Semi-Präemptives Transportieren

Das Problem, einen Roboter (oder ein Fahrzeug) so zwischen n Stationen zu steuern, daß m Objekte von ihrem Ausgangspunkt zu ihrem Ziel transportiert werden können und dabei die zurückgelegte Fahrstrecke minimiert wird, bezeichnet man als Pickup--And--Delivery--Problem. Diese Aufgabenstellung ist in der Vergangenheit gut untersucht worden, sogar wenn die Stationen auf eine besondere Weise angeordnet sind, z.B. in einer Reihe oder im Kreis. Üblicherweise darf der Roboter entweder jede oder keine Station als Umladestation benutzen. Man spricht in diesen Fällen von einem präemptiven bzw. nicht--präemptiven Transport. Wir werden diese Konzepte verallgemeinern, indem nur ein Teil der Stationen für das Umladen benutzt werden darf. In Anlehnung an die beiden anderen Versionen soll diese Fragestellung semi--präemptiv heißen. Dabei differenzieren wir zwischen einer exogenen und einer endogenen Variante. In der ersten darf der Roboter nur an gekennzeichneten Stationen umladen. In der zweiten teilen wir ihm eine Zahl k mit, und es ist Teil der Aufgabenstellung zu entscheiden, an welchen k Stationen umgeladen wird. Wir zeigen, daß sowohl die exogene als auch die endogene Version auf einem Pfad und auf einem Kreis effizient lösbar ist und geben jeweils dynamische Lösungverfahren an. Beide Varianten sind auf Bäumen NP--vollständig. Für den exogenen Fall geben wir einen Approximationsalgorithmus mit einer Güte von 4/3 an. Für die endogene Aufgabenstellung präsentieren wir eine (4/3+c)--Approximation für beliebiges c > 0. Schließlich nutzen ein bekanntes Resultat, um eine Approximation für das exogene und endogene Transportproblem auf metrisch gewichteten Graphen angeben zu können. Aus der angewandten Problemstellung ergibt sich ein graphentheoretisches Teilproblem, das wir näher untersuchen. In einem gerichteten Graphen G=(V,E^r\dot\cup E^b) mit einer rot/blau--partitionierten Kantenmenge soll zu gegebener Kostenfunktion eine kostenminimale und aufspannende Arboreszenz bestimmt werden, die höchstens d blaue Kanten benutzt. Wir geben ein voll polynomielles Approximationsschema an. Dieses nutzen wir, um das endogene Transportproblem auf Bäumen zu approximieren

Recycling von Photovoltaikmodulen im regionalen Kontext: Theoretische Grundlagen, desiderate Rahmenbedingungen und prävalierende Hemmnisfaktoren

Die vorliegende Arbeit behandelt das Recycling von Photovoltaikmodulen – speziell aus der Gruppe der kristallinen Siliziumsolartechnologie. Dabei kommt der Analyse grundlegender Zusammenhänge sowie der Generierung einer auch für nachfolgende Forschungsansätze desideraten Datenbasis zentraler Stellenwert zu. Hierfür werden sowohl die technologische, die rechtliche und die ökonomische Ebene auf etwaige prävalierende Hemmnisfaktoren oder die Existenz von hemmenden Restriktionen hin untersucht als auch regionale Fragestellungen und diesbezügliche Rahmenbedingungen adressiert. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei insbesondere der Konnex zwischen regionalen Gegebenheiten und der aufgedeckten gegenwärtigen Disproportionalität aus der verfahrenstechnischen Realisierbarkeit und dem realen Anwendungsspektrum betrachtungsrelevanter Recyclingaktivitäten. Um den Untersuchungsgegenstand adäquat zu bearbeiten, wurde ein Prognosemodell zur Prädiktion annueller Altmodulströme auf Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse und aktueller Erfahrungswerte entwickelt, welches zudem nach technologischem Ansatz differenziert und regional uneingeschränkt arbeitet. Darauf aufbauend, aus der Modifikation eines finanzmathematischen Entscheidungskriteriums, der Anwendung von Optimierungsansätzen und der Kenntnis potenzieller Veränderungen des grundlegenden Aufbaus eines definierten Standardsolarmoduls infolge produktionskostengetriebener Marktumbrüche konnten letztlich multiple aber szenariengebundene Hemmnisfaktoren identifiziert werden. Aus dem ganzheitlichen Betrachtungsansatz von Produktion und Recycling gelang darüber hinaus eine Kalkulation idealisierter energetischer und materieller Einsparpotenziale eines Recyclingansatzes im Vergleich zur Durchflusswirtschaft. Gleichwohl konnte, basierend auf den Ergebnissen, ein weiterer Forschungsbedarf abgeleitet und empfohlen werden.:INHALTSVERZEICHNIS ...................................................................................... XVII TABELLENVERZEICHNIS .................................................................................. XXV ABBILDUNGSVERZEICHNIS ............................................................................ XXIX ABKÜRZUNGS- UND SYMBOLVERZEICHNIS ........................................ XXXVII 1. EINFÜHRUNG ......................................................................................................... 1 1.1 UNTERSUCHUNGSSCHWERPUNKTE ....................................................................... 2 1.2 FORSCHUNGSBEITRAG UND AUFBAU DER ARBEIT ................................................ 6 1.3 LITERATURANALYSE UND STAND DER WISSENSCHAFT ...................................... 10 1.4 BESTÄTIGUNG DER FORSCHUNGSLÜCKE UND METHODIK .................................. 23 2. PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN ................................................................... 27 2.1 HALBLEITER ....................................................................................................... 29 2.2 EXTRATERRESTRISCHE SONNENSTRAHLUNG ...................................................... 50 2.3 VERÄNDERUNG DES SONNENSPEKTRUMS IN DER ERDATMOSPHÄRE .................. 53 2.4 GLOBALSTRAHLUNG .......................................................................................... 61 2.5 LICHTABSORPTION ............................................................................................. 67 3. SOLARZELLENTECHNOLOGIEN ................................................................... 77 3.1 DER PHOTOVOLTAISCHE EFFEKT ........................................................................ 79 3.2 ÜBERBLICK DER VERSCHIEDENEN TECHNOLOGIEN ............................................ 85 3.3 EVOLUTION DER KRISTALLINEN SILIZIUMSOLARZELLE ...................................... 88 3.4 DÜNNSCHICHTZELLENTECHNOLOGIE ............................................................... 117 4. PRODUKTION ..................................................................................................... 149 4.1 GESCHICHTE DER PHOTOVOLTAIK .................................................................... 153 4.2 MÄRKTE FÜR PHOTOVOLTAIK .......................................................................... 157 4.3 ANTEILE DER TECHNOLOGIEN .......................................................................... 194 4.4 ABGRENZUNG DES WEITEREN UNTERSUCHUNGSRAHMENS .............................. 201 4.5 VOM SILIZIUMDIOXID ZUM KRISTALLINEN STANDARDSILIZIUMSOLARMODUL . 206 4.6 KRITISCHE ROHSTOFFE .................................................................................... 301 4.7 ÜBERSICHT PRODUZENTEN .............................................................................. 311 5. RECYCLING ........................................................................................................ 321 5.1 RELEVANTE EUROPÄISCHE GESETZGEBUNG UND NATIONALE GESETZLICHE RESTRIKTIONEN ............................................................................................... 326 5.2 PROGNOSE DES MÖGLICHEN ALTMODULAUFKOMMENS ................................... 369 5.3 TECHNOLOGISCHE ANSÄTZE UND ERPROBTE VERFAHREN ............................... 456 5.4 ÖKONOMISCHE ASPEKTE .................................................................................. 510 5.5 KONSTRUKTIONSBEDINGTE BEEINFLUSSUNGEN DER ÖKONOMISCHEN ASPEKTE .......................................................................................................... 611 5.6 OPTIMIERUNGSANSÄTZE DER BESCHAFFUNGSLOGISTIK ................................... 629 6. IDENTIFIZIERTE HERAUSFORDERUNGEN UND WEITERER FORSCHUNGSBEDARF .................................................................................... 645 6.1 PROBLEMATIK DER ZEITVERSCHIEBUNG ZWISCHEN PRODUKTIONS- UND RECYCLINGTECHNOLOGIEN .............................................................................. 647 6.2 PROBLEMATIK DER FEHLENDEN VOLUMINA ..................................................... 651 6.3 WEITERE IDENTIFIZIERTE HEMMNISFAKTOREN UND HERAUSFORDERUNGEN ... 655 6.4 REGIONALER NUTZEN AUS DER ETABLIERUNG EINES RECYCLINGNETZWERKES ................................................................................. 675 6.5 VOLKSWIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE ................................................................. 683 7. ZUSAMMENFASSENDE SCHLUSSBETRACHTUNGEN ............................ 691 LITERATUR- UND QUELLENVERZEICHNIS ................................................... 700 ANHANG ..................................................................................................................... 73