Die Fähigkeit, das Wetter bis über eine Woche hinaus vorhersagen zu können, erspart unserer Gesellschaft jährlich Kosten in Milliardenhöhe und trägt entscheidend zum Schutz von Leben und Eigentum bei. Die zunehmende Leistungsfähigkeit unserer Computersysteme und neuartige Beobachtungen haben über die Jahre hinweg zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Wettervorhersagequalität geführt. Dennoch kommt es immer noch gelegentlich zu erheblichen Fehlvorhersagen. Dies ist nicht allein auf Defizite in den Vorhersagemethoden zurückzuführen - in einem chaotischen System wie der Atmosphäre gibt es Wettersituationen, die per se schwer vorherzusagen sind. Die gegenwärtige Herausforderung ist daher die Vorhersagbarkeit und insbesondere deren Grenzen, abhängig von der jeweiligen Wettersituation, zu identifizieren um eine bestmögliche Vorhersage bereitstellen zu können. Der TRR 165 wird sich dieser Herausforderung stellen und hat sich zum Ziel gesetzt, durch die Beantwortung der zugrunde liegenden wissenschaftlichen Fragestellungen einer neuen Generation von Wettervorhersagesystemen den Weg zu ebnen. Die wichtigsten Ursachen für verbleibende Unsicherheiten in der derzeitigen numerischen Wettervorhersage sind: A das schnelle Wachstum von Fehlern, die durch nicht oder unzureichend dargestellte physikalische Prozesse wie Konvektion oder Mischung in der Grenzschicht entstehen und letztlich zu Veränderungen der Wellen auf synoptischer Skala führen können, B unser begrenztes Verständnis der physikalischen Prozesse in Wolken und C der relative Einfluss lokaler Faktoren und synoptisch-skaliger Wellen auf das Wetter und dessen Vorhersagbarkeit. Im Rahmen von 'Wellen, Wolken, Wetter' werden diese drei Fragestellungen gemeinsam von Experten der Disziplinen Atmosphärendynamik, Wolkenphysik, Statistik, Inverse Methoden und Visualisierung bearbeitet. Dabei wird TRR 165 eine Vielzahl von Methoden anwenden und neu entwickeln, wie etwa numerische Modelle mit detaillierter Darstellung von Wolkenprozessen und Aerosolen, aber auch Ensemblevorhersagen mit hochentwickelten statistischen Nachbearbeitungsverfahren zur mathematischen Beschreibung der Unsicherheit nutzen. Die zusätzliche Entwicklung neuer, interaktiver Visualisierungsmethoden erlaubt eine rasche und intuitive Erfassung komplexer Informationen, die in Ensemblevorhersagen sowohl zu den Ursachen als auch zur Entwicklung der Unsicherheit meteorologischer Strukturen enthalten sind. Die Gesamtziele von 'Wellen, Wolken, Wetter' sind nur durch die Zusammenführung der Expertise von drei renommierten Forschungsstandorten zu erreichen: München mit der LMU, der TUM, dem DLR; Mainz mit der JGU; und Karlsruhe mit dem KIT. Zudem wird im Rahmen dieses Konsortiums ein innovatives Programm geschaffen, das die Entwicklung von Nachwuchswissenschaftlern im Rahmen eines etablierten Netzwerks erfahrener Wissenschaftler fördern und die Chancengleichheit auf allen Karriereniveaus in den beteiligten Disziplinen verbessern soll.
Die Erfahrung mit der ZSW-eigenen PV-Fassadenanlage zeigt, dass sowohl Wartung als auch Überwachung einer Fassadenanlage sehr aufwendig und komplex sind. Daher werden mehrere Strategien parallel verfolgt. Es soll der Einfluss von modulnaher Verschattung, beispielsweise durch Vorsprünge innerhalb der eigenen Fassade, aber auch modulferner Schatten durch die Umgebung, untersucht werden, wodurch eine verbesserte elektrotechnische Auslegung sowohl der PV-Module als auch des Fassadensystems ermöglicht wird. Berührungslose Prüfverfahren werden für die Wartung und Instandhaltung wegen der schlechten Zugänglichkeit von PV-Fassaden künftig eine große Rolle spielen. Daher werden im Projekt die Grenzen bestehender Prüfverfahren und Möglichkeiten alternativer, bisher nicht eingesetzter Untersuchungsmethoden untersucht. Anders als bei geneigten und meist südorientierten PV-Anlagen gibt es keinen einfachen Zusammenhang zwischen Einstrahlung und abgegebener Leistung aufgrund der unterschiedlichen Orientierung der PV-Fassaden und der starken saisonalen Schwankung des Einflusses von im urbanen Umfeld unvermeidlichen Verschattungen. Daher soll zur Überwachung des Betriebs einer PV-Fassade deren digitaler Zwilling entwickelt und als kommerzielles Produkt umgesetzt werden. Ziel des Projektes ist die Reduzierung der Stromgestehungskosten durch eine optimierte Auslegung und daraus resultierend der optimierte Betrieb und die vereinfachte Wartung von PV-Fassadenanlagen.
Erstellung einer neuartigen und (bisher) weltweit einmaligen netzgekoppelten Photovoltaik (PV) Anlage zur Stromerzeugung mit beidseitig lichtausnutzenden (bifacialen) PV-Modulen und einseitigen Standard-PV-Modulen in gleichartig aufgebauten und aufgestaenderten PV-Anlagen im Netzbetrieb. Ziel ist es, den Nachweis zu erbringen, dass bei optimaler Aufstaenderung bifaciale PV-Module auch in groesseren Anlagen mit mehreren Kilowatt Leistung hoehere Ertraege als einseitig lichtempfindliche Module (bezogen auf die Zellflaeche bis zu 30 Prozent) erzielen koennen. Der erstmalige Einsatz von bifacialen PV-Modulen in groesserem Massstab in einem System soll das am ISFH nachgewiesene hohe Potential der bifacialen Siliziumsolarzellen aufzeigen und nutzbar machen. Mehrertraege von 20 Prozent bis 30 Prozent bei gleicher Zellflaeche (in bezug auf herkoemmliche einseitige Module) sind bei der Aufstaenderung der Module vor einem hellen Hintergrund zu erwarten. Die geplante PV-Anlage mit bifacialen PV-Modulen soll insgesamt ca. 2,5 kWp Leistung aufweisen und auf einem Flachdach des Betriebsgebaeudes der Stadtwerke Rinteln in Rinteln verschattungsfrei installiert werden. Die PV-Module sollen dabei in einem lockeren Abstand vor einem hellen Hintergrund auf die vorhandene Aufstaenderung aufgebracht werden. Eine existierende PV-Anlage mit einseitigen (standard) PV-Modulen mit 5 kWp Anschlussleistung, die bereits 1995 am gleichen Standort in Betrieb genommen wurde, ist als Referenzanlage (gleiche Neigung und Ausrichtung) bestens geeignet. Die Stadtwerke Rinteln beteiligen sich wesentlich an der Finanzierung des Projekts. Das ISFH plant die Anlage und ueberwacht den Betrieb, wobei eine kontinuierliche Messwerterfassung, Leistungsmessung und technische Betreuung der installierten PV-Module und Einzelkomponenten die Basis fuer eine Ertragsoptimierung der PV-Anlagen bilden. Ein kritischer Vergleich der Einzelkomponenten und des Gesamtsystems wird durchgefuehrt und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Themenschwerpunkte: 1) Entwurf und Planung eines PV-Moduls mit beidseitig lichtempfindlichen Si-Solarzellen in Absprache mit der Firma ASE GmbH in Alzenau. (angestrebter Wirkungsgrad: Vorderseite ca 13-15 Prozent, Rueckseite ca 11-13 Prozent) 2) Fertigung der Module durch Firma ASE. 3) Leistungszertifizierung an bis zu 10 ausgewaehlten PV-Modulen am ISFH (Vorder- und Rueckseitenwirkungsgrad. 4) Entwurf und Bau einer Haltevorrichtung fuer die vorhandene Aufstaenderungseinheit auf einem Flachdach. 5) Installation der PV-Module bei den Stadtwerken Rinteln: Aufstaenderung Richtung Sueden, Neigung 30 Grad; Abstand vor hellem Hintergrund ca. 20-30 Zentimeter; Abstand der Module untereinander ca. 30 Zentimeter. 6) Optimierung der notwendigen elektrischen Systemtechnik: Rest der elektrischen Komponenten; Einsatz eines Input-Outputkontrollers; Vermessung der elektrischen Kennlinie des installierten PV-Generators mit Hilfe des am ISFH entwickelten Kennlinienanalysators....
Die aktuellen Herausforderungen im Teilvorhaben, beziehen sich insbesondere auf die Systemintegration der Einzelkomponenten und neuer Steuerungs- und Betriebsführungsverfahren des Speichers. Weitere Herausforderungen bestehen bei der Ausarbeitung von Konzepten für die Installation, Logistik, Wartung und den Netzanschluss, die erstmalig offshore für diese Technologie angewandt und entwickelt werden müssen.
Das internationale ICDP (International Continental Scientific Drilling Program) ist das Programm zur Realisierung von wissenschaftlichen Bohrprojekten auf den Kontinenten. Der ICDP Science Plan 2020-2030 sieht 4 Hauptthemen vor: i) Geodynamische Prozesse; ii) Geogefahren; iii) Georessourcen; und iv) Umweltveränderungen. Deutsche Wissenschaftler*innen sind an ca. 65% aller ICDP Projekte als PIs oder Co-PIs beteiligt. Die Finanzierung im Rahmen des DFG Infrastrukturschwerpunktprogramms ‘SPP 1006 – ICDP‘ stellt die Grundlage für die zentrale Rolle von deutschen Wissenschaftler*innen in diesen Bohrprojekten dar. Die Zielsetzung dieses Antrages ist die Fortsetzung der Arbeiten des nationalen ICDP Koordinationsbüros. Es sollen auf nationaler Ebene Initiativen und Projekte koordiniert, die Kommunikation auf nationaler und internationaler Ebene intensiviert (z.B. Bekanntmachung und Unterstützung von Workshops und wissenschaftlichen Treffen), sowie deutsche Wissenschaftler*innen bei der Erarbeitung neuer internationaler Initiativen unterstützt werden. Das Koordinationsbüro dokumentiert ebenfalls den Verlauf von laufenden nationalen und internationalen ICDP Aktivitäten mit deutscher Beteiligung. Die weitere Vertiefung der Zusammenarbeit mit dem IODP Koordinationsbüro sowie die Förderung von Nachwuchswissenschaftler*innen bleiben zentrale Anliegen in der kommenden Förderphase.