621 Angewandte Physik
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Der elektrische Wirkungsgrad stellt eines der wichtigsten Bewertungskriterien für BHKW dar, da über diese Größe ausgedrückt wird, wie viel des Wertproduktes „elektrische Energie“ bezogen auf die eingesetzte oder aufzuwendende Brennstoffenergie produziert werden kann. Ein hoher elektrischer Wirkungsgrad ist somit gleichbedeutend mit hohen Erlösen aus dem Verkauf der erzeugten elektrischen Energie und damit eine grundlegende Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb eines BHKWs. Folglich sind die Hersteller von BHKW bestrebt, den elektrischen Wirkungsgrad ihrer Geräte kontinuierlich zu verbessern und nach oben zu treiben. Dieses Bemühen zeigt sich eindrucksvoll an der Entwicklung der mechanischen Effizienz von Gasmotoren der Firma GE Jenbacher. Während mit Motoren der Baureihe 6 im Leistungsbereich 1,8 – 4,4 MWel im Jahr 1988 eine mechanische Effizienz von 34% erreichbar war, liegt dieser Wert mittlerweile bei etwa 47,5%. Diese enorme Steigerung konnte im Wesentlichen durch eine Erhöhung des mittleren effektiven Zylinderarbeitsdrucks von etwa 10 bar im Jahr 1988 auf derzeit 24 bar erzielt werden. Dabei hilft der Magerbetrieb, der gleichzeitig ein Zurückdrängen der NOx-Emissionen bewirkt, die Klopfgrenze zu höheren Drücken hin zu verschieben. Eine sichere Zündung des Gas-Luft-Gemisches wird durch die Vorkammerzündung erreicht.
In diesem Beitrag wird ein kapazitiver Low Power DC-DC Wandler mit 15 konfigurierbaren Übersetzungsverhältnissen, einem hohen Eingangsspannungsbereich von 5 V bis 20 V und einer konstanten Ausgangsspannung von 5 V vorgestellt. Bei einer Ausgangsleistung von 5 mW wird ein maximaler Wirkungsgrad von 81% erreicht. Die Implementierung erfolgt in einem 350 nm Hochvolt-CMOS-Prozess. Während es für niedrige Eingangsspannungen eine Vielzahl an Topologien und Konzepten gibt, wurden vollintegrierte SC-Wandler für höhere Eingangsspannungen (> 8 V) bisher nur wenig untersucht. Höhere Spannungen erfordern den Einsatz von Hochvolttransistoren und eine aufwändigere Ansteuerung. Um über einen weiteren Eingangsspannungsbereicht mit hoher Genauigkeit und hohem Wirkungsgrad zu wandeln, erweist sich die Topologie des rekursiven Switched-Capacitor Wandlers (RSC Wandler) als vorteilhaft. In der vorliegenden 4-Bit Implementierung ist der RSC Wandler aus N = 4 2:1 Serien-Parallel Wandler-Zellen aufgebaut. Durch verschiedene Anordnung der einzelnen Zellen können 2ᴺ -1 = 15 Wandlungsverhältnisse realisiert werden. Mittels Rekursion werden in jedem Wandlungsverhältnis alle Kapazitäten genutzt, wodurch die Stromfähigkeit und der Wirkungsgrad des Wandlers deutlich verbessert werden. Einheitliche 2:1 Wandler-Zellen ermöglichen einen modularen Aufbau des Layouts.
The paper illustrates the status quo of a research project for the development of a control system enabling CHP units for a demand-oriented electricity production by an intelligent management of the heat storage tank. Thereby the focus of the project is twofold. One is the compensation of the fluctuating power production by the renewable energies solar and wind. Secondly, a reduction of the load on the power grid is intended by better matching local electricity demand and production.
In detail, the general control strategy is outlined, the method utilized for forecasting heat and electricity demand is illustrated as well as a correlation method for the temperature distribution in the heat storage tank based on a Sigmoid function is proposed. Moreover, the simulation model for verification and optimization of the control system and the two field test sites for implementing and testing the system are introduced.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Transmission Line Pulssystem zum Erzeugen eines elektrischen Pulses, sowie ein diesbezügliches Verfahren. Dabei umfasst das Transmission Line Pulssystem: eine Transmission Line, eine Energieversorgungsquelle zum Aufladen der Transmission Line und einen Entladungsschalter zum Auslösen einer Entladung der aufgeladenen Transmission Line, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission Line eine Vielzahl von Einzelsegmenten umfasst, wobei jedes Einzelsegment über ein zugehöriges Einstellglied mit einem gemeinsamen Massepotential elektrisch verbunden ist, und wobei zumindest eines der Einstellglieder einen Einstellkondensator und einen Einstellschalter aufweist.
Induced by a societal decision to phase out conventional energy production - the so-called Energiewende (energy transition) - the rise of distributed generation acts as a game changer within the German energy market. The share of electricity produced from renewable resources increased to 31,6% in 2015 (UBA, 2016) with a targeted share of renewable resources in the electricity mix of 55%-60% in 2035 (RAP, 2015), opening perspectives for new products and services. Moreover, the rapidly increasing degree of digitization enables innovative and disruptive business models in niches at the grid's edge that might be the winners of the future. It also stimulates the market entry of newcomers and competitors from other sectors, such as IT or telecommunication, challenging the incumbent utilities. For example, virtual and decentral market places for energy are emerging; a trend that is likely to speed up considerably by blockchain technology, if the regulatory environment is adjusted accordingly. Consequently, the energy business is turned upside down, with customers now being at the wheel. For instance, more than one-third of the renewable production capacities are owned by private persons (Trendsearch, 2013). Therefore, the objective of this chapter is to examine private energy consumer and prosumer segments and their needs to derive business models for the various decentralized energy technologies and services. Subsequently, success factors for dealing with the changing market environment and consequences of the potentially disruptive developments for the market structure are evaluated.
This paper describes the design and outcomes of an experimental study that addresses stock-and-flow-failure from a cognitive perspective. It is based on the assumption that holistic (global) and analytic (local) processing are important cognitive mechanisms underlying the ability to infer the behavior of dynamic systems. In a stock-and-flow task that is structurally equivalent to the department store task, we varied the format in which participants are primed to think about an environmental system, in particular whether they are primed to concentrate on lower-level (local) or higher-level (global) system elements. 148 psychology, geography and business students participated in our study. Students’ answers support our hypothesis that global processing increases participants’ ability to infer the overall system behavior. The beneficial influence of global presentation is even stronger when data are presented numerically rather than in the form of a graph. Our results suggest presenting complex dynamic systems in a way that facilitates global processing. This is particularly important as policy-designers and decision makers deal with complex issues in their everyday and professional life.
Virtual prototyping of integrated mixed-signal smart sensor systems requires high-performance co-simulation of analog frontend circuitry with complex digital controller hardware and embedded real-time software. We use SystemC/TLM 2.0 in conjunction with a cycle-count accurate temporal decoupling approach (TD) to simulate digital components and firmware code execution at high speed while preserving clock-cycle accuracy and, thus, real-time behavior at time quantum boundaries. Optimal time quanta ensuring real-time capability can be calculated and set automatically during simulation if the simulation engine has access to exact timing information about upcoming inter-process communication events. These methods fail in the case of non-deterministic, asynchronous events, resulting in potentially invalid simulation results. In this paper, we propose an extension to the case of asynchronous events generated by blackbox sources from which a priori event timing information is not available, such as coupled analog simulators or hardware in the loop. Additional event processing latency or rollback effort caused by temporal decoupling is minimized by calculating optimal time quanta dynamically in a SystemC model using a linear prediction scheme. We analyze the theoretical performance of the presented predictive temporal decoupling approach (PTD) by deriving a cost model that expresses the expected simulation effort in terms of key parameters such as time quantum size and CPU time per simulation cycle. For an exemplary smart-sensor system model, we show that quasi-periodic events that trigger activities in TD processes are handled accurately after the predictor has settled.
Durch schnell schaltende Leistungsendstufen werden durch kapazitive Umladeströme Störungen ins Substrat und in empfindliche Schaltungselemente eingekoppelt, die dort zur Störung der Funktion führen können. In dieser Arbeit werden Substratstrukturen zur gezielten Ableitung dieser Störungen vorgestellt und ihre Wirksamkeit mit Hilfe von Device Simulation evaluiert. Ohne Ableitstrukturen kann eine Potentialanhebung des Substrats bis zu 20 V entstehen. Die Untersuchungen belegen, dass die Potentialanhebung durch p-Typ Guard-Ringe um 75 %, durch leitende Trenches um 88 % sowie durch Rückseitenmetallisierung um nahezu 100 % reduziert werden kann.
Substrate coupling is a critical failure mechanism especially in fast-switching integrated power stages controlling high-side NMOS power FETs. The parasitic coupling across the substrate in integrated power stages at rise times of up to 500 ps and input voltages of up to 40V is investigated in this paper. The coupling has been studied for the power stage of an integrated buck converter. In particular, dedicated diverting and isolation structures against substrate coupling are analyzed by simulations and evaluated with measurements from test chips in 180nm high-voltage BiCMOS. The results are compared regarding effectiveness, area as well as implementation effort and cost. Back-side metalization shows superior characteristics with nearly 100% noise suppression. Readily available p-guard ring structures bring 75% disturbance reduction. The results are applicable to advanced and future power management solutions with fully integrated switched-mode power supplies at switching frequencies >10 MHz.
Besides the optimisation of the car, energy-efficiency and safety can also be increased by optimising the driving behaviour. Based on this fact, a driving system is in development whose goal is to educate the driver in energy efficient and safe driving. It monitors the driver, the car and the environment and gives energy-efficiency and safety relevant recommendations. However, the driving system tries not to distract or bother the driver by giving recommendations for example during stressful driving situations or when the driver is not interested in that recommendation. Therefore, the driving system monitors the stress level of the driver as well as the reaction of the driver to a given recommendation and decideswhether to give a recommendation or not. This allows to suppress recommendations when needed and, thus, to increase the road safety and the user acceptance of
the driving system.