Energie ist eine der wertvollesten Ressource des menschlichen Lebens und erfordert einen wirtschaftlichen Umgang unter Einbeziehung von mathematischer Modellierung, Simulation und Optimierung. Die Arbeiten am WIAS konzentrieren sich auf Fragen der Speicherung, der Umwandlung, des Transports und der Verteilung von Energie. Sie reichen von der Entwicklung effizienter Technologien über die Simulation und Optimierung von Produktionsprozessen bis hin zur Modellierung von Energiemärkten.


Elektrizitaet

Optimierungsprobleme in der Energiewirtschaft

Optimierungsprobleme in der Energiewirtschaft befassen sich mit der Porduktionsplanung und Verteilung verschiedener Energieträger (Strom, Gas) zur Deckung eines gegebenen Kundenbedarfs. Hierbei stellt die Betrachtung von Transportnetzwerken, von Unsicherheiten sowie von Marktgleichgewichten besondere Herausforderungen dar.


Elektrochemie

Thermodynamische Modelle elektrochemischer Systeme

Das Verhalten elektrochemischer Systeme wird auf der Basis von Kontinuumsmodellen untersucht. Solche Modelle lassen sich u.a. auf Gebieten wie Elektrochemie an Einkristalloberflächen, Lithium-Ionen-Batterien, Brennstoffzellen, Nanoporen in biologischen Membranen, Elektrolyse und Korrosion einsetzen.


Halbleiter

Modellierung und Simulation von Halbleiterstrukturen

Moderne Halbleiter- und Optoelektronik wie Halbleiterlaser oder organische Feldeffekttransistoren basieren auf Halbleiterstrukturen, die z. B. durch Dotierungsprofile, Heterostrukturen oder Nanostrukturen gegeben sein können. Um das Verhalten dieser Bauelemente qualitativ und quantitativ zu beschreiben und zu optimieren, ist die mathematische Modellierung und Simulation der funktionsbestimmenden bzw. -limitierenden Ladungstransportvorgänge notwendig.


Photovoltaik

Photovoltaik

Die Arbeiten auf diesem Gebiet stehen im Zusammenhang mit der Erzeugung von Nanostrukturen für Anwendungen in der Photovoltaik sowie Halbleitersimulation.


Speicher

Phasenübergänge und Hysterese im Zusammenhang mit Speicherproblemen

Phasenübergänge und Hysteresen sind charakteristisch für die Energiespeicherung. Ziel ist es, thermodynamische Modelle zur Beschreibung der Speicherprozesse zu formulieren und zu analysieren.


Verfahrenstechnik

Statische und dynamische Simulation verfahrenstechnischer Prozesse

Die dynamische Prozess-Simulation ist ein wichtiges Werkzeug bei der Entwicklung, Analyse und Steuerung von Anlagen der Industrie. Hierbei sind große Systeme von Algebro-Differentialgleichungen (DAEs) zu lösen. Das am WIAS entwickelte Simulationskonzept nutzt nach dem Prinzip ''Teile und Herrsche'' die modulare Struktur der Prozessmodelle aus und löst das DAE-System durch Block-strukturierte Verfahren. Das Konzept wurde im Simulator BOP implementiert und hat sich bei verschiedenen industriellen Anwendungen bewährt.


duennfilme

Modellierung dünner Filme und Nanostrukturen auf Substraten

Dünne Filme spielen eine wichtige Rolle in der Natur und vielen technologischen Anwendungen. Insbesondere im Mikro- und Nanometerbereich werden zum Beispiel Entnetzungsprozesse oder epitaktisches Wachstum zum Design von Oberflächen mit spezifischen Materialeigenschaften eingesetzt. Neben der Bedeutung, die die mathematische Modellierung, Analysis und numerische Simulation für die Beschleunigung der Entwicklung neuere Technologien hat, ist es auch wissenschsftlich auch äußerst interessant Materialeigenschaften auf diesen kleinen Skalen zu verstehen.