Thermal Impacts on Building Integrated Photovoltaic (BIPV) (Electrical, Thermal and Mechanical Characteristics)

Ein Drittel des weltweiten gesamten Energiebedarfs wird durch Gebäude verbraucht. Um diesen Energiebedarf teilweise zu decken, den erheblichen Energieverbrauch zu reduzieren und weiterhin andere Gebäudefunktionen beizubehalten, ist Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) eine der am besten geeigneten Lösungen für die Gebäudenanwendung. Im Bezug auf eine Vielzahl von Gestalltungsmöglichkeiten, sind die Randbedingungen der BIPV-Anwendungen eindeutig anders im Vergleich zu Standard-PV-Anwendungen, insbesondere bezüglich der Betriebstemperatur. Bisher gab es nicht viele Informationen zu den relevanten thermischen Auswirkungen auf die entsprechenden elektrischen Eigenschaften zusammen mit thermischen und mechanischen relevanten Gebäudenfunktionen. Die meisten Hersteller übernehmen diese Eigenschaften von entsprechenden PV-Modulen und konventionellen Bauprodukten Normen, die zur ungenauen System- und Gebäudeplanungen führen. Deshalb ist die Untersuchung des thermischen Einflusses auf elektrische, thermische sowie mechanische Eigenschaften das Hauptziel der vorliegenden Arbeit. Zunächst wird das Temperatur-Model mit dem Power-Balance-Konzept erstellt. Unter Berücksichtigung der variablen Installationsmöglichkeiten und Konfigurationen des Moduls wird das Model auf Basis dynamischer und stationär Eigenschaften entwickelt. Im Hinblick auf die dynamische Simulation können der Energieertrag und Leistung zusammen mit der thermischen Gebäudesimulation in Echtzeit simuliert werden. Für stationäre Simulationen können die relevanten Gebäudefunktionen von BIPV-Modulen sowohl im Sommer als auch im Winter simuliert werden. Basierend auf unterschiedlichen thermischen und mechanischen Last-Szenarien wurde darüber hinaus das mechanische Model zusammen mit Variationen von Belastungsdauer, Montagesystem und Verkapselungsmaterialien entwickelt. Um die Temperatur- und Mechanik-Modelle zu validieren, wurden die verschiedenen Prüfeinrichtungen zusammen mit neuen Testmethoden entwickelt. Bei Verwendung der Prüfanlage „PV variable mounting system“ und „mechanical testing equipment“ werden zudem die verschiedenen Szenarien von Montagesystemen, Modul-Konfigurationen und mechanischen Belastungen emuliert. Mit der neuen Testmethode „back-bias current concept“ können zum einen die solare Einstrahlung und bestimmte Betriebstemperaturen eingestellt werden. Darüber hinaus wurden mit den eingangs erwähnten validierten Modellen das jeweilige elektrische, thermische und mechanische Verhalten auf andere Konfigurationen bewertet. Zum Abschluss wird die Anwendung von Software-Tools bei PV-Herstellern im Hinblick auf die entsprechenden Modellentwicklungen thematisiert.

Efficient Characterisation and Optimal Control of Open Quantum Systems - Mathematical Foundations and Physical Applications

Since no physical system can ever be completely isolated from its environment, the study of open quantum systems is pivotal to reliably and accurately control complex quantum systems. In practice, reliability of the control field needs to be confirmed via certification of the target evolution while accuracy requires the derivation of high-fidelity control schemes in the presence of decoherence. In the first part of this thesis an algebraic framework is presented that allows to determine the minimal requirements on the unique characterisation of arbitrary unitary gates in open quantum systems, independent on the particular physical implementation of the employed quantum device. To this end, a set of theorems is devised that can be used to assess whether a given set of input states on a quantum channel is sufficient to judge whether a desired unitary gate is realised. This allows to determine the minimal input for such a task, which proves to be, quite remarkably, independent of system size. These results allow to elucidate the fundamental limits regarding certification and tomography of open quantum systems. The combination of these insights with state-of-the-art Monte Carlo process certification techniques permits a significant improvement of the scaling when certifying arbitrary unitary gates. This improvement is not only restricted to quantum information devices where the basic information carrier is the qubit but it also extends to systems where the fundamental informational entities can be of arbitary dimensionality, the so-called qudits. The second part of this thesis concerns the impact of these findings from the point of view of Optimal Control Theory (OCT). OCT for quantum systems utilises concepts from engineering such as feedback and optimisation to engineer constructive and destructive interferences in order to steer a physical process in a desired direction. It turns out that the aforementioned mathematical findings allow to deduce novel optimisation functionals that significantly reduce not only the required memory for numerical control algorithms but also the total CPU time required to obtain a certain fidelity for the optimised process. The thesis concludes by discussing two problems of fundamental interest in quantum information processing from the point of view of optimal control - the preparation of pure states and the implementation of unitary gates in open quantum systems. For both cases specific physical examples are considered: for the former the vibrational cooling of molecules via optical pumping and for the latter a superconducting phase qudit implementation. In particular, it is illustrated how features of the environment can be exploited to reach the desired targets.

Analyse von unerwünschten Arzneimittelwirkungen antibiotikahaltiger Euterinjektoren von Mastitiden bei Kühen der Rasse Holstein- Friesian unter Berücksichtigung von Leistungsniveau, Genetik und Produktionsbedingungen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, detailliert Wechselwirkungen zwischen dem binären Gesundheitsmerkmal klinischer Mastitis auf der einen und Produktionsmerkmalen (z. B. Milch-kg) und funktionalen Merkmalen (z.B. somatischer Zellgehalt) auf der anderen Seite unter simultaner Berücksichtigung von Umwelt und genetisch bedingten Einflussgrößen auf phänotypischer und genetischer Ebene abzubilden. Die Studie fokussierte auf innovative Aspekte der genetisch-statistischen Modellierung bzgl. der Anwendung von rekursiver Pfadmodellmethodik und einer erstmalig durchgeführten detaillierten Beschreibung bzw. Aufteilung von Umwelteffekten im Kontext quantitativ genetischer Studien. Die Aufteilung der Umwelteffekte beinhaltete nicht nur herkömmliche bekannte Effekte wie den der Herde, des Herdentesttags oder der Laktationsnummer, sondern auch tierindividuelle antibiotische Applikationen. Diese antibiotischen Applikationen wurden als zusätzlicher Effekt in die statistische Modellierung integriert, um deren Einfluss auf Produktionsmerkmale und funktionale Merkmale im weiteren Laktationsverlauf abschätzen zu können. Unerwünschte Effekte einer antibiotischen Applikation auf andere Merkmale mit ökonomischer oder auch ethologischer Relevanz implizieren eine unerwünschte Nebenwirkung von antibiotischen Applikationen im weiteren Sinne, aber basierend auf einer objektiv erfassten und quantitativ und qualitativ hochwertigen Datengrundlage. Darüber hinausgehend erfolgte die direkte Evaluierung antibiotischer Applikationen zur Behandlung klinischer Mastitiden bzgl. etwaiger auftretender unerwünschter Arzneimittelwirkungen (UAW) im Sinne der klassischen Definition. Eine systematische Analyse mit der Definition einer UAW nicht als Effekt, sondern direkt als Merkmal, erfolgte basierend auf a) initiierter Versuchsdesigns b) der intensiven Zusammenarbeit mit kooperierenden externen Tierarztpraxen und c) bereits in Datenbanken elektronisch hinterlegter Information. Basis der direkten Analyse von UAW war die UAW Datenbank des Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Berlin, in der unerwünschte Arzneimittelwirkungen seit 2005 zentral erfasst werden. Die beiden weiteren Datensätze zur quantitativ genetischen Modellierung „zu indirekten UAW“ mittels Pfadmodellmethodik waren zum einen ein Datensatz von 19870 Holstein Friesian Kühen, die in 9 Testherden in Thüringen gehalten wurden (Datensatz II) sowie ein Datensatz von 1275 Braunviehkühen, die in 46 kleinstrukturierten Betrieben in der Schweiz gehalten wurden (Datensatz III). Insgesamt wurden in Rahmen der vorliegenden Arbeit sechs verschiedene wissenschaftliche Studien (siehe Kapitel III - Kapitel VIII) auf Grundlage von drei Datenbanken bzw. Datensätzen angefertigt. Diese Kapitel stehen im Gesamtkontext dieser Dissertationsschrift.

Diversity, local uses and availability of medicinal plants and wild yams in the Mahafaly region of south-western Madagascar

Short summary: This study was undertaken to assess the diversity of plant resources utilized by the local population in south-western Madagascar, the social, ecological and biophysical conditions that drive their uses and availability, and possible alternative strategies for their sustainable use in the region. The study region, ‘Mahafaly region’, located in south-western Madagascar, is one of the country’s most economically, educationally and climatically disadvantaged regions. With an arid steppe climate, the agricultural production is limited by low water availability and a low level of soil nutrients and soil organic carbon. The region comprises the recently extended Tsimanampetsotsa National Park, with numerous sacred and communities forests, which are threatened by slash and burn agriculture and overexploitation of forests resources. The present study analyzed the availability of wild yams and medicinal plants, and their importance for the livelihood of the local population in this region. An ethnobotanical survey was conducted recording the diversity, local knowledge and use of wild yams and medicinal plants utilized by the local communities in five villages in the Mahafaly region. 250 households were randomly selected followed by semi-structured interviews on the socio-economic characteristics of the households. Data allowed us to characterize sociocultural and socioeconomic factors that determine the local use of wild yams and medicinal plants, and to identify their role in the livelihoods of local people. Species-environment relationships and the current spatial distribution of the wild yams were investigated and predicted using ordination methods and a niche based habitat modelling approach. Species response curves along edaphic gradients allowed us to understand the species requirements on habitat conditions. We thus investigated various alternative methods to enhance the wild yam regeneration for their local conservation and their sustainable use in the Mahafaly region. Altogether, six species of wild yams and a total of 214 medicinal plants species from 68 families and 163 genera were identified in the study region. Results of the cluster and discriminant analysis indicated a clear pattern on resource, resulted in two groups of household and characterized by differences in livestock numbers, off-farm activities, agricultural land and harvests. A generalized linear model highlighted that economic factors significantly affect the collection intensity of wild yams, while the use of medicinal plants depends to a higher degree on socio-cultural factors. The gradient analysis on the distribution of the wild yam species revealed a clear pattern for species habitats. Species models based on NPMR (Nonparametric Multiplicative Regression analysis) indicated the importance of vegetation structure, human interventions, and soil characteristics to determine wild yam species distribution. The prediction of the current availability of wild yam resources showed that abundant wild yam resources are scarce and face high harvest intensity. Experiments on yams cultivation revealed that germination of seeds was enhanced by using pre-germination treatments before planting, vegetative regeneration performed better with the upper part of the tubers (corms) rather than the sets of tubers. In-situ regeneration was possible for the upper parts of the wild tubers but the success depended significantly on the type of soil. The use of manure (10-20 t ha¹) increased the yield of the D. alata and D. alatipes by 40%. We thus suggest the promotion of other cultivated varieties of D. alata found regions neighbouring as the Mahafaly Plateau.

Verletzlichkeit der Informationsgesellschaft

1986 bis 1988 eintwickelte die Projektjektgruppe verfassungsverträgliche Technikgestaltung (provet) in einer konditionalen Prognose ein Szenario für die Entwicklung und Anwendung der Informationstechnik in Deutschland. Daraus wurden Thesen für die Verletzlichkeit der Gesellschaft und deren Folgen sowie Gestaltungsvorschläge abgeleitet, mit denen die Verletzlichkeit reduziert werden könne. Der Forschungsbericht "Die Verletzlichkeit der Informationsgesellschaft" wurde vor 25 Jahren publiziert. In dem vorliegenden Beitrag prüfen Mitglieder von provet, inwieweit das Szenario und die diesbezügliche angenommene Verletzlichkeit eingetreten sind, ob eine Gegensteuerung gegen zu viel Verletzlichkeit stattfand und welche Rolle die Gestaltungsvorschläge der Studie dabei spielten. Daraus lässt sich mittelbar auch erkennen, wie nützlich der methodische Ansatz der Technikfolgenforschung und die Gestaltungsvorschläge waren und heute sein können.

Eigenschaften chromatischer Polynome

Die Berechnung des 1912 von Birkhoff eingeführten chromatischen Polynoms eines Graphen stellt bekanntlich ein NP-vollständiges Problem dar. Dieses gilt somit erst recht für die Verallgemeinerung des chromatischen Polynoms zum bivariaten chromatischen Polynom nach Dohmen, Pönitz und Tittmann aus dem Jahre 2003. Eine von Averbouch, Godlin und Makowsky 2008 vorgestellte Rekursionsformel verursacht durch wiederholte Anwendung im Allgemeinen einen exponentiellen Rechenaufwand. Daher war das Ziel der vorliegenden Dissertation, Vereinfachungen zur Berechnung des bivariaten chromatischen Polynoms spezieller Graphentypen zu finden. Hierbei wurden folgende Resultate erzielt: Für Vereinigungen von Sternen, für vollständige Graphen, aus welchen die Kanten von Sternen mit paarweise voneinander verschiedenen Ecken gelöscht wurden, für spezielle Splitgraphen und für vollständig partite Graphen konnten rekursionsfreie Gleichungen zur Berechnung des bivariaten chromatischen Polynoms mit jeweils linear beschränkter Rechenzeit gefunden werden. Weiterhin werden Möglichkeiten der Reduktion allgemeiner Splitgraphen, bestimmter bipartiter Graphen sowie vollständig partiter Graphen vorgestellt. Bei letzteren erweist sich eine hierbei gefundene Rekursionsformel durch eine polynomiell beschränkte Laufzeit als effektive Methode. Ferner konnte in einem Abschnitt zu Trennern in Graphen gezeigt werden, dass der Spezialfall der trennenden Cliquen, welcher im univariaten Fall sehr einfach ist, im bivariaten Fall sehr komplexe Methoden erfordert. Ein Zusammenhang zwischen dem bivariaten chromatischen Polynom und dem Matchingpolynom wurde für vollständige Graphen, welchen die Kanten von Sternen mit paarweise voneinander verschiedenen Ecken entnommen wurden, sowie für Bicliquen hergestellt. Die vorliegende Dissertation liefert darüber hinaus auch einige Untersuchungen zum trivariaten chromatischen Polynom, welches auf White (2011) zurückgeht und eine weitere Verallgemeinerung des bivariaten chromatischen Polynoms darstellt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass dessen Berechnung selbst für einfache Graphentypen schon recht kompliziert ist. Dieses trifft sogar dann noch zu, wenn man die einzelnen Koeffizienten als bivariate Polynome abspaltet und einzeln berechnet. Abschließend stellt die Arbeit zu vielen Resultaten Implementierungen mit dem Computeralgebrasystem Mathematica bereit, welche zahlreiche Möglichkeiten zu eigenständigen Versuchen bieten.

Atomistic-continuum modeling of ultrafast laser-induced melting of silicon targets

In this work, we present an atomistic-continuum model for simulations of ultrafast laser-induced melting processes in semiconductors on the example of silicon. The kinetics of transient non-equilibrium phase transition mechanisms is addressed with MD method on the atomic level, whereas the laser light absorption, strong generated electron-phonon nonequilibrium, fast heat conduction, and photo-excited free carrier diffusion are accounted for with a continuum TTM-like model (called nTTM). First, we independently consider the applications of nTTM and MD for the description of silicon, and then construct the combined MD-nTTM model. Its development and thorough testing is followed by a comprehensive computational study of fast nonequilibrium processes induced in silicon by an ultrashort laser irradiation. The new model allowed to investigate the effect of laser-induced pressure and temperature of the lattice on the melting kinetics. Two competing melting mechanisms, heterogeneous and homogeneous, were identified in our big-scale simulations. Apart from the classical heterogeneous melting mechanism, the nucleation of the liquid phase homogeneously inside the material significantly contributes to the melting process. The simulations showed, that due to the open diamond structure of the crystal, the laser-generated internal compressive stresses reduce the crystal stability against the homogeneous melting. Consequently, the latter can take a massive character within several picoseconds upon the laser heating. Due to the large negative volume of melting of silicon, the material contracts upon the phase transition, relaxes the compressive stresses, and the subsequent melting proceeds heterogeneously until the excess of thermal energy is consumed. A series of simulations for a range of absorbed fluences allowed us to find the threshold fluence value at which homogeneous liquid nucleation starts contributing to the classical heterogeneous propagation of the solid-liquid interface. A series of simulations for a range of the material thicknesses showed that the sample width we chosen in our simulations (800 nm) corresponds to a thick sample. Additionally, in order to support the main conclusions, the results were verified for a different interatomic potential. Possible improvements of the model to account for nonthermal effects are discussed and certain restrictions on the suitable interatomic potentials are found. As a first step towards the inclusion of these effects into MD-nTTM, we performed nanometer-scale MD simulations with a new interatomic potential, designed to reproduce ab initio calculations at the laser-induced electronic temperature of 18946 K. The simulations demonstrated that, similarly to thermal melting, nonthermal phase transition occurs through nucleation. A series of simulations showed that higher (lower) initial pressure reinforces (hinders) the creation and the growth of nonthermal liquid nuclei. For the example of Si, the laser melting kinetics of semiconductors was found to be noticeably different from that of metals with a face-centered cubic crystal structure. The results of this study, therefore, have important implications for interpretation of experimental data on the kinetics of melting process of semiconductors.

Förderung des kritischen Denkens thailändischer Deutschlernender durch Training des kritischen Lesens im Deutschunterricht

Die vorliegende Dissertation untersucht das Leseverhalten thailändischer Deutschlernender mit dem Ziel, ihre Fähigkeit zum kritischen Lesen unter Anwendung des MURDER-Schemas im fremdsprachlichen Deutschunterricht zu fördern. Neben der Lesefertigkeit soll aufgrund der bestehenden Zusammenhänge zusätzlich das kritische Denken der Lernenden gefördert werden.

O ambiente virtual na formação inicial de professores de alemão como apoio para o ensino e a aprendizagem da língua e a reflexão sobre ações docentes

Estudiosos dos campos da Educação, da Linguística Aplicada e da Formação de Professores de Línguas insistem hoje na grande importância da inclusão de Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs) na formação inicial, bem como na necessidade de promover o desenvolvimento do pensamento crítico-reflexivo dos futuros professores. Tomando como pressupostos teóricos estudos acerca das características da sociedade de informação, dos ambientes virtuais e da formação de professores, este trabalho tem como objetivo discutir possibilidades oferecidas pela plataforma Moodle de aprendizagem na formação inicial de professores de alemão. Para tanto, apresentaremos diferentes formas de uso de ambientes virtuais e de ferramentas neles disponíveis, que demonstraram ser de grande valor no processo de formação de licenciandos, tanto em língua alemã, quanto durante suas práticas iniciais. As experiências apontam para um valor inestimável de ambientes virtuais no acompanhamento de licenciandos no processo de aprendizagem da língua e nas primeiras experiências com a docência.

Na trilha do poético: um caso de angústia da influência

Diese These besteht aus der Analyse der Enteignungsverhältnisse und der Misselung, welche in den Texten der Ursprung des Kunstwerkes und die Hymnen Hölderlins vorkommen. Germanien und der Rhein sind in den 30en-Jahren letzten Jahrhunderts von Martin Heidegger verfasst worden. Ab anwendung der kritischen Methodologia von Harold Bloom und der starken Texgestaltung von Richard Rorty wird es deutlich, dass die Heideggers Lesungen der Hölderlins Poesia als ei Ersatzversuch der von Hegel entwickelte Kulturgeschichte ab deutescher Überlieferung klassicher Studien, die das tragische Erlebnis der alten Griechen als grundlegender Punkt des Westen Daseins vorbringen, verstanden werden können. So verlegt Heidegger die Aufbauachse der Entstehungserzälung des Abendlandes in Richtung Dichtkunst, indem er in seiner Wendung zum Dichterischen gleichzeitig auf der Suche nach einer abweichenden Feststellung der vorherrschaftlichen These ist, in welcher die Tragödie das grosse Antrittsereignis der westlichen Zivilisation darstellt, und darüber hinaus noch der Herstellung einer innigen Verbindung zwischen der Poesie von Hölderlin und Hesiudus, um die Enge der dichterischen Überinstimmung zu zeigen, welche die alten Griechen und die zeitegemässigen Deutschen verbrände. Dieser geistige Aufbau Heideggers hat man somit als ein überholungsversuch Hegels Einfluss und Denkungsart zur Vollendung der von Nietzsche begonnenen Überwindungsaufgabe des Hegelianismus´zu verstehen

Qualitative and quantitative characterization of aluminium alloys after corrosion testing

The 2024 and 7050 aluminium alloys used as aircraft components were subjected to laboratory corrosion tests in sodium chloride solution, Light-microscope examinations make it possible to characterise morphological aspects of the localised corrosion. Image analysis was used to determine both depth and width of pits over corroded surfaces. It has been concluded that the annealing could reduce the pit growth in both alloys, by means of grains recrystallization or recovery. The 2024 alloy also tends to present an exfoliation mechanism, mainly throughout non-recrystallized and recrystallized grain boundaries, increasing the width and sustaining the depth of pit cavities during exposition to saline atmosphere. SEM and EDS analysis reveal the morphology and elemental distribution of the corrosion products formed after immersion corrosion test. Some of these products were identified by X-ray diffraction analysis. For 2024, Al(OH)(3), MS(OH)(2) and Cu2O were found. AI(OH)(3) and Cu2O were also found in 7050 samples.

A metallurgical study of aluminium alloys used as aircraft components

The effects of heat treatment on morphologies and microstructures of Al 2024 and Al 7050 alloys, used as aircraft components, were studied by metallographic techniques. Light microscopy (LM) and quantitative image analysis were used to characterize the precipitate dispersion and morphology for these alloys. The application of the scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) combined techniques for studying these multiphase systems makes it possible to distinguish and quantify the different phases in the surface structure. Xray diffraction also permitted a qualitative comparison of the structures before and after heat treatments.

Quantitative characterization of multi-phase materials by digital image processing

An automatic image processing and analysis technique has been developed for quantitative characterization of multi-phase materials. For the development of this technique is used the Khoros system that offers the basic morphological tools and a flexible, visual programming language. These techniques are implemented in a highly user oriented image processing environment that allows the user to adapt each step of the processing to his special requirements.To illustrate the implementation and performance of this technique, images of two different materials are processed for microstructure characterization. The result is presented through the determination of volume fraction of the different phases or precipitates.

Influence of aged Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al alloy microstructure on chemical and electrochemical behavior in the Kroll reagent for metallographic etching

The chemical and electrochemical behaviour of the Ti-1 5V-3Cr-3Sn-3Al alloy in Kroll reagent has been studied after ageing at 350-600degreesC, to optimise metallographic etching. Etching tests and polarisation curves showed that samples aged at higher temperatures have been more susceptible to corrosion. It has been attributed to the formation of intra- and intergranular alpha-phase precipitates during ageing.

Quantitative fractography under light microscopy: A digital image processing approach

This work is an example of the improvement on quantitative fractography by means of digital image processing and light microscopy. Two techniques are presented to investigate the quantitative fracture behavior of Ti-4Al-4V heat-treated alloy specimens, under Charpy impact testing. The first technique is the Minkowski method for fractal dimension measurement from surface profiles, revealing the multifractal character of Ti-4Al-4V fracture. It was not observed a clear positive correlation of fractal values against Charpy energies for Ti-4Al-4V alloy specimens, due to their ductility, microstructural heterogeneities and the dynamic loading characteristics at region near the V-notch. The second technique provides an entire elevation map of fracture surface by extracting in-focus regions for each picture from a stack of images acquired at successive focus positions, then computing the surface roughness. Extended-focus reconstruction has been used to explain the behavior along fracture surface. Since these techniques are based on light microscopy, their inherent low cost is very interesting for failure investigations.