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Competence Centers

Kompetenzzentrum PhotovoltaikKompetenzzentrum Photovoltaik

[Translate to English:] Da die Photovoltaik (PV) eine tragende Säule der zukünftigen Energieversorgung Deutschlands ist, baut die PTB das Kompetenzzentrum PV-Metrologie auf. Es bietet eine einmalige Infrastruktur aus Labor- und Freifeldkalibrierverfahren mit weltweit geringsten Messunsicherheiten und dient der metrologischen Absicherung der Energiewende. Deutsche Firmen, die teilweise auf dem Weltmarkt führend sind, finden hier in den Bereichen Kalibrierdienstleistung und PV-Messtechnik Unterstützung. Bereits jetzt nimmt die PTB bei der Solarzellenkalibrierung die weltweit führende Position ein. Durch das Kompetenzzentrum PV-Metrologie kommt der Bereich Solarmodule hinzu. Er umfasst die notwendigen Parameter für eine umfassende Kalibrierung bezüglich aller ertragsrelevanten Einflussgrößen.

Für die Ermittlung des Normjahresertrags von PV-Anlagen nach der Energy-Rating Normenreihe IEC 61853 muss der Einfluss verschiedenster Umgebungsbedingungen auf den Ertrag von Solarmodulen bestimmt werden. Die PTB konzentriert sich dabei auf die schwierig zu bestimmenden Größen STC-Leistung, Winkelabhängigkeit, Abhängigkeit vom Spektrum und Windgeschwindigkeitsabhängigkeit der Solarmodultemperatur. Hierfür werden Referenzmessplätze für Solarmodule aufgebaut, die es ermöglichen sollen, mit der weltweit geringsten Messunsicherheit alle nach Norm zu bestimmenden Eigenschaften von Referenzsolarmodulen hochgenau zu ermitteln. Diese umfassend charakterisierten Referenzmodule können dann von den Kunden der PTB, also den Kalibrierlaboratorien, für die Rückführung sowie die Validierung ihrer eigenen Messverfahren eingesetzt werden.

Durch die Bündelung von Kompetenzen in einem Kompetenzzentrum werden sich Synergieeffekte bilden, z. B. weil bei der Ermittlung von Vorkonditionierungsparametern die Module aus einem Forschungssolarpark wenige Minuten nach Abbau im benachbarten Labor mit höchster Genauigkeit kalibriert werden können.

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Kompetenzzentrum QuantentechnologieKompetenzzentrum Quantentechnologie

[Translate to English:] Das im Aufbau befindliche Quantentechnologie-Kompetenzzentrum (QTZ) an der Physika-lisch-Technischen Bundesanstalt soll eine wichtige Basis für industrielle Entwicklungen schaffen. Die PTB vereint eine international anerkannte, fachliche Kompetenz im Bereich der Quanten-metrologie und -sensorik mit dem gesetzlichen Auftrag, die deutsche Industrie im Bereich des Messwesens zu unterstützen. Damit bringt sie die Voraussetzungen mit, um wichtige Infrastruk-turen bedarfsgerecht aufzubauen und zu betreiben sowie erforderliche Dienstleistungen anzu-bieten. Wichtiges Ziel des Kompetenzzentrums ist die Unterstützung der Wirtschaft – mit be-sonderem Fokus auf Start-ups sowie kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) – beim anwendungsorientierten Transfer von Forschungsergebnissen. Das aufzubauende Kompetenz-zentrum ergänzt die vorhandenen Forschungs- und Entwicklungsfähigkeiten und Dienstleistun-gen mit dem Schwerpunkt auf sich entwickelnden Bedarfen der Wirtschaft und aktivem Techno-logietransfer.

Die vier Aktionsfelder des Zentrums sind:

  • Komponenten und Technologie: Entwicklung und Aufbau von z. B. Einzelphotonenquellen und Oszillatoren sowie industrietauglicher Uhren, Messgeräte und Sensoren.
  • Kalibrierung und Dienstleistung: Aufbau von Messplätzen zum Charakterisieren und Kalibrieren der o. g. Komponenten und Technologien als Dienstleistung z. B. für KMU.
  • Anwenderplattformen (User-Facilities): Bereitstellung von Glasfasernetzwerken, Technologie-plattformen zur Prototypenentwicklung und Kleinstserienfertigung.
  • Gründerzentren, Ausbildung, Öffentlichkeitsarbeit, Unterstützung Technologietransfer

Als Leitlinie dient hierbei das Regierungsprogramm "Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt" (https://www.bmbf.de/upload_filestore/pub/Quantentechnologien.pdf). Durch die Spitzenstel-lung der PTB in vielen Forschungsgebieten der Quantenphysik kann das QTZ auf eine fachlich breit aufgestellte Expertise in der Quantentechnologie aufbauen. Insbesondere konzentriert sich die Arbeit des QTZ dabei auf folgende Schwerpunktsthemen:

  1. Elektrische Quantenmetrologie
  2. Quantenmetrologie für Zeit- und Frequenz, Quantencomputer und Quantensimulation
  3. Messung kleinster Magnetfelder
  4. Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und Quantenradiometrie

     

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Kompetenzzentrum WindenergieKompetenzzentrum Windenergie

Foto: Fotolia

[Translate to English:] Mit dem neuen Kompetenzzentrum für Windenergie (CCW) stellt die PTB der deutschen Windenergiebranche eine weltweit einzigartige messtechnische Infrastruktur zur Verfügung, um auch zukünftig den zuverlässigen Betrieb der immer größeren und leistungsfähigeren Windenergieanlagen zu ermöglichen. Im neuen CCW sollen die für die Windenergie wichtigsten Kompetenzen der PTB gebündelt werden:

  • die Messung geometrischer Größen (z. B. Zahnräder) mithilfe eines neuen Groß-Koordinatenmessgeräts (Messvolumen 5 m x 4 m x 2 m)
  • die erstmalige Rückführung großer Drehmomente bis zu 5 MN∙m (perspektivisch bis zu 20 MN∙m) in einer von der PTB selbst entwickelten neuen Drehmoment-Normalmesseinrichtung
  • die exakte Kalibrierung von mobilen Windlidar-Systemen in einem Windkanal zur Bestimmung von Windgeschwindigkeitsvektoren
  • Ziel ist es, die Effizienz, Störungsfreiheit und Langlebigkeit von Windenergieanlagen, besonders in Hinblick auf deren ständig wachsende Größe, zu verbessern. Die PTB unterstützt damit das Ziel der deutschen Bundesregierung, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromverbrauch bis 2050 kontinuierlich auf über 80 % zu steigern. Derzeit liegt dieser Anteil bei rund 38 %, zu dem die Windenergie mit 18,6 % den mit Abstand größten Beitrag leistet (Opens external link in new windownachzulesen beim Umweltbundesamt). Die gesetzlichen Grundlagen bilden der Klimaschutzplan 2050 und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).

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Competence Center VirtMetCompetence Center VirtMet

Already existing examples at PTB for virtual measuring instruments are, among others, the Opens internal link in current windowTilted-Wave Interferometer (TWI) or the  Opens internal link in current windowVirtuelle Koordinatenmessgerät (VCMM).

In a national workshop Opens internal link in current windowMetrology for Virtual Measuring Instruments organized by PTB in March 2018, the following overriding questions and cross-sectional tasks were identified for these and other application examples:

  1. How to ensure trust in simulation results?
  2. How can virtual and real measurements be compared?
  3. What standards are required for interfaces, metadata and data formats?
  4. How can virtual experiments for complex measurement systems with large amounts of data be handled using machine learning methods?

PTB's treatment of these issues requires continuous and intensive interdisciplinary cooperation. For this reason, the PTB Competence Center "Metrology for Virtual Measuring Instruments" was established, in which the existing expertise is bundled and the interdisciplinary exchange is continuously promoted. The centre is coordinated and supported by the working group Opens internal link in current windowPSt1 Coordination Digitalization in order to realise a possible linkage of the developments in VirtMet with other PTB projects in the field of digititalization. In addition, the competence center will further strengthen the exchange and cooperation with external partners in this area with regular workshops. 

Based on concrete working points, the higher-level questions will be dealt with in cross-departmental projects. By embedding the projects in the competence centre, there will be an intensive and regular exchange between all participants in order to exploit synergy effects and pursue a joint strategy.

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