Forschungsprojekte

Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik, Thema: Perowskit- und Organische Photovoltaik, Perowskitsolarzellen und –module Laufzeit: 09/2019 - 08/2022

Zur Entwicklung eines skalierbaren Stromspeichers mit einer elektrischen Leistung von 100 kWel und einer Kapazität von 1 MWhel beschäftigen wir uns am Fraunhofer ISE mit der Stack- und Systementwicklung sowie mit dem Management von Redox-Flow-Batterien. Durch die simulationsgestützte Analyse und Auslegung von Redox-Flow-Batterien identifizieren wir Optimierungspotenziale auf Zell- und Stackebene und nutzen sie für die Weiterentwicklung des Designs. Im Rahmen Projekts »1 MWh Redox-Flow Netzspeicher« haben wir einen optimierten Zellstapel mit einer Leistung von 5 kWel für die Anwendung in Inselsystemen oder netzgekoppelten Speichersystemen entwickelt. Auf Stackebene werden Zyklen-Wirkungsgrade von über 80 % erreicht werden. Die aktuellen Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die weitere Erhöhung der Leistungs- und Energiedichte sowie die Reduktion der Herstellkosten eines 5 kWel Zellstapels. | Laufzeit: Juni 2010 - Februar 2013

Die Integration von Photovoltaik in bestehende Flächen, Geräte und Hüllen erfordert neue Modulkonzepte und damit auch Modul-Herstellungsverfahren. Gewölbte PV-Module können zum Beispiel in Dächern von E-Fahrzeugen eingesetzt werden. Der Prototyp eines gewölbten PV-Autodaches wurde 2019 am Fraunhofer ISE hergestellt. Um gewölbte PV-Module industriell herstellen zu können, werden im Projekt »3D« ein Industrie-Laminator sowie die benötigten Prozesse und Modulkonzepte entwickelt. Außerdem werden Methoden für die mechanische und elektrische Charakterisierung ausgearbeitet und erprobt. Dabei werden Solarzellenstrings durch Magnetic Field Imaging (MFI) und leitfähige Klebstoffe mittels Dynamisch Mechanischer Analyse (DMA) untersucht. | Laufzeit: 02/2021 - 01/2024

Im Projekt »50Prozent« soll erstmals eine Mehrfachsolarzelle mit 50 % und ein Konzentratormodul mit 40 % Wirkungsgrad realisiert werden. Zudem wird die Messtechnik weiterentwickelt, um die Zellen nach international anerkannten Kalibrierstandards vermessen zu können. Das Projekt soll die Exzellenz deutscher PV-Forschung eindrucksvoll demonstrieren. | Laufzeit: 03/2020 - 05/2024

Der Klimawandel ist in den letzten Jahren in Deutschland konkret erlebbar geworden. Hitzesommer und geringe Niederschläge in den Wintern haben vielerorts zu massiven Problemen in der Landwirtschaft geführt. Geschützter Anbau unter Folien ist ein aktueller Trend, der zusätzliche Kosten und Müllprobleme verursacht. In diesem Projekt sollen hochtransparente organische Solarzellen entwickelt werden, die das für Pflanzen wichtige sichtbare Licht hindurchlassen und den infraroten Anteil zur Stromerzeugung nutzen. Diese könnten es möglich machen, aus den Folienabdeckungen, die die Pflanzen vor Starkregen, Hagel, Sonnenbrand und Austrocknung schützen sollen, gleichzeitig den dringend benötigten Solarstrom für eine gelingende Energie- und Mobilitätswende zu gewinnen. | Laufzeit: 09/2021 - 07/2024

Ziel ist die Entwicklung eines Heizgeräts auf Zeolith-Basis mit Wasser als Arbeitsmittel, welches auf Grund neuartiger Adsorptionswärmeübertrager und der optimierten Funktionsweise von Verdampfer und Kondensator bei vergleichbaren Leistungen und einer Jahresarbeitszahl von über 1,3 deutlich kompakter und kostengünstiger ist, als die am Markt befindlichen Geräte. Für die Entwicklung des Adsorptionswärmeübertragers sind poröse, aber dennoch gut wärmeleitende Materialien von zentraler Bedeutung. Eine große Oberfläche gepaart mit dünnen Sorbens-Schichten (< 100 µm) beschleunigt die Dynamik des Ad-/ und Desorptionsprozess und bietet damit ein großes Potenzial für eine hohe Leistungsdichte des Sorptionsmoduls der Gas-Wärmepumpe. | Laufzeit: 05/2013 - 04/2017

85 % des europäischen Gebäudebestands wurde vor 2001 gebaut und entspricht nicht den Niedrigenergiestandards. Um die notwendigen Klimaziele bis 2050 zu erreichen, muss Europa die Renovierungswelle beschleunigen! Für die Gebäudehülle werden im Projekt vier verschiedene Sanierungskonzepte am Beispiel von Demonstrationsgebäuden entwickelt, die auf die Bedürfnisse verschiedener Gebäudetypen, Klimazonen, sozialer Schichten und Nutzerpräferenzen abgestimmt sind. Sie können skaliert und an neue oder bestehende Gebäude in ganz Europa angepasst werden. Das Fraunhofer ISE beschäftigt sich hierbei mit der Integration von Lüftungsleitungen in die modularen, vorgehängten und hinterlüfteten Fassaden. Basierend auf den Erfahrungen aus der zunächst manuellen Planung in 3D-Gebäudemodellen wird anschließend eine Planungssoftware entwickelt, welche automatisiert die optimalen Routen für die Luftleitungen in der Dämmebene der Fassadenmodule ausgibt | Laufzeit: 10/2022 - 09/2026

Die Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (»AGEE-Stat«) arbeitet im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, und nukleare Sicherheit (BMU) an wichtigen Datengrundlagen über erneuerbare Energien, die für nationale und internationale Zwecke benötigt werden. Dabei wird sie von der Geschäftsstelle am Umweltbundesamt (UBA) geleitet und wissenschaftlich sowie organisatorisch unterstützt. Im Rahmen des Projekts ist das Fraunhofer ISE für die wissenschaftliche Begleitung in den Bereichen Photovoltaik und Wärmepumpen (Umweltwärme/ oberflächennahe Geothermie) zuständig. | Laufzeit: 04/2019 - 06/2022

Im EU-finanzierten Projekt »AI4Cities« kommen führende europäische Städte wie Amsterdam, Helsinki oder Stavanger zusammen, um gemeinsam nach Lösungen auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) zur Dekarbonisierung im Bereich Mobilität und Energie zu suchen. Dabei ist Fernwärme für viele Städte eine zentrale Säule in ihrer Dekarbonisierungsstrategie. Durch eine kontinuierliche und automatisierte Überwachung der Fernwärmeübergabestationen kann ein energieeffizienter und wirtschaftlicher Betrieb der Fernwärmenetze gesichert werden. Mithilfe der Softwarelösung der Fa. Symvio, die im AI4CITIES Projekt gemeinsam mit dem Fraunhofer ISE entwickelt wird, können Energieversorgungsunternehmen und Kunden wie technische Stadtverwaltungen den Betrieb ihrer Fernwärmeanschlüsse besser überwachen und optimieren und damit den Energieverbrauch reduzieren und CO2 einsparen. | Laufzeit: 04/2021 - 03/2022

Um den Klimawandel zu verlangsamen, brauchen wir eine Abkehr von fossilen Energiequellen. Der notwendige Ausbau der erneuerbaren Energien und die Umstellung auf Elektroautos stellt das Stromnetz jedoch vor Herausforderungen: Solar- und Windenergie speisen Strom sehr unregelmäßig in das Stromnetz ein, während der Energiebedarf vor allem in den Städten steigt. Dennoch können neue flexible Verbraucher, wie Elektroautos und Wärmepumpen, im Zusammenspiel mit den schwankenden regenerativen Erzeugern zur Lösung für die Energiewende werden - durch eine intelligente Netzsteuerung. | Laufzeit: 09/2020 - 12/2023