Foliar photochemical processes and carbon metabolism under favourable and adverse winter conditions in a Mediterranean mixed forest, Catalonia (Spain)

Evergreen trees in the Mediterranean region must cope with a wide range of environmental stresses from summer drought to winter cold. The mildness of Mediterranean winters can periodically lead to favourable environmental conditions above the threshold for a positive carbon balance, benefitting evergreen woody species more than deciduous ones. The comparatively lower solar energy input in winter decreases the foliar light saturation point. This leads to a higher susceptibility to photoinhibitory stress especially when chilly (< 12 C) or freezing temperatures (< 0 C) coincide with clear skies and relatively high solar irradiances. Nonetheless, the advantage of evergreen species that are able to photosynthesize all year round where a significant fraction can be attributed to winter months, compensates for the lower carbon uptake during spring and summer in comparison to deciduous species. We investigated the ecophysiological behaviour of three co-occurring mature evergreen tree species (Quercus ilex L., Pinus halepensis Mill., and Arbutus unedo L.). Therefore, we collected twigs from the field during a period of mild winter conditions and after a sudden cold period. After both periods, the state of the photosynthetic machinery was tested in the laboratory by estimating the foliar photosynthetic potential with CO2 response curves in parallel with chlorophyll fluorescence measurements. The studied evergreen tree species benefited strongly from mild winter conditions by exhibiting extraordinarily high photosynthetic potentials. A sudden period of frost, however, negatively affected the photosynthetic apparatus, leading to significant decreases in key physiological parameters such as the maximum carboxylation velocity (Vc,max), the maximum photosynthetic electron transport rate (Jmax), and the optimal fluorometric quantum yield of photosystem II (Fv/Fm). The responses of Vc,max and Jmax were highly species specific, with Q. ilex exhibiting the highest and P. halepensis the lowest reductions. In contrast, the optimal fluorometric quantum yield of photosystem II (Fv/Fm) was significantly lower in A. unedo after the cold period. The leaf position played an important role in Q. ilex showing a stronger winter effect on sunlit leaves in comparison to shaded leaves. Our results generally agreed with the previous classifications of photoinhibition-tolerant (P. halepensis) and photoinhibitionavoiding (Q. ilex) species on the basis of their susceptibility to dynamic photoinhibition, whereas A. unedo was the least tolerant to photoinhibition, which was chronic in this species. Q. ilex and P. halepensis seem to follow contrasting photoprotective strategies. However, they seemed equally successful under the prevailing conditions exhibiting an adaptive advantage over A. unedo. These results show that our understanding of the dynamics of interspecific competition in Mediterranean ecosystems requires consideration of the physiological behaviour during winter which may have important implications for long-term carbon budgets and growth trends.

Mathematical analysis of maximum power generated by photovoltaic systems and fitting curves for standard test conditions

The rural electrification is characterized by geographical dispersion of the population, low consumption, high investment by consumers and high cost. Moreover, solar radiation constitutes an inexhaustible source of energy and in its conversion into electricity photovoltaic panels are used. In this study, equations were adjusted to field conditions presented by the manufacturer for current and power of small photovoltaic systems. The mathematical analysis was performed on the photovoltaic rural system I-100 from ISOFOTON, with power 300 Wp, located at the Experimental Farm Lageado of FCA/UNESP. For the development of such equations, the circuitry of photovoltaic cells has been studied to apply iterative numerical methods for the determination of electrical parameters and possible errors in the appropriate equations in the literature to reality. Therefore, a simulation of a photovoltaic panel was proposed through mathematical equations that were adjusted according to the data of local radiation. The results have presented equations that provide real answers to the user and may assist in the design of these systems, once calculated that the maximum power limit ensures a supply of energy generated. This real sizing helps establishing the possible applications of solar energy to the rural producer and informing the real possibilities of generating electricity from the sun.

Methodology for Photovoltaic Modules Characterization and Shading Effects Analysis

This work describes the methodology, basic procedures and instrumental employed by the Solar Energy Laboratory at Universidade Federal do Rio Grande do Sul for the determination of current-voltage characteristic curves of photovoltaic modules. According to this methodology, I-V characteristic curves were acquired for several modules under diverse conditions. The main electrical parameters were determined and the temperature and irradiance influence on photovoltaic modules performance was quantified. It was observed that most of the tested modules presented output power values considerably lower than those specified by the manufacturers. The described hardware allows the testing of modules with open-circuit voltage up to 50 V and short-circuit current up to 8 A.

Fighting by sleep-deprived rats as a possible manifestation of panic: effects of sodium lactate

Increased fighting is an effect of desynchronized sleep deprivation (DSD) in rats, and recently this behavior has been suggested to be spontaneous panic and equivalent to panic disorder. In the present study we tested this hypothesis by evaluating the effect of sodium lactate on this aggressiveness, because this substance is recognized to induce spontaneous panic attacks in patients. A total of 186 male albino Wistar rats, 250-350 g, 90-120 days of age, were submitted to DSD (multiple platform method) for 0, 4, or 5 days. At the end of the deprivation period the rats were divided into subgroups respectively injected intraperitoneally with 1.86, 2.98 and 3.72 g/kg of 1 M sodium lactate, or 1.86 and 3.72 g/kg of 2 M sodium lactate. The control animals were submitted to the same procedures but received equivalent injections of sodium chloride. Regardless of DSD time, sleep-deprived animals that received sodium lactate presented a significantly higher mean number of fights (0.13 ± 0.02 fights/min) and a longer mean time spent in confrontation (2.43 ± 0.66 s/min) than the controls (0.01 ± 0.006 fights/min and 0.12 ± 0.07 s/min, respectively; P<0.01, Student t-test). For the sodium lactate group, concentration of the solution and time of deprivation increased the number of fights, with the mean number of fights and mean duration of fighting episodes being greater with the 2.98 g/kg dose using 1 M lactate concentration. These results support the hypothesis that fighting induced by DSD is probably a spontaneous panic manifestation. However, additional investigations are necessary in order to accept this as a promising animal model for studies on panic disorder.

Litiumin talteenotto väkevistä kloridiliuoksista solvatoivilla uuttoreagensseilla

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää voidaanko litiumia erottaa suolaliuoksesta solvatoivien uuttoreagenssien avulla suoraan ilman tavanomaisia monivaiheisia prosesseja. Kirjallisessa osassa esitellään neste-nesteuuton periaatteet ja tarkastellaan litiumin talteenotossa käytettyjä uuttomenetelmiä sekä litiumin merkitystä yhteiskunnallisti. Kokeellisessa osassa tutkittiin litiumin uuttoa litiumtetrakloroferraattina vesiliuoksesta, jonka koostumus oli lähellä Argentiinan Rinconin alueen suolajärvien vettä sisältäen litium-, kalsium-, magnesium-, sekä natriumkloridia. Kokeet suoritettiin erotussuppiloissa huoneenlämmössä käyttäen orgaanisena faasina tributyylifosfaatin (TBP) ja kerosiini, tributyylifosfaatin ja di-isobutyyliketonin sekä tributyylifosfaatin ja metyyli-isobutyyliketonin seoksia. Kullakin orgaanisella faasilla tehtiin kaksi koesarjaa. Ensimmäisessä vaihdettiin liuoksen [Fe3+]/[Li+]-suhdetta orgaanisen faasin TBP-pitoisuuden ollessa vakio. Toisessa muutettiin orgaanisen faasin TBP-pitoisuutta [Fe3+]/[Li+]-suhteen pysyessä vakiona. Litium saatiin talteenotettua hyvin selektiivisesti magnesiumin ja kalsiumin suhteen. Rautakonsentraation lisäyksen huomattiin lisäävän litiumin saantoa, mutta suurilla rautakonsentraatioilla selektiivisyys oli huonompi. Litiumia ei saatu erotettua kovin tehokkaasti, johtuen todennäköisesti suuresta natriumkonsentraatiosta. Suurin osa natriumista tulisi poistaa ennen uuttoa. Jos natriumin saisi poistettua tehokkaasti ennen uuttoa, voisi tutkittu menetelmä olla huomattavasti nopeampi verrattuna perinteiseen monivaiheiseen litiumin talteenottoprosessiin. Menetelmän huonona puolena on kuitenkin sen suuri raudan kulutus

The effect of sodium reduction and the use of herbs and spices on the quality and safety of bologna sausage

In this study, the replacement of 50% NaCl by KCl in Bologna sausage with the addition of herbs and spice blends (coriander, onion, white pepper, cardamom, and Jamaican pepper) was evaluated. The formulations tested showed a significant reduction in the sodium content with no major alterations in the emulsion stability, texture, and microbiological characteristics. The use of 50% KCl caused a reduction in the sensory quality leading to a significant decrease in the consumers' purchase intention. The formulations with the addition of herbs and spice blends presented better results in the sensory evaluation indicating that this strategy can reduce the negative effects resulting from the use of KCl.

Influence of heat treatment on the sensory and physical characteristics and carbohydrate fractions of french-fried potatoes (Solanum tuberosum L.)

AbstractThe aim of this study was to analyze the impact that heat treatment with salts and freezing processes on the sensory, instrumental, and physico-chemical characteristics of fried potatoes of the Monalisa cultivar. The potatoes were blanched in distilled water (P); sodium chloride solution (B1); calcium chloride solution (B2), and a solution with both of these salts (B3). They were then pre-cooked and frozen for 24 hours and for 30 days. After frying, sensory characteristics were analyzed (color, texture, flavor, oiliness), along with overall preference and instrumental determinations of texture, color, and oil content. Further tests were conducted on the sample with the best results in the sensory analysis (B1), along with sample P as a control, to determine granule microstructure, carbohydrate fractions, glycemic index, and glycemic load. Blanching B3, despite reducing oil absorption and providing less oiliness, obtained lesser overall preference. Freezing for 30 days increased the lightness, except for when sodium chloride was used, which intensified the color yellow. The use of sodium chloride did not interfere with the type of starch granules, nor with the formation of resistant starch; however, longer freezing time reduced the glycemic index and concentrated the dietary fiber content. All samples exhibited low glycemic index and moderate glycemic loads.

Prevention of contrast induced nephropathy with sodium bicarbonate (the PROMEC study)

Introduction: Contrast-induced nephropathy is a common complication of radiographic procedures. Different measures have been used to avoid this damage, but the evidence is controversial. New investigations are required to clarify it. We investigated the efficacy and safety of sodium bicarbonate solution compared with sodium chloride solution to prevent contrast induced nephropathy in patients with or at risk of renal dysfunction. Methods: A prospective, single-center, randomized clinical trial conducted from May 1, 2007 to February 8, 2008. Inpatients in a tertiary center, scheduled to undergo a procedure with the nonionic radiographic contrast agent iohexol. There were 220 patients with serum creatinine levels of at least 1.2 mg/dL (106.1 µmol/L) and/or type 2 diabetics, who were randomized to receive an infusion of sodium chloride (n = 113) or sodium bicarbonate (n = 107) before and after contrast dye administration. The intervention were "A" group received 1 ml/kg/hour of normal saline solution, starting 12 hours before and continuing 12 hours after iohexol contrast. "B" group received 3 ml/kg of sodium bicarbonate solution (150 mEq/L) one hour prior to procedure and then drip rate was decreased to 1 ml/kg/hour until 6 hours post procedure. Our main outcome measure was change in serum creatinine. Results: The mean creatinine value after the procedure was 1.26 mg/dL in the saline group and 1.22 mg/dL in the bicarbonate group (mean difference: 0.036; CI 95%: -0.16 to 0.23, p = 0.865). The diagnosis of contrast-induced nephropathy, defined by increase in serum creatinine on 25% or more within 2 days after administration of radiographic contrast, was done in twelve patients (12%) in the bicarbonate group and eighth patients (7.1%) in the saline group (RR: 1.68, CI 95%: 0.72 to 3.94). Conclusion: Our investigation showed that there were no differences between normal saline solution (extended infusion) vs. bicarbonate solution for nephroprotection.

Characterisation and optimisation of the flavour of health-promoting, plantderived bitterants in functional beverages.

Flavour is a combination of taste, odour, and chemesthetic sensations. Close associations exist between these sensory modalities, and thus, the overall flavour of a food or beverage product can change when the intensity of one or more of these sensations is altered. Strategies to modify flavour are often utilized by the food industry, and are central to the engineering of new and reformulated products. For functional food and beverages, flavour modification is particularly important, as fortifying agents can elicit high levels of less than desirable sensations, such as bitterness and astringency. The application of various flavour modifying strategies can decrease the perceived intensity of these sensations, and in tum, improve the sensory profile of the product. This collection of studies describes the sensory characteristics of experimental functional beverages fortified with trans-resveratrol, (+)-catechin, and/or caffeine, and examines the impact of novel flavour modifying strategies on the perceived flavour of these beverages. In the first study, results demonstrate that the flavour profile of Cabemet Sauvignon wines fortified with 20 mglL and 200 mg/L of trans-resveratrol is not perceived as different compared to control wine (0 mglL). However, Riesling wine fortified with 200 mg/L is perceived as significantly higher in bitterness compared to 20 mglL and control. For some functional food formulations, alternative strategies for flavour modification are needed. Traditional methods, such as the addition of sucrose and sodium chloride, may decrease the perceived 'healthiness' of a product, and thus, may be sub-optimal. In a second study, high and low concentrations of five different bitter inhibiting compounds - 'bitter blockers' - (B-cyclodextrin, homoeridictyol sodium salt, carboxymethylcellulose - low viscosity, zinc sulfate, magnesium sulfate) were tested for their efficacy towards decreasing the bitterness of high and low concentrations of caffeine and (+)catechin - two health-relevant, plant-derived bitterants. B-cyclodextrin and homoeridictyol sodium salt were the most effective blockers at decreasing (+ )-catechin and caffeine, respectively. In addition to bitter blockers, additional flavour modifying strategies, either alone or in combination - may also be successful in functional food formulations. Both sucrose and rebaudioside A - a plant-derived sweetener - were effective at decreasing the bitterness of (+)catechin. When added to (+)-catechin along with B-cyc1odextrin, both sweeteners provided the most effective decrease in bitterness compared to binary, ternary, or quaternary mixtures of (+)catechin together with bitter blockers, sweeteners, andlor odourants. The perceived intensity of sensations elicited by sweeteners and odourants was not affected by the addition of bitter blockers, and thus, their impact within these complex matrices is minimal. In addition, withinmodal (taste-taste) compared to cross-modal (taste-odour) sensory interactions were more effective at decreasing the bitterness of (+ )-catechin. Overall, results from these studies demonstrate that certain novel, alternative flavour modifying approaches may be successful towards lowering the bitterness and astringency elicited by (+ )-catechin and caffeine in aqueous solutions.

Approche efficace pour la conception des architectures multiprocesseurs sur puce électronique

Les systèmes multiprocesseurs sur puce électronique (On-Chip Multiprocessor [OCM]) sont considérés comme les meilleures structures pour occuper l'espace disponible sur les circuits intégrés actuels. Dans nos travaux, nous nous intéressons à un modèle architectural, appelé architecture isométrique de systèmes multiprocesseurs sur puce, qui permet d'évaluer, de prédire et d'optimiser les systèmes OCM en misant sur une organisation efficace des nœuds (processeurs et mémoires), et à des méthodologies qui permettent d'utiliser efficacement ces architectures. Dans la première partie de la thèse, nous nous intéressons à la topologie du modèle et nous proposons une architecture qui permet d'utiliser efficacement et massivement les mémoires sur la puce. Les processeurs et les mémoires sont organisés selon une approche isométrique qui consiste à rapprocher les données des processus plutôt que d'optimiser les transferts entre les processeurs et les mémoires disposés de manière conventionnelle. L'architecture est un modèle maillé en trois dimensions. La disposition des unités sur ce modèle est inspirée de la structure cristalline du chlorure de sodium (NaCl), où chaque processeur peut accéder à six mémoires à la fois et où chaque mémoire peut communiquer avec autant de processeurs à la fois. Dans la deuxième partie de notre travail, nous nous intéressons à une méthodologie de décomposition où le nombre de nœuds du modèle est idéal et peut être déterminé à partir d'une spécification matricielle de l'application qui est traitée par le modèle proposé. Sachant que la performance d'un modèle dépend de la quantité de flot de données échangées entre ses unités, en l'occurrence leur nombre, et notre but étant de garantir une bonne performance de calcul en fonction de l'application traitée, nous proposons de trouver le nombre idéal de processeurs et de mémoires du système à construire. Aussi, considérons-nous la décomposition de la spécification du modèle à construire ou de l'application à traiter en fonction de l'équilibre de charge des unités. Nous proposons ainsi une approche de décomposition sur trois points : la transformation de la spécification ou de l'application en une matrice d'incidence dont les éléments sont les flots de données entre les processus et les données, une nouvelle méthodologie basée sur le problème de la formation des cellules (Cell Formation Problem [CFP]), et un équilibre de charge de processus dans les processeurs et de données dans les mémoires. Dans la troisième partie, toujours dans le souci de concevoir un système efficace et performant, nous nous intéressons à l'affectation des processeurs et des mémoires par une méthodologie en deux étapes. Dans un premier temps, nous affectons des unités aux nœuds du système, considéré ici comme un graphe non orienté, et dans un deuxième temps, nous affectons des valeurs aux arcs de ce graphe. Pour l'affectation, nous proposons une modélisation des applications décomposées en utilisant une approche matricielle et l'utilisation du problème d'affectation quadratique (Quadratic Assignment Problem [QAP]). Pour l'affectation de valeurs aux arcs, nous proposons une approche de perturbation graduelle, afin de chercher la meilleure combinaison du coût de l'affectation, ceci en respectant certains paramètres comme la température, la dissipation de chaleur, la consommation d'énergie et la surface occupée par la puce. Le but ultime de ce travail est de proposer aux architectes de systèmes multiprocesseurs sur puce une méthodologie non traditionnelle et un outil systématique et efficace d'aide à la conception dès la phase de la spécification fonctionnelle du système.

Développement de nouveaux matériaux organométalliques pour des applications dans le domaine de la conversion d’énergie solaire

Dans un contexte où l’approvisionnement énergétique mondial du 21e siècle est un enjeu majeur, le développement de sources d’énergie renouvelables suscite l’attention croissante de la communauté scientifique et industrielle. L’énergie solaire est définitivement l’une des meilleures alternatives aux combustibles fossiles en tant que source d’énergie du monde de demain. Ce mémoire traite donc du développement de nouveaux matériaux organométalliques pour des applications de photorécoltage d’énergie en photovoltaïque et en production d’hydrogène. Le premier chapitre présente la synthèse assistée par microondes de quatre nouveaux complexes de Co(II), Ni(II), Cu(II) et Zn(II) basés sur le ligand tétra-p-méthoxyphényl-azadipyrrométhène (ADPM) avec des rendements variant de 89% à quantitatif. Ces complexes sont mis en relation avec d’autres complexes homoleptiques connus portant le tétraphényl-ADPM comme ligand ainsi qu’avec leurs chélates de BF2+ pour une meilleure compréhension des tendances engendrées par la substitution de l’agent coordonnant et/ou des substituants p-méthoxy. Pour ce faire, le comportement électrochimique et photophysique est présenté. De façon générale, la présence des quatre groupements p-méthoxy semble rendre les dérivés de cet ADPM plus susceptibles à la dégradation électrochimique en conditions d’oxydation et induire un déplacement bathochromique des propriétés optiques d’absorption et d’émission. Les structures rayons X du ligand tétra-p-méthoxyphényl-ADPM et de son complexe homoleptique de Co(II) sont aussi discutées. Cette étude a été effectuée dans l’espoir de fournir des informations utiles sur la stabilité des ADPM aux chercheurs du domaine photovoltaïque en quête de nouveaux chromophores dans le proche infrarouge (NIR). Le deuxième chapitre présente quant à lui les propriétés de senseur envers les anions F-, OAc- et H2PO4- de deux nouveaux complexes neutres de Re(I) de type mono- et dinucléaire basés sur une phénanthroline substituée en position 5 contenant un récepteur thio-urée. Ces composés ont été obtenus dans des rendements de 81% et 60%, respectivement. L’effet de la formation de ponts hydrogène lors de l’ajout d’anions versus la déprotonation du récepteur a été évalué par des titrations UV/Vis et RMN 1H et semble indiquer que la formation de la base conjuguée du récepteur est favorisée pour ce type de système. De plus, la structure rayons X d’un des précurseurs est présentée et permet une discussion sur la chiralité des complexes mono- et dinucléaire obtenus. L’obtention d’un complexe bimétallique par autoassemblage ouvre la voie à la préparation d’antennes moléculaires pour des systèmes de photosynthèse artificielle.

Isolation and identification of native microalgae for biodiesel production

La demande croissante en carburants, ainsi que les changements climatiques dus au réchauffement planétaire poussent le monde entier à chercher des sources d’énergie capables de produire des combustibles alternatifs aux combustibles fossiles. Durant les dernières années, plusieurs sources potentielles ont été identifiées, les premières à être considérées sont les plantes oléagineuses comme source de biocarburant, cependant l’utilisation de végétaux ou d’huiles végétales ayant un lien avec l’alimentation humaine peut engendrer une hausse des prix des denrées alimentaires, sans oublier les questions éthiques qui s’imposent. De plus, l'usage des huiles non comestibles comme sources de biocarburants, comme l’huile de jatropha, de graines de tabac ou de jojoba, révèle un problème de manque de terre arable ce qui oblige à réduire les terres cultivables de l'industrie agricole et alimentaire au profit des cultures non comestibles. Dans ce contexte, l'utilisation de microorganismes aquatiques, tels que les microalgues comme substrats pour la production de biocarburant semble être une meilleure solution. Les microalgues sont faciles à cultiver et peuvent croitre avec peu ou pas d'entretien. Elles peuvent ainsi se développer dans des eaux douces, saumâtres ou salées de même que dans les terres non cultivables. Le rendement en lipide peut être largement supérieur aux autres sources de biocarburant potentiel, sans oublier qu’elles ne sont pas comestibles et sans aucun impact sur l'industrie alimentaire. De plus, la culture intensive de microalgues pour la production de biodiesel pourrait également jouer un rôle important dans l'atténuation des émissions de CO2. Dans le cache de ce travail, nous avons isolé et identifié morphologiquement des espèces de microalgues natives du Québec, pour ensuite examiner et mesurer leur potentiel de production de lipides (biodiesel). L’échantillonnage fut réalisé dans trois régions différentes du Québec: la région de Montréal, la gaspésie et le nord du Québec, et dans des eaux douces, saumâtres ou salées. Cent souches ont été isolées à partir de la région de Montréal, caractérisées et sélectionnées selon la teneur en lipides et leur élimination des nutriments dans les eaux usées à des températures différentes (10 ± 2°C et 22 ± 2°C). Les espèces ayant une production potentiellement élevée en lipides ont été sélectionnées. L’utilisation des eaux usées, comme milieu de culture, diminue le coût de production du biocarburant et sert en même temps d'outil pour le traitement des eaux usées. Nous avons comparé la biomasse et le rendement en lipides des souches cultivées dans une eau usée par apport à ceux dans un milieu synthétique, pour finalement identifié un certain nombre d'isolats ayant montré une bonne croissance à 10°C, voir une teneur élevée en lipides (allant de 20% à 45% du poids sec) ou une grande capacité d'élimination de nutriment (>97% d'élimination). De plus, nous avons caractérisé l'une des souches intéressantes ayant montré une production en lipides et une biomasse élevée, soit la microalgue Chlorella sp. PCH90. Isolée au Québec, sa phylogénie moléculaire a été établie et les études sur la production de lipides en fonction de la concentration initiale de nitrate, phosphate et chlorure de sodium ont été réalisées en utilisant de la méthodologie des surfaces de réponse. Dans les conditions appropriées, cette microalgue pourrait produire jusqu'à 36% de lipides et croitre à la fois dans un milieu synthétique et un milieu issu d'un flux secondaire de traitement des eaux usées, et cela à 22°C ou 10°C. Ainsi, on peut conclure que cette souche est prometteuse pour poursuivre le développement en tant que productrice potentielle de biocarburants dans des conditions climatiques locales.

Modelling and simulation of a photovoltaic fuel cell hybrid system

A stand-alone power system is an autonomous system that supplies electricity to the user load without being connected to the electric grid. This kind of decentralized system is frequently located in remote and inaccessible areas. It is essential for about one third of the world population which are living in developed or isolated regions and have no access to an electricity utility grid. The most people live in remote and rural areas, with low population density, lacking even the basic infrastructure. The utility grid extension to these locations is not a cost effective option and sometimes technically not feasible. The purpose of this thesis is the modelling and simulation of a stand-alone hybrid power system, referred to as “hydrogen Photovoltaic-Fuel Cell (PVFC) hybrid system”. It couples a photovoltaic generator (PV), an alkaline water electrolyser, a storage gas tank, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), and power conditioning units (PCU) to give different system topologies. The system is intended to be an environmentally friendly solution since it tries maximising the use of a renewable energy source. Electricity is produced by a PV generator to meet the requirements of a user load. Whenever there is enough solar radiation, the user load can be powered totally by the PV electricity. During periods of low solar radiation, auxiliary electricity is required. An alkaline high pressure water electrolyser is powered by the excess energy from the PV generator to produce hydrogen and oxygen at a pressure of maximum 30bar. Gases are stored without compression for short- (hourly or daily) and long- (seasonal) term. A proton exchange membrane (PEM) fuel cell is used to keep the system’s reliability at the same level as for the conventional system while decreasing the environmental impact of the whole system. The PEM fuel cell consumes gases which are produced by an electrolyser to meet the user load demand when the PV generator energy is deficient, so that it works as an auxiliary generator. Power conditioning units are appropriate for the conversion and dispatch the energy between the components of the system. No batteries are used in this system since they represent the weakest when used in PV systems due to their need for sophisticated control and their short lifetime. The model library, ISET Alternative Power Library (ISET-APL), is designed by the Institute of Solar Energy supply Technology (ISET) and used for the simulation of the hybrid system. The physical, analytical and/or empirical equations of each component are programmed and implemented separately in this library for the simulation software program Simplorer by C++ language. The model parameters are derived from manufacturer’s performance data sheets or measurements obtained from literature. The identification and validation of the major hydrogen PVFC hybrid system component models are evaluated according to the measured data of the components, from the manufacturer’s data sheet or from actual system operation. Then, the overall system is simulated, at intervals of one hour each, by using solar radiation as the primary energy input and hydrogen as energy storage for one year operation. A comparison between different topologies, such as DC or AC coupled systems, is carried out on the basis of energy point of view at two locations with different geographical latitudes, in Kassel/Germany (Europe) and in Cairo/Egypt (North Africa). The main conclusion in this work is that the simulation method of the system study under different conditions could successfully be used to give good visualization and comparison between those topologies for the overall performance of the system. The operational performance of the system is not only depending on component efficiency but also on system design and consumption behaviour. The worst case of this system is the low efficiency of the storage subsystem made of the electrolyser, the gas storage tank, and the fuel cell as it is around 25-34% at Cairo and 29-37% at Kassel. Therefore, the research for this system should be concentrated in the subsystem components development especially the fuel cell.

Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien

Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausmaße der Klimaänderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabhängig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren lässt, bleibt dabei zu klären, welche Möglichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit für etwa die Hälfte des anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien Möglichkeiten einer weitgehend CO2–neutralen Stromversorgung für Europa und seine nähere Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie möglichst kostengünstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise für Szenarien untersucht, in denen ausschließlich heute marktverfügbare Techniken berücksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zukünftigen Stromversorgung sollte dabei nach Möglichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsansätze gewährleisten. Dafür wurde ein Optimierungsansatz gewählt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, für die definierte möglichst realitätsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gewährleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke berücksichtigt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage für zukünftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen für eine zukünftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener – auch politischer – Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage für die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ermittelt werden, mit denen es erstmals möglich war, die Fragen einer großräumigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verlässlichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausführlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario für eine Stromversorgung unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschließlich auf heute bereits entwickelte Technologien zurückgreift und dabei für alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Abschätzung für unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum größten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft übernehmen den überwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des – mit leistungsstarker HGÜ (Hochspannungs–Gleichstrom–Übertragung) verknüpften – Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 €ct / kWh sehr nahe am heute Üblichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Strombörse. In allen Szenarien – außer relativ teuren, restriktiv ”dezentralen” unter Ausschluss großräumig länderübergreifenden Stromtransports – spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabhängigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kostengünstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherfähigkeit für großräumige Backup-Aufgaben zu erschließen. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schlüssel zu einer kostengünstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den großräumigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verlässliche Grundlagen für wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verfügung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung möglich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren wäre und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik läge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente für eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2–neutralen Stromversorgung beschritten würde, sondern sich darüber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven für die ärmeren Nachbarstaaten der EU und Europas eröffnen.

Projecte d'implantació d'energia solar fotovoltaica al municipi d'Albanyà

Disseny d’una instal·lació d’energia solar fotovoltaica per als edificis públics del municipi d’Albanyà (Alt Empordà) per connectar-la a la xarxa i amb un estudi sobre la substitució dels actuals fanals de l’enllumenat públic per fanals alimentats amb energia solar fotovoltaica