Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelTechno-ökonomische Modellierung und Analyse eines auf Wasserstoff- und Batteriespeicher basierenden PV-Energiesystems unter Berücksichtigung des Degradationsverhaltens / Marius Claus Möller ; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Stefan Krauter, Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Christian Breyer
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (416 Seiten) : Diagramme
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2026
- AnmerkungTag der Verteidigung: 20.01.2026
- Verteidigung2026-01-20
- SpracheDeutsch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Klassifikation
Zusammenfassung
Aufgrund der Dringlichkeit der Reduktion der Treibhausgasemissionen besteht die Notwendigkeit zur Transformation des globalen Energiesystems hin zu 100 % erneuerbare Energiequellen. Dazu sind zunehmend dezentrale Lösungen gefragt, die auch für netzferne Anwendungen eine geeignete Lösung darstellen. Ein Lösungsansatz ist dazu ein auf Photovoltaik basierendes, autarkes Wasserstoff-Energiesystem für einen Privathaushalt, mit dem schon jetzt eine auf 100 % erneuerbare Energiequellen basierende Energieversorgung realisiert werden kann. Ein solches System steht im Fokus dieser Arbeit. Dieses System unterliegt maßgeblichen multifaktoriellen Einflüssen (z.B. Wetterbedingungen, Lastcharakteristiken, Degradationsverhalten), welche in der Gesamtheit betrachtet werden müssen. Im aktuellen Stand der Technik fehlen allerdings ausreichend realitätsnahe und detailtiefe Bewertungsmethoden, mit denen eine Systemauslegung praxisnaher Anwendungsfälle unter sektorübergreifenden Gesichtspunkten möglich ist. Daher wird im Rahmen dieser Arbeit ein Energiesystemmodell vorgestellt, welches eine Unterstützung bei der interdisziplinären Bewertung zur zielgerichteten und bedarfsgerechten Auslegung bietet. Darin ist eine Lebensdaueranalyse unter Berücksichtigung des betriebsbedingten Degradationsverhaltens inkludiert, welches eine bedeutende Verbesserung der Systemauslegung und -steuerung hinsichtlich langfristiger Versorgungs- und Betriebssicherheit ermöglicht. Mit dem entwickelten Energiesystemmodell und den integrierten Bewertungsmethoden wird maßgeblich dazu beigetragen, eine kosten- und ressourcenoptimiertere Auslegung zu ermitteln. Unter Berücksichtigung der Lebensdauer und eines gegebenenfalls notwendigen Komponentenersatzes ist ein Vergleich unterschiedlicher Auslegungen im Hinblick auf den Ressourcenverbrauch sowie eine wirtschaftliche Bewertung über den gesamten Lebenszyklus möglich.Das Modell ist einfach an zukünftige technologische Fortschritte anpassbar und erlaubt eine weitreichende Skalierbarkeit. Diese Arbeit vermittelt darüber hinaus Know-how zu den Wirkmechanismen innerhalb eines autarken Wasserstoffsystems auf Haushaltsebene, welches auf andere Versorgungsaufgaben mit vergleichbaren Rahmenbedingungen übertragbar ist.
Abstract
Due to the necessity to reduce greenhouse gases, the energy system needs to be transformed towards 100 % renewable energy. This requires increasingly decentralized solutions that are also suitable for off-grid applications. A photovoltaic based, self-sufficient hydrogen energy system for private households represents one approach to achieving a 100 % renewable energy supply. This work focuses on the analysis and potential of such a system.This system is affected by various significant and interrelated factors (e.g. weather conditions, load characteristics, degradation behavior), all of which must be considered holistically. However, current state-of-the-art approaches lack assessment methods that are both sufficiently realistic and detailed to support the system design of practical applications considering cross-sectoral aspects. Therefore, this work presents an energy system model that supports interdisciplinary assessment for targeted and customized design. This model includes a lifetime analysis that considers operational degradation behavior of the main system components, enabling significant improvements in system design and control with regard to long-term supply security and operational reliability. The developed energy system model and its integrated evaluation methods significantly contribute to identifying a more cost- and resource-optimized system design. The consideration of the service life and any potentially required component replacements allow a comparison of different system designs in terms of resource consumption and enable an economic evaluation over the entire life cycle. The model is easily adaptable to future technological advancements and offers extensive scalability. This work also offers in-depth insights into the operational mechanisms of a self-sufficient hydrogen-based energy system for private households, which can be likewise applied to other supply tasks with comparable frameworks.
Lizenz-/Rechtehinweis
