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Der Text beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Entwicklung eines Feldbuskopplers zwischen dem EtherCAT und dem VNX-Feldbus. Dabei werden grundlegende Aspekte beider Standards erläutert und verschiedene Lösungen zur Abbildung des VNX-Protokolls auf Seite des EtherCAT Standards erörtert. Die daraus hervorgegangene Lösung wird detailliert beschrieben und in der Praxis implementiert. Die Implementierung wird umfassend dokumentiert und die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden detailliert beleuchtet. Das Ergebnis der Arbeit ist ein zum EtherCAT Standard konformer Slave, welcher eine Verbindung zwischen VNX-Feldbus und EtherCAT-Feldbus herstellt.
Neben der Lösung für das genannte Problem wird allgemein auf Eigenheiten des EtherCAT Standards und Probleme, welche bei der Entwicklung von EtherCAT Slaves auftreten können und wie diese gelöst werden, eingegangen.
EAAT beschäftig sich u.a. mit der Entwicklung von berührungslosen Energieübertragern für rotieren-de Anwendungen.
Eine Anwendung betrifft die Energieversorgung von Piezoaktoren beim ultraschallunterstützten Boh-ren. Dabei werden die Spannsysteme für die Bohrer mit einem Piezoaktor versehen, der den Bohrer zu Schwingungen im Mikrometer-Bereich anregt. Um die Schwingungen gezielt regeln zu können, ist es notwendig, die tatsächliche Schwingweite zu ermitteln und diese Information einem Regler zuzu-führen. Diese Messgröße wird von einem passiven Piezoaufnehmer in der rotierenden Bohrerauf-nahme ermittelt. Diese und weitere Informationen (wie z.B. Temperaturmesswerte) müssen vom rotie-renden Teil nach außen übertragen werden. Dazu ist rotorseitig eine entsprechende Sendeelektronik notwendig. Die notwendige Energieversorgung für diese Elektronik kann über eine Hilfswicklung im Energieübertrager für die Piezospeisung erfolgen.
Es ist eine Energieversorgung für eine rotierende Elektronik zu entwickeln. Diese benötigt eine Gleichspannung im Bereich von ca.15V DC. Zur Verfügung steht aber nur eine Wechselspannung welche abhängig von der Belastung des Bohrers beim Ultraschallunterstützten Bohren im Bereich zwischen 20V und 150V liegen kann und eine Frequenz von ca. 20kHz hat.
Erschwerend kommt hinzu, dass die vorliegende Anwendung für das Mikrotieflochbohren vorgesehen ist. Der Aufbau solcher Bohrspindeln hat zur Folge, dass nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht und aufgrund der hohen Drehzahlen sehr hohe Kräfte auf die rotierenden Komponenten einwirken.
Diese Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:
- Recherche zum Stand der Technik
- Erstellung eines Konzeptes zur Umsetzung der Aufgabenstellung
- Umsetzung des Konzeptes in Hard- und Software
- Erprobung der entwickelten Schaltung
- Dokumentation des Programmcodes und der Versuchsergebnisse
In dieser Arbeit wird die Simulation eines CET-Labors für Marketingzwecke im Bereich der Gebäudeautomation beschrieben. Die Simulation beinhaltet ein interaktives 3D-Modell, welches die Auswirkungen einer realen HLK-Regelung anzeigt und beeinflusst. Ein wichtiger Bestandteil der Arbeit, neben der Erstellung des Modells und der Programmierung der HLK-Controller, ist die Kopplung dieser mit der Simulation über BACnet/IP. Die Kopplung wird mit der Programmiersprache
Zukünftige Emissionsziele erfordern einen hohen Wirkungsgrad des Antriebes. Dabei sind automatisierte Getriebe erforderlich, deren Schaltverhalten durch die Motorelektronik beeinflusst werden kann. Herkömmliche Automatik- bzw. Doppelkupplungsgetriebe bieten ein hervorragendes Schaltverhalten. Nachteilig bei diesen Getrieben sind der schlechte Wirkungsgrad und das hohe Gewicht. Manuelle Schaltgetriebe erlauben keinen Eingriff durch die Motorelektronik. Die Aufgabe der Diplomarbeit ist, ein Schaltgetriebe mittels elektronischer Steuerung zu automatisieren. Der später geplante Serieneinsatz erfordert einen kostengünstigen Aufbau der Elektronik und der Mechanik. Das Einlegen der Gänge erfolgt über einen Elektromotor, der über ein Schnecken-getriebe die Schaltwalze automatisiert in die Stellung der einzelnen Gänge dreht. Im Zuge der Diplomarbeit wird die Elektronik-Hardware und -Software zur Getriebesteuerung entwickelt. Das Ziel der Diplomarbeit ist es, die Realisierbarkeit für den Serieneinsatz zu überprüfen. Die Vorentwicklung und die ersten Tests erfolgen dabei mit Hilfe eines Mustergetriebes.
Bei positivem Abschluss der Vorentwicklung werden Prüfstandabstimmungen und Fahrzeugtests durchgeführt, wobei diese Entwicklungsschritte nicht mehr Teil der Diplomarbeit sind.
Grundlagen-Erörterung des Power Quality Problems der Oberschwingungen: Mathematische Grundlagen, Ursachen und Auswirkungen.
Anschließend Betrachtung der Lösungsmöglichkeiten mit besonderem Fokus auf aktiven Filter. Hierzu wird eine Marktanalyse durchgeführt und in einem reellen Beispiel findet die Dimensionierung eines aktiven Filters statt.
Lastflussumkehr, E-Mobilität und Wärmepumpen sind einige der Schlagwörter für die heutigen
Herausforderungen der elektrischen Verteilungsnetze. Auf der einen Seite, durch den vermehrten
Anschluss von dezentralen Erzeugungsanlagen, wie Photovoltaik-Einspeiseanlagen oder Kleinwindkraftwerke, werden die Netze mitunter entlastet. Sie werden auch immer öfter kurzfristig
zu Spitzenzeiten in Lastflussumkehr betrieben. Sprich: der Verbraucher wird zum Erzeuger. Auf
der anderen Seite stehen die neuartigen, leistungsstarken Verbraucher und der immer höhere
Elektrifizierungsgrad der Kundenanlagen, welche die Netze sehr stark belasten und die Netzbetreiber vor eine neue Herausforderung stellen. Diese Herausforderungen sind zum einen das
elektrische Heizen sowie die Aufbereitung des Warmwassers mittels Wärmepumpen und zum
anderen der Trend zum elektrischen Fahren, die Elektromobilität.
Um die Versorgungssicherheit mit Implementierung dieser Szenarien gewährleisten zu können, bilden Instandhaltung und laufende Investitionen die Grundvoraussetzung. Eine weitere Herausforderung ist die Spannungsqualität im Netz beizubehalten und langfristig den Netzausbau zu optimieren. Dafür darf nicht nur das Niederspannungsnetz in Betracht gezogen werden, es müssen auch das Mittelspannungs- und das Hochspannungsnetz für das Erreichen der Bundesziele betrachtet werden.
Diese wissenschaftliche Arbeit soll die Mittelspannungs-Ebene abbilden und die Daten von bestehenden Feldversuchen analysieren, auswerten und zukünftige Netzplanungen optimieren.
Dafür werden verschiedene Simulationen mit den zukünftig auftretenden Lastwechsel durch die diversen, leistungsstarken Verbraucher abgebildet und es wird ein Ausblick auf die AES für die Mittelspannungsebene anhand eines UW-Abzweiges gegeben.
Unter AES versteht man die Sektorkopplung in der elektrischen Energieversorgung. Das bedeutet: Die Versorgungsenergie soll elektrisch bereitgestellt werden, um einen Umstieg der fossilen Brennstoffe zu erzielen. Ein Hauptaugenmerk dabei liegt auf den Bereichen der Fortbewegung sowie dem Heizen und Kühlen. Die Simulationen werden für zwei verschiedene Szenarien durchgeführt und die jeweiligen Unterschiede definiert und erläutert.
Zum einen werden die eigens ausgewerteten Daten aus Niederspannungsmessungen in Siedlungsgebieten mit Ladeinfrastruktur, Wärmepumpen und regenerativen Einspeise-Anlagen herangezogen und auf die Mittelspannungsebene adaptiert, zum anderen werden die Faktoren von einer bereits bestehenden Gleichzeitigkeitskurve für die Simulation herangezogen. Der stufenweise Lastanstieg soll die Simulation möglichst wahrheitsgetreu nachbilden und auf aktuelle Netzsituationen bis hin zur Anpassung für die zukünftigen Netzkonzepte erweitert werden. Dabei werden die Anpassungsmöglichkeiten im Netz anhand einer Lastflussanalyse definiert und mögliche Alternativen für die Netzverstärkung geprüft. Ein wichtiger Punkt für die Netzbetreiber sind die ungefähren Investitionskosten für den Ausbau des Verteilnetzes. Diese werden mittels Kostenabschätzung für den definierten Netzbereich berechnet, um Aussagen bezüglich zukünftiger Planung treffen zu können.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein stabiles Verteilnetz mit Ausblick auf die All-Electric-Society zu schaffen und die stufenweise Integration bis zu den Grenzpunkten des betrachteten Netzes darzustellen. In weiterer Folge werden die Anpassungen für eine betriebssichere Netzführung mit voller Ausbaustufe dieses Szenarios dargestellt und die überschlagsmäÿigen Kosten für den Umbau ermittelt. Schlussendlich wird geprüft ob und welche Alternativen für einen Netzausbau möglich, und zukünftig auch sinnvoll sind.
Development and testing of a measuring system for recording mechanical loads on industrial batteries
(2019)
Ziel der Arbeit ist es, ein Grundverständnis von Gleichstromladestationen für Battery Electric Vehicle zu bilden um anschließende Tests ordnungsgemäß durchführen zu können. Anforderungen an die elektrische Sicherheit als auch Beschaltungen für verschiedene Steckerstandards wurden ausgearbeitet. Der Grundablauf des Gleichstromladens spielt dabei eine wichtige Rolle der Kommunikation.
Anschließend konnten die einzelnen Komponenten einer Gleichstromwallbox auf die Einhaltung der Normreihe EN 61851 geprüft werden. Innerhalb der Ladestation befinden sich mehrere Kommunikationsmodule, welche als Gesamtheit die Steuerung der Gleichstromladestation darstellen.
Die Firma Linsinger Maschinenbau GmbH ist eines der führenden Unternehmen im Bereich
der Fräs- und Sägetechnologie und stellt stationäre Fräs-, Sägeanlagen sowie mobile Schienenfräsen her. Im Jahr 1994 wurde die erste mobile Schienenfräsmaschine (SFM) der Firma
Linsinger Maschinenbau GmbH ausgeliefert. Seitdem steigt der Absatzmarkt in diesem Bereich. Die jetzigen SFM werden "diesel - elektrisch" oder "diesel - hydraulisch" angetrieben.
Das heißt, das der Motor mit Diesel versorgt wird und mittels eines Generators wird die
mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt und somit mit elektrische Motoren angetrieben. Jedoch verursachen diese Dieselantriebe eine enorme Verschmutzung der
Umwelt durch den CO2 - Austoß (Feinstaub, Stickoxide). Die Firma Linsinger Maschinenbau
GmbH baut stetig die Marktführerschaft in diesem Bereich aus und soll nicht von den Konkurrenten im Laufe der Zeit überholt werden. Auch Kunden legen mittlerweile einen großen
Wert auf eine umweltverträgliche Maschine. Außerdem ist das Bearbeiten der Tunnel mit
einem Dieselantrieb ein Problem, da die Abwärme und der CO2 - Austoß ohne teure Investitionen, schwierig abzuführen ist. Somit hat sich die Firma Linsinger Maschinenbau GmbH
entschlossen, eine neues Projekt ins Leben zu rufen, in dem die mobile SFM MG11 mit einer alternative Energieversorgung (AE) geplant und hergestellt wird.
Systemintegration industrieller Leitsystemtechnik für Gebäudeautomation und Energiemanagement
(2019)
Das Ziel dieser Arbeit ist, die Analyse und die optimale Auswahl einer neuen Gebäudeleittechnik
für das Motorenwerk Chemnitz zu treffen. Es sollte zusätzlich die Systemintegration
des Energiemanagementsystems in die neue Leittechnik geprüft werden.
Weiterhin wurde eine neue Standardanbindung für Medienzähler entwickelt und das
bestehende EDMS an die Normänderung der DIN EN ISO 50.001:2018 angepasst.
Nach dem Erstellen einer ausführlichen Analyse des Iststands und der Recherche der
normativen Kriterien an eine Gebäudeleittechnik, wurden die wichtigen Softwaremodule
der Leittechnik erläutert. Diese Module und Funktionen wie z.B. Trenddatenauswertung,
Langzeitdatenerfassung, Alarm- und Nutzerverwaltungsmanagement sind Grundvoraussetzung
für die neue Leittechnik.
Für die Systemintegration des Energiemanagementsystems in die neue Gebäudeleittechnik,
war das EDMS zu analysieren. Zusätzlich wurde die aktuelle Variante der
Medienzähleranbindung beschrieben, um die Schwachstellen wie z.B. Kommunikationsprobleme
und Zeitverzug der Daten aufzuzeigen.
Bei der anschließenden Marktrecherche für Gebäudeleittechniksysteme wurden die
firmenspezifischen Vorgaben und die Rahmenbedingungen aus den Normen berücksichtigt.
Mit Anforderung der Informationsangebote ist eine Kostenermittlung durchgeführt
und ein Vergabevorschlag ausgearbeitet worden. Die Gebäudeleittechnik Desigo
CC der Firma Siemens überzeugte im Preis-Leistungs-Verhältnis und wird zum Einsatz
im Motorenwerk vorgeschlagen. Weiterhin wurde eine Standardlösung zur Medienzähleranbindung
entwickelt und an einer Pilotanlage validiert. Zur Lösung der Probleme
wird zukünftig ein Bussystem eingesetzt. Je nach Zählerart ist M-Bus oder Modbus
einzusetzen, da die dargelegte Lösungsvariante mit beiden Bussystemen kompatibel
ist. Die beschriebenen Probleme sind nachweislich behoben und die neue Variante
führt zu einer kontinuierlichen Datenbereitstellung auf einer SQL-Datenbank. Die Daten
dienen zur Erfüllung der Änderung der aktualisierten Energienorm DIN EN ISO
50.001:2018. Hierzu werden Energiekennzahlen gebildet, automatisch erfasst, ausgewertet
und verfolgt. Zu den Kennzahlen gehören die Energieeffizienzkennzahl, die
Leistungskennlinien des Wärme- und Kältemengenzählers, die Temperaturspreizung
des Kältemengenzählers, die Rücklauftemperatur des Wärmemengenzählers sowie
die CO2-Emission der Lüftungsanlage. Durch den aufgezeigten Weg von der Datenerzeugung
bis zur Auswertung, kann ein neuer Standardweg installiert werden.
Die Automatisierung von Prozessen und Abläufen im Bereich der Wohn- und Zweckbauten nimmt immer weiter zu. Auch Sicherheitsbeleuchtungsanlagen werden mit Bussystem zur zentralen Steuerung und Zusammenfassung aller relevanten Informationen ausgestattet.
Die vorliegende Diplomarbeit untersucht das Verhalten von Bussystemen zur Beleuchtungssteuerung im Notbeleuchtungsbetrieb.
Ziel dieser Arbeit ist das Konzept einer bedarfsgerechten Mittelspannungsanlage eines Großtanklagers der TOTAL Deutschland GmbH. Das 10 kV-Energieverteilungsnetz bestehend aus sechs Transformatorstationen, soll vor allem hinsichtlich des Kabelnetzes und der Mittelspannungsschaltanlage erneuert werden.
Zu dem Entwurfsvorgang zählen sowohl die theoretische Einführung in die benötigten energietechnischen, elektrischen sowie elektronischen Anlagen, als auch die Analyse der aktuellen Normungslage sowie Vorschriften für elektrische Anlagen in Großtanklagern. Das zu entwickelnde Konzept eines bedarfsgerechten sowie sicheren Gesamtsystems zur Energieversorgung des Lagers stellt den Hauptteil der wissenschaftlichen Arbeit dar. Um den stetig steigenden Anforderungen der Anlagensicherheit gerecht zu werden, ist es zudem erforderlich ein geeignetes Schutzkonzept zu entwickeln sowie für die Anlage passend zu parametrieren.
Aufgrund der hohen Nachfrage für flexible Displays, ist die Flexibilität aktuell die wichtigste Anforderung an elektrische Bauelemente. Bei der Herstellung von flexiblen Displays
spielen Dünnschichttransistoren eine wichtige Rolle. Besonders wichtig hierbei ist auch eine kostengünstige und einfache Herstellung dieser Transistoren. Bei dieser Arbeit sind
beide Aspekte gegeben.
Ziel dieser Arbeit ist es, optimal funktionsfähige Dünnschichttransistoren auf Folie herzustellen. Hierbei werden unterschiedliche Metallisierungen für das Gate und für die
Drain- und Source-Kontakte untersucht. Als Halbleitermaterial werden Zinkoxid- und
Kupferoxid-Nanopartikel verwendet.
Die Arbeit zeigt sowohl Probleme als auch erfolgreiche Methoden zur Herstellung. Sie gibt
einen Ausblick zu Möglichkeiten, den Herstellungsprozess zu verbessern.
Die Diplomarbeit entstand im Rahmen eines Forschungsprojektes an der Westsächsischen Hochschule Zwickau. Das zukünftige Energieversorgungsnetz mit einem erheblichen Anteil fluktuierender Einspeiser und weiteren Verbrauchern hinsichtlich der Sektor Kopplung über Wärme und Verkehr muss gerüstet sein für den Weg zu einer
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Messungen durchgeführt, die Aufschluss über die Auslegung der Ladeinfrastruktur des Unternehmens geben, an dem die Arbeit angefertigt wurde. Außerdem galt es im Folgeschritt ein Simulationsmodell zu erstellen, das eine Gegenüberstellung bietet. Verglichen wurden dabei der aktuelle Ausbaugrad der Ladeinfrastruktur mit einem stationären Batteriespeicher und die Erweiterung des Speichers mit Superkondensatoren.
Die Arbeit ist folgendermaßen gegliedert:
-Grundlagen
-Stand der Technik
-Vorgehensweise: Ist-Stand Analyse, Messungen, Simulation
-Fazit
Durch das Voranschreiten der Energiewende und dem damit verbundenen Anstieg der Elektromobilität, wird es immer wichtiger ein innovatives Verfahren zur industriellen Rückgewinnung von Kathoden- und Anodenmaterial aus End-of-life-Lithium-Ionen-Akkus zu finden.
Ziel dieser Arbeit soll es sein, ein modulares System für den Teil der Entladung des Recycling-Prozesses von Hochvoltbatterien aufzubauen.
Hierbei steht die sichere Entladung durch festzulegende Technologien und die Auswahl von Geräte-, Schutz- und Steuerungstechnik im Vordergrund.
Besondere Bedeutung bei der zu entwickelnden Entladetechnologie muss dem Verhalten der Tiefenentladung geschenkt werden. Eine thermische Überlastung ist im Verfahren der Recyclat-Rückgewinnung auszuschließen.
Zudem ist die Nutzung der noch zur Verfügung stehenden Restenergie zur Einspeisung, Teil der technologischen Betrachtung.
Energetische Betrachtung und Vergleich ausgewählter Materialflusskomponenten im Sondermaschinenbau
(2019)
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der energetischen Betrachtung einiger ausgewählter Materialflusskomponenten im Sondermaschinenbau. Für die Phase der Projektierung und Planung zukünftiger Montageanlagen sollen Ansätze zur Berechnung und Senkung des Energiebedarfes gefunden werden. Über eine Datengrundlage, durch die exemplarische Messung vorhandener Transfersystem und deren Auswertung, soll ein Verständnis für das energetische Verhalten einiger Förderprozesse erlangt werden. Daraus werden Ansätze für die Planung von Montageanlagen erarbeitet, welche den Energiebedarf schon im Entstehungsprozess betrachten.
Die Formierung von Lithium-Ionen Batterien ist ein wichtiger Produktionsprozess, der einen Einfluss auf die Lebensdauer und Leistung hat. Während der Formierung bildet sich die SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase) aus, die die Anode vor dem Elektrolyten schützt. Die Batterie wird mit Gleichstrom in mehreren Zyklen geladen und wieder entladen. Prinzipbedingt entstehen Wechselstromanteile in DC/DC-Wandlern. In einer Forschungsarbeit wird untersucht, ob die SEI-Schicht von diesen Wechselstromanteilen beeinflusst wird. In dieser Arbeit wurde ein Gerät weiterentwickelt, welches einen Formierprozess nachbildet. Die Lade- und Entladeelektronik und das neu designte HMI (Human Machine Interface) wird erklärt und an Beispielen gezeigt.
Die stetig steigende Vernetzung und Digitalisierung technischer Systeme hin zu komplexen Strukturen, welche große Datenmengen generieren, erfordert für die Analyse und Optimierung dieser die verlässliche Aufzeichnung der Systemdaten. Die dafür benötigten Zeitreihendaten, welche permanent eingefügt werden, bedingen jedoch, dass der Speicherbedarf und die Abfragezeiten immer weiter steigen.
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung einer Datenbank Schnittstelle, welche Zeitreihen aus der Publish/Subscribe Middleware SPIDERnet in harmonisierter Form in der auf PostgreSQL basierend TimescaleDB Datenbank speichert. Um finite Speicherbelegungen zu erreichen sind die Aufzeichnungsdaten durch die Datenbank zu konsolidieren und nach festen Zeitintervallen zu löschen.
Für die Umsetzung der Aufgabenstellung wird ausgehend von den Anforderungen, der Softwareentwurf anhand der Entwicklungsschritte nachvollzogen. Im zweiten Teil wird die Umsetzung der entwickelten Konzepte und zum Nachweis der Funktionalität die Konfiguration einer Langzeitaufzeichnung beschrieben. Abschließend werden erste Erkenntnisse aus der Aufzeichnung der Parameter eines Batteriespeichers gezogen.
Die Diplomarbeit hat zum Ziel auf Grundlage des bei IK Elektronik vorhandenen StromPager-Systems eine Steuerungseinrichtung für öffentliche Beleuchtungsanlagen zu entwickeln. Der Fokus liegt dabei auf dem elektronischen Modul, welches im Anschlusskasten eines Lampenmastes montiert wird. Im Rahmen der Diplomarbeit sind folgende Schwerpunkte zu bearbeiten:
Erarbeitung einer technischen Spezifikation des Moduls (Bauform, Schnittstellen, Umgebungs- und Klimabedingungen usw.), basierend auf Vorgaben von Lampenbetreibern
Mechanisches Konzept für das Gehäuse, inkl. der Anordnung elektronischer Komponenten
Erstellung eines Schaltplanes
Leiterplattenlayout
Aufbau eines Funktionsmodells zu Demonstrationszwecken auf Basis der verwendeten Evaluationsboards
In den letzten Jahren hat sich aufgrund der Initiative der Bundesregierung in Bezug auf die Elektromobilität die Anzahl elektrisch betriebener Fahrzeuge erhöht. Dabei werden unter dem Begriff der Elektromobilität im Allgemeinen jedoch nur elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge verstanden.
Neben diesen Anwendungen gibt es aber schon seit längerem elektrisch betriebene Wasserfahrzeuge im Privatbereich, die meist auf Gewässern eingesetzt werden, auf denen für die private Nutzung keine benzinbetriebenen Boote zugelassen sind. Die Reichweite dieser Boote ist in Abhängigkeit der Energiespeicher begrenzt.
Die Fakultät Elektrotechnik der WHZ forscht seit mehreren Jahren an solarbetriebenen Elektrobooten und hat bereits 1998 ein Boot mit einer Solaranlage und einem Elektroantrieb ausgestattet.
Im Rahmen einer Diplomarbeit sind für ein neues Solarboot der elektrische Antriebsstrang sowie eine Solaranlage zu dimensionieren und auszuwählen.
Folgende Teilaufgaben sind dabei zu bearbeiten:
- Auswahl des Speichersystems
- Verschaltung der Speicher
- Intelligente Überwachung des Speichersystems
- Dimensionierung der Solaranlage
- Simulation des Speichersystems
- Auswahl der Komponenten