Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik, Thema: Perowskit- und Organische Photovoltaik, Perowskitsolarzellen und –module Laufzeit: 09/2019 - 08/2022
mehr InfoFür die Entwicklung gedruckter Perowskitsolarzellen erfolgt durch Optimierung der Elektrodenstrukturen, des Perowskit-Photoabsorbers und der Verbesserung der Langzeitstabilität.
Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik, Thema: Perowskit- und Organische Photovoltaik, Perowskitsolarzellen und –module Laufzeit: 09/2019 - 08/2022
mehr InfoErprobung eines neuen Stack-Designs für eine 5 kWel Redox-Flow-Batterie mit 40 Zellen und einer Zellfläche von 2000 cm2.
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
mehr InfoVisualisierung eines PV-Autodaches mit geschindelten Solarzellen.
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
mehr InfoSkizze einer wafergebondeten 4-fach-Solarzelle.
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
mehr InfoMock-Up eines transparenten organischen Solarmoduls, das mit einem noch stark absorbierenden organischem Halbleitermaterial gefertigt wurde. Im Projekt sollen solche Module mit elektrischer Funktion und höherer Transparenz hergestellt und die Technologie anhand dieser Demonstratoren interessierten Anwendern vorgestellt werden.
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
mehr InfoVersinterter Aluminiumfaserwerkstoff, beschichtet mit Adsorptionsmaterial (SAPO-34).
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
mehr InfoDigitAl and physical incrEmental renovation packaGes/systems enhancing envIronmental and energetic behaviour and use of Resources
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
mehr InfoWissenschaftliche Analysen zu Ausgewählten Aspekten der Statistik Erneuerbarer Energien und zur Unterstützung der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik
Beispielprojekt für PV-Aufdachanlagen im GHD-Bereich (Parkhaus in Freiburg)
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
mehr InfoIm 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
mehr InfoKI – basierte Planung und Betriebsführung von Verteilnetzen und Microgrids zur optimalen Integration regenerativer Erzeuger und fluktuierender Lasten im Rahmen der Energiewende
Leitwarte im Digital Grid Lab des Fraunhofer ISE als zentrale Schaltstelle für den Netzbetrieb mit KI-Verfahren.
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
mehr InfoKI-gestütztes Design und Herstellung von photonischen Infrarot-Leistungswandlern für Energie und Telekommunikation
Photonik und Optoelektronik sind Schlüsseltechnologien für die Digitalisierung. Das Design entsprechender Halbleiterbauelemente sowie die Modellierung von Epitaxieprozessen können im Rahmen von Industrie 4.0 noch wesentlich von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) profitieren. Die allgegenwärtige Digitalisierung und Automatisierung sowie das Internet der Dinge erfordern konstante Energie- und Datenströme. Die aufkommende Technologie der photonischen Leistungsübertragung, auch bekannt als Power-by-Light ermöglicht es Energie- und Datentransfer in einer einzigen optischen Verbindung zu kombinieren . Durch die Verwendung von optischen Telekommunikationswellenlängen um 1.5 µm können die Anwendungsmöglichkeiten solcher Power-by-Light Systeme auf entfernte Standorte erweitert und eine unbegrenzte Energieversorgung aus der Ferne ermöglicht werden. KI-gestützte Ansätze für Design und Fertigung von photonischen Leistungswandlern (engl. photonic power converter, PPC) sind entscheidend für die weitere branchenübergreifende Anwendung von photonischer Energie- und Datenübertragung. | Laufzeit: 04/2021 - 03/2024
mehr InfoModul- und Fertigungskonzept der im Projekt ALCHEMI verfolgten HCPV Technologie mit dem Ziel hoch effizienter, kostengünstiger und kompakter Module.
In der (hoch) konzentrierenden Photovoltaik ((H)CPV) wird Licht auf kleine aber hoch effiziente Solarzellen fokussiert, wodurch höchste Wirkungsgrade erzielt werden. Die Erhöhung der Wirkungsgrade und kostengünstige Fertigungstechnologien tragen zur weiteren Kostensenkung bei. Im Projekt ALCHEMI soll in einem europäischen Konsortium ein hochkonzentrierendes HCPV Modul prototypisch entwickelt werden, wobei zentrale Komponenten (Primäroptik, Zelle) potenziell von deutschen Lieferanten beigesteuert werden. Die Sekundäroptik wird durch in der Optoelektronik etablierte Verfahren gefertigt. Das Fraunhofer ISE optimiert das Design der hier zweistufigen Konzentratoroptik und charakterisiert Prototypen. Auch das thermische Design wird vom Fraunhofer ISE bearbeitet. | Laufzeit: November 2016 - Januar 2020
mehr InfoUltraleichte, flexible GaInP/GaAs/GaInAs metamorphe Dreifachsolarzelle mit einer Fläche von 22 cm2 wobei die aktiven Solarzellenschichten auf eine dünne Metallfolie übertragen wurden. Die Epitaxie wurde am Fraunhofer ISE und die Zellprozessierung inklusive des Wafer "Lift-offs" wird beim Projektpartner TF2 Devices in Nijmegen entwickelt.
»ALFAMA« ist eine Europäische Antwort auf aktuelle „Rufe“ des Satellitenmarktes nach immer mehr Energiebereitstellung aus den Sonnensegeln für Satelliten bei gleichzeitig verringertem Gewicht und Stauvolumen. Das Ziel ist die Entwicklung eines „low cost“ und „low weight“ sowie flexiblen Satelliten Sonnensegels. Das Fraunhofer ISE entwickelt hier invertiert gewachsene metamorphe Dreifachsolarzellen bestehend aus GaInP/GaAs/GaInAs welche im Projekt nach Entfernung des GaAs Wafers zu flexiblen Dünnschichtzellen prozessiert werden. | Laufzeit: 11/2018 - 10/2021
mehr InfoSolarstrahlungsprognosen (rot) mit Unsicherheitsbereich (grau) im Vergleich zu Messwerten der Solarstrahlung (blau). Die Abbildung illustriert eine geringe Vorhersageunsischerheit an Tagen mit klarem Himmel und an bedeckten Tagen und eine hohe Unsicherheit an Tagen mit variabler Wolken. Datengrundlage: Vorhersagen auf Basis numerischer Wettermodelle für den jeweils nächsten Tag.
Ziel des Vorhabens ist die Bereitstellung von Algorithmen zur Generierung von adaptiven, auf das spezifische PV-System und dessen Standort optimierten intra-day und day-ahead Prognosen der PV-Erzeugungsleistung. Die zu entwickelnden Algorithmen sollen die Wirtschaftlichkeit von dezentralen Energiemanagementsystemen im Hinblick auf eine oder mehrere vorgegebene Zielgrößen erhöhen, bspw. die Maximierung des Eigenverbrauchs, die Vermeidung von Abregelungsverlusten, die Netzdienlichkeit, die Spitzenlastreserve oder die Speicherauslegung. Anwendungsfeld des dezentralen Energiemanagements sind netzgekoppelte PV-Systeme von Privat- und Gewerbekunden in der Leistungsklasse von einigen kW bis einigen hundert KW, mit integriertem Speicher und perspektivisch mit Lastverschiebungsoptionen. | Laufzeit: September 2016 - Dezember 2019
mehr InfoDetails einer Nervenzelle
Eine wichtige systemtechnische Komponente von Solarthermieanlagen ist die Regelung. Wesentliche Kosten dieser Komponente entstehen bei der Programmierung der Regelalgorithmen. Hier könnte die Nutzung der Methodik von Neuronalen Netzwerken erhebliche Kostenvorteile erschließen. Gleichzeitig bieten sich damit auch ganz neue Möglichkeiten der Regelungsoptimierung in Hinblick auf die Energieverbrauchsoptimierung. Wesentliches Ziel des Projekts »ANNsolar« ist es, die monetären und technischen Vorteile der Methodik der Neuronalen Netzwerke für die Solarthermie nutzbar zu machen und zu belegen. Die Option, selbstlernende Algorithmen zu generieren, erlaubt auf wesentlich einfachere Weise komplexe Regelungsstrategien zu realisieren, die eine Steigerung der Energieeffizienz ermöglichen. | Laufzeit: Oktober 2014 - Juni 2018
mehr InfoVon dem APOLO Konsortium definierte Verbesserungen der Perowskit-Technologie während des vierjährigen Projekts. Ein stabiles, kostengünstiges, flexibles und komplett gedrucktes Perowskit-Solarmodul wird unter Verwendung von umweltfreundlichen Prozessen entwickelt werden.
Perowskit-Solarzellen (PSCs) haben im letzten Jahrzehnt beeindruckende Entwicklungen gezeigt und seit Juli 2018 einen Wirkungsgrad von 23% auf starren Substraten erreicht. Ziel des APOLO Projekts ist es, flexible und stabile PSCs unter Verwendung von skalierbaren und kostengünstigen Prozessen bereitzustellen, mit Modulkosten unter 0,40€/Wp. Das APOLO Konsortium wird an „advanced Materials“ und innovativen grünen Prozessen arbeiten um flexible und komplett druckbare PSCs zu entwickeln. Ein Wirkungsgrad von 22% ist als Ziel gesetzt, mit Stabilitätskriterien von 90% der Ausgangsleistung nach Standardtests für beschleunigte Alterung. APOLO strebt die Erhöhung des Technology Readiness Levels (TLR) der PSC-Technologie an. Die im APOLO Projekt gefundenen Lösungen werden die Entwicklung eines völlig neuen Produkts erlauben, indem Module in die Architektur von Gebäuden integriert werden. Ein Einstieg in neue Märkte wie Automobile, Textile, etc. ist darüber hinaus ebenfalls möglich. | Laufzeit: 04/2018 - 03/2022
mehr InfoSchematische Darstellung einer dreifachen Landnutzung durch die Agri-Photovoltaik.
In dem Projekt »APV-MaGa« soll eine dreifache Landnutzung für ländliche Regionen Westafrikas untersucht und implementiert werden: Der Anbau von Nahrungsmitteln, die Produktion von Solarstrom sowie die Regenwassergewinnung und -speicherung über die installierten Solarmodule. So wird die bisherige Doppelnutzung der Agri-Photovoltaik um den Bereich des Wassermanagements erweitert. Das internationale Konsortium aus Deutschland, Mali und Gambia vereint FuE-Aktivitäten der Agrarwissenschaft, Sozioökonomie und Solarenergie, um die Herausforderungen und Möglichkeiten der Agri-PV aufzuzeigen und ein tieferes Verständnis der Synergien und Wechselwirkungen des Lebensmittel-Wasser-Energie-Nexus zu erlangen. | Laufzeit: 08/2020 - 07/2023
mehr InfoDer Versuchsaufbau vergleicht fünf verschiedene Varianten.
Der Landwirtschaftssektor steht vor neuen Herausforderungen. Im Zuge des Klimawandels müssen Strategien entwickelt werden, um negative Auswirkungen auf Ernten zu vermeiden. Der Obstbau in Deutschland ist bereits heute von den Folgen des Klimawandels betroffen: steigende Temperaturen, veränderte Niederschlagsverteilung und immer häufiger eintretende extreme Wetterereignisse wie Hagel und Starkregen. Der Erwerbsobstanbau setzt somit vermehrt Hagelschutznetze und Folien ein, um Qualitäts- und Ertragseinbußen zu verhindern. Im Rahmen des Projekts »APV-Obstbau« soll untersucht werden, inwiefern die Agri-Photovoltaik (Agri-PV) diese Schutzfunktion im Apfelanbau übernehmen kann, welches Anlagendesign für diese Kultur sinnvoll ist und in welcher Art sich die Agri-PV-Anlage auf die Ernteerträge auswirkt. | Laufzeit: 04/2020 - 03/2025
mehr InfoKonzept einer APV-Anlage.
Die Kosten für Photovoltaik-Anlagen auf Freiflächen sinken kontinuierlich. Experten erwarten, dass PV- Anlagen schon in ca. fünf bis acht Jahren auch ohne finanzielle Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich rentabel werden. Dadurch entstehen zunehmend Geschäftsmodelle mit neuen Nutzungsformen für Kulturlandschaft, die zugleich neue Herausforderungen an den ländlichen Raum - z. B. eine steigende Flächennachfrage - mit sich bringen: Durch die zunehmende Flächennutzungskonkurrenz steigen Pachtpreise in der Landwirtschaft. Die Innovationsgruppe APV-RESOLA entwickelt und untersucht daher eine neue Form von PV-Anlagen, in der neben der Stromerzeugung auch die landwirtschaftliche Fläche zum Nutzpflanzenanbau erhalten bleibt. | Laufzeit: 03/2015 – 01/2021
mehr InfoIn unserer Abteilung »III-V – Epitaxie und Solarzellen« arbeiten wir seit vielen Jahren an der Entwicklung von photovoltaischen Konvertern für monochromatisches Licht. Neben der Zellentwicklung und -optimierung, haben wir Erfahrung in den Bereichen Packaging und Systemintegration. Im Rahmen des ASHLEY Projekts arbeiten wir an der Optimierung und Systemintegration von Laserleistungszellen für ein »Power-by-Light« Modul in Flugzeugen. | Laufzeit: 10/2013 - 09/2017
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