C composition data. But, the linear Farquhar model is a simplification of the full mechanistic theory of ? in C4 plants, potentially generating errors in the estimation of leakiness. In particular, post-photosynthetic C isotope fractionation could cause large errors, but has not been studied in any detail. The present project aims to improve the understanding of the ecological and developmental/physiological factors controlling discrimination and leakiness of the perennial grass Cleistogenes squarrosa. C. squarrosa is the most important member of the C4 community which has spread significantly in the Mongolia grasslands in the last decades. It has an unusually high and variable discrimination, which suggests very high (and potentially highly variable) leakiness. Specifically, we will conduct the first systematic study of respiratory 13C fractionation in light and dark at leaf- and stand-scale in this C4 species, and assess its effect on discrimination and estimates of leakiness. These experiments are conducted in specialized 13CO2/12CO2 gas exchange mesocosms using ecologically relevant scenarios, testing specific hypotheses on effects of environmental drivers and plant and leaf developmental stage on discrimination and leakiness.
Die Arbeiten aus dem vorhergehenden Zeitraum wurden fortgefuehrt. Wiederum erwies sich die Rollhacke mit zusaetzlichen Hackscharen wegen ihrer geringen Verstopfungsneigung und hohen Flaechenleistung auch fuer Rueben als gut geeignet. Der Vorauflaufeinsatz von Striegeln brachte gute Ergebnisse. Der Einsatz einer modifizierten Hacke brachte selbst bei Getreide (12 cm Reihenabstand) in Marokko so gute Erfolge, dass mechanische Verfahren auch kostenmaessig gut mit chemischen Verfahren konkurrieren koennen. Die Technikwirkungsanalyse einer in Entwicklung befindlichen selektiven, sensorgesteuerten Reihenhackmaschine erwies sich beim Maiseinsatz pflanzenbaulich-oekonomisch der Feldspritze ebenbuertig, oekologische jedoch deutlich ueberlegen.
Die ökonomische und ökologische Energiebereitstellung stellt eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung dar. Diese wird durch die steigenden Umweltbelastungen bei gleichzeitig wachsendem weltweitem Energiebedarf und zunehmender Ressourcenverknappung bedingt. Für mobile Antriebe nimmt insbesondere die Verminderung des bei der motorischen Verbrennung entstehenden Treibhausgases CO2 sowie der Schadstoffemissionen ein wichtiges Ziel ein. Dies sind zum Beispiel Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (uHC) und Ruß, die erheblich zur städtischen und regionalen Luftverschmutzung beitragen. Zur Realisierung von hohen Wirkungsgraden bei gleichzeitig niedrigen Schadstoffemissionen untersucht die FOR2401 die zukunftsträchtige Niedertemperaturverbrennung (NTV). Die NTV kann sowohl auf Ottomotoren (Gasoline Controlled Auto Ignition, GCAI) als auch auf Dieselmotoren (Premiexed Charge Compression Igniton) angewendet werden und zeichnet sich als ein Brennverfahren aus, welches das Potential bietet, bereits innermotorisch die Emissionen deutlich zu reduzieren. Die Komplexität der Prozessführung ist einer der wesentlichen Gründe, welcher die technische Anwendung der NTV aktuell verhindert. Der Ablauf der NTV wird maßgeblich von lokalen thermodynamischen Zuständen und strömungsmechanischen Effekten bestimmt. Die Zeitskalen der hierbei auftretenden Abläufe sind kleiner als die des Verbrennungszyklus und können deshalb nicht mit einer dem Stand der Forschung entsprechenden zyklusbasierten Regelung beeinflusst werden. Um eine hinsichtlich Stabilität, Wirkungsgrad und Schadstoffemissionen verbesserte Prozessführung zu ermöglichen, werden im Rahmen der Forschergruppe Multiskalenregelungskonzepte untersucht, welche Neuland darstellen. Zur erfolgreichen Realisierung der Multiskalenregelung müssen grundlegende Forschungsfragen aus den Disziplinen Chemie, Verbrennungstechnik, Motorenforschung, Regelungstechnik und Numerik geklärt werden. Aus diesem Grund setzt die Forschergruppe auf einen stark vernetzten, interdisziplinären Ansatz. Innerhalb der FOR2401 soll ein detailliertes physikalisch-chemisches Prozessverständnis der NTV und der zugehörigen Beeinflussungsmöglichkeiten entwickelt werden, wodurch eine Beschreibung in Form von mathematischen Modellen ermöglicht wird. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden maßgeschneiderte regelungstechnische Methoden entwickelt, die auf Echtzeitoptimierung basieren und die Kontrolle auf einer kleineren als der aktuell möglichen Zeitskala erlauben. Die Forschung erfolgt im engen Schulterschluss zwischen Natur- und Ingenieurswissenschaftler/innen der Universität Bielefeld, der Universität Freiburg und der RWTH Aachen University.
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