Forschungsprojekte

Im Zeitalter der Digitalisierung stellt sich die Frage wie etablierte Drucktechnologien wie das Flachbett-Siebdruckverfahren in den digitalen Raum überführt werden können. Zentrale Herausforderungen wie die Reduktion der Strukturbreiten oder die Maximierung des Produktionsdurchsatzes könnten mit Hilfe eines digitalen Zwillings kostengünstiger und schneller bearbeitet werden. Das skizzierte Vorhaben stellt einen Ansatz zur Digitalisierung des Flachbett-Siebdruckverfahrens dar und beinhaltet die Optimierung der Produktionsparameter mittels CFD-Simulation und künstlicher Intelligenz, sowie die Einbindung eines Feedback-Loops zur Live-Prozesskontrolle und -anpassung. Das Projektkonsortium deckt einen breiten Bereich der Produktionskette ab und ermöglicht somit eine optimale Zusammenarbeit. | Laufzeit: 04/2023 - 03/2026

Die Verschmutzung von Spiegeln in solarthermischen Kraftwerken mindert die Erträge und beeinträchtigt so die Wirtschaftlichkeit. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Gerätes zur automatisierten Erfassung von Verschmutzung an Standorten für Solarkraftwerke, sowohl zur Qualifizierung von Standorten als auch im Kraftwerksbetrieb. Da Ertragsminderungen und Reinigungskosten im Betrieb einen signifikanten Beitrag zur Wirtschaftlichkeit solarer Kraftwerke darstellen, ist eine bessere Kenntnis der Verschmutzungscharakteristika an einem Standort ein hilfreiches Kriterium bei der Standortwahl und der Qualifizierung eines Kraftwerksprojekts für die Finanzierung und trägt im Betrieb dazu bei, die Reinigungszyklen zu optimieren. | Laufzeit: 08/2014 - 05/2018

Im Projekt »AVUSPro« wird ein Gerät zur automatisierten Erfassung von Verschmutzung weiterentwickelt und Prototypen an Standorten mit unterschiedlichen Umwelt-bedingungen erprobt. Weiter werden Methoden zur verbesserten Standortcharakterisierung und zum verbesserten Betrieb solarthermischer Kraftwerke entwickelt. Hier sind zum Beispiel die optimierte Reinigung und die Analyse von Verschmutzungsprozessen wichtige Bausteine. | Laufzeit: 07/2019 - 07/2023

In AgriChance werden Chancen und Risiken der AgriPV für Landwirtschaft und Energiewenden in Hamburg untersucht. Die Ergebnisse dienen als Entscheidungshilfevorhaben zur Darlegung des Potenzials, der ökonomischen Betrachtung und der energetischen Integration. | Laufzeit: 11/2022 - 08/2025

Wärmepumpen stellen eine effektive Lösung dar, um den Energieverbrauch und die Umweltbelastung von Gebäuden zu verringern und erneuerbare Energien in die Wärmeversorgung einzubringen. Allerdings entspricht die tatsächliche Effizienz von Wärmepumpen in der Praxis nicht immer den Erwartungen. Neben hohen auftretenden Wärmeverlusten wird die Energieeffizienz durch eine nicht passende Anlagenauslegung, durch Fehlparametrierung der Wärmepumpenregelung und durch unerkannte Betriebsdefizite vermindert. Gegenstand des »AI4HP«-Projekts ist deswegen die Entwicklung einer neuen Generation von "intelligenten Wärmepumpen", die sich mit Hilfe von Künstlichen Neuronalen Netzen adaptiv an eine sich verändernde Randbedingungen anpasst und damit die Energieeffizienz unter Einhaltung des Nutzerkomforts erhöht. | Laufzeit: 09/2021 - 08/2024

Im Forschungsprojekt »AmmoCatCoat« erforscht das Fraunhofer ISE mit Partnern aus der Industrie und Forschung Katalysatoren mit neuartigen biomassebasierten Kohlenstoffen als Ruthenium-Trägermaterial für eine effizientere, nachhaltigere und kostengünstigere Wasserstofferzeugung aus Ammoniak. Die Aktivität von Katalysatoren wird besonders bei niedrigen Prozesstemperaturen evaluiert. Gleichzeitig werden die Kohlenstoffmaterialien so angepasst, dass konventionelle Beschichtungsmethoden verwendet werden können, um zukünftig elektrisch beheizbare Katalysatorträger einsetzen zu können. | Laufzeit: 05/2024 - 04/2027

Projekt im Geschäftsfeld: Leistungselektronik, Netze und Intelligente Systeme, Thema: Energiesystemanalyse, Laufzeit: 02/2020 - 02/2021

In Kuwait soll auf einer Fläche von 100 km² ein Kraftwerkspark aus Wind-, CSP- und PV-Technologien mit einer Gesamtkapazität von 2 GW in drei Ausbaustufen gebaut werden. Insgesamt 14 potenzielle Technologien wurden im Rahmen der Studie ausgewählt und für den Einsatz im Park techno-ökonomisch bewertet. Um für verschiedene Szenarien die optimale Technologiezusammensetzung zu erhalten, definierte das Fraunhofer ISE Bewertungskriterien und entwickelte ein Optimierungsverfahren. Ein wichtiges Kriterium hierbei ist die Möglichkeit mit dem Kraftwerkspark, die in Kuwait ausgeprägten Lastspitzen abzudecken. Die Optimierung berücksichtigt neben technischen auch sozio-ökonomische Faktoren sowie eine prognostizierte Kostenentwicklung bis zur letzten Ausbaustufe in 2030. | Laufzeit: 2013

Bauwerksintegrierte Solarthermie kann höhere Erträge zu niedrigeren Kosten ermöglichen. Um der Architektur mehr Gestaltungsmöglichkeiten zu geben, werden im Forschungsprojekt »ArKol« zwei neuartige Fassadenkollektoren von der Idee bis zur Anwendungsreife entwickelt. Zum einen wird ein Streifenkollektor entwickelt, der hohe Effizienz bietet, wobei der Streifenabstand und das Material zwischen den Streifen frei gewählt werden können. Zum anderen wird eine solarthermische Jalousie entwickelt, die z. B. zwischen Glasscheiben eingesetzt werden kann. Die Jalousie ist dabei so beweglich wie eine normale Jalousie, liefert aber gleichzeitig erneuerbare Wärme und verringert den g-Wert. Beide Technologien nutzen Heat-Pipes, was eine hohe Flexibilität im Kollektordesign ermöglicht. | Laufzeit: 01/2016 - 02/2020

Das Flex-C-Cat-Projekt leistet einen Beitrag zur Power-to-Liquid-Prozesskette für eine nachhaltige Wasserstofferzeugung und -nutzung. Heterogene Katalysatoren spielen eine wesentliche Rolle bei der Herstellung von Kraftstoffen und Chemikalien in der Gegenwart und in der Zukunft. Daher müssen leistungsstarke und effiziente Katalysatoren entwickelt und von Erdöl auf CO2 und biobasierte Ausgangsstoffe umgestellt werden. In diesem Zusammenhang konzentriert sich das »Flex-C-Cat II« Projekt auf die Optimierung und Charakterisierung von aus Biomasse gewonnenen mesoporösen Kohlenstoffen als abstimmbare heterogene Träger für die Hydrierungskatalyse. Die Anwendbarkeit der Flex-C-Cat-Katalysatoren wird anhand mehrerer exemplarischer Hydrierungen demonstriert, die sowohl für die aktuelle als auch für die sich entwickelnde industrielle Praxis relevant sind, begleitet von Untersuchungen dieser Katalysatoren mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie bei Umgebungsdruck. | Laufzeit: 06/2019 - 06/2021

Für die Sanierung eines Mehrfamilienwohnhauses in Zürich, bei dem gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) unter Mitwirkung des Fraunhofer ISE beispielhaft zum Einsatz kam, wurde im Rahmen des Schweizer Solarpreises ein Plusenergiebau-Diplom verliehen. Durch die Integration von Photovoltaik auf den Dach- und Fassadenflächen, bei der die Jugendstilarchitektur erhalten wurde, konnte ein Plusenergiestandard erreicht werden. Zur detaillierten Anlagenauslegung hinsichtlich Ertrag und Betriebssicherheit kamen Simulationsmodelle des Fraunhofer ISE zum Einsatz, die durch ein 3D-Modell Teilverschattungen, verschiedene Modulexpositionen und Modulgrößen berücksichtigen. Seit April 2016 ist die Sanierung abgeschlossen und die BIPV trägt durch ihre Erträge wie erwartet signifikant zum Plusenergiestandard bei. | Laufzeit: 2015 - April 2016

Zahlreiche Kommunen, Regionen zunehmend auch Städte haben sich zum Ziel gesetzt ihre Energieversorgung auf erneuerbare Energietechnologien umzustellen. 100%EE-Regionen, Bioenergiedörfer aber auch Städte wie Flensburg oder Frankfurt am Main haben sich ehrgeizige Ziele bezüglich ihrer Energiebereitstellung und CO2-Reduktion gesetzt. Welche Auswirkungen haben jedoch diese Entwicklungen auf das gesamte Energiesystem Deutschland? | Laufzeit: 05/ 2015 - 12/2018

Mit dem rasanten Ausbau erneuerbarer Energien und dem Markthochlauf der Elektromobilität stehen Betreiber und Nutzer privater sowie halböffentlicher Ladeinfrastruktur (LIS) vor neuen Herausforderungen. Das Innovationsprojekt BALANCE setzt genau hier an: Durch die Entwicklung fortschrittlicher Analysetechniken und die Nutzung von IoT-Daten aus Ladevorgängen, dezentralen Verbrauchern und Erzeugern werden intelligente Prognosen ermöglicht. Diese schaffen die Grundlage für eine bedarfsgerechte Steuerung von Ladevorgängen und Home-Energie-Management-Systemen (HEMS) – ein wichtiger Schritt für Netzstabilität, Energieeffizienz und die Integration erneuerbarer Energien. | Laufzeit: 05/2025 - 10/2026

Das Potential für die dachintegrierte Photovoltaik ist erheblich. Allein die gebäudeintegrierte Photovoltaik wird laut einer Studie des Fraunhofer ISE für Deutschland mit einem technischen Potential von 1.000 GW beziffert. Dabei entfällt der Großteil dieses Segments auf Dachflächen. Vor diesem Hintergrund werden in Zukunft kostengünstige, optisch attraktive und einfach zu installierende Photovoltaik-Lösungen für die Dachintegration besonders gefragt sein. Im Projekt »Baldachin« entwickeln wir mit unseren Partnern ein innovatives Solardachelement für die gebäudeintegrierte Photovoltaik der nächsten Generation, das in Form und Farbe den klassischen Dachziegeln folgt, ohne dass Solarzellen sichtbar sind. | Laufzeit: 07/2021 - 06/2024

Elektrische Energiespeicher (EES) sind entscheidend für die Energiewende. Das Projekt BEST verfolgt das Ziel, ein innovatives Verfahren zur Herstellung von trockenprozessierten Batterieelektroden für Zink-Ionen-Batterien zu entwickeln. Dieses Verfahren zielt darauf ab, die Effizienz und Reproduzierbarkeit der Elektrodenproduktion erheblich zu steigern und zeitaufwendige Schritte zu eliminieren. Durch den Einsatz nachhaltiger PFAS-freier Binder in Kombination mit innovativen Technologien streben wir eine kosteneffiziente und umweltfreundliche Produktion an. | Laufzeit: 02/2025 - 12/2025

Im Projekt »BI-FIT« (Break-In for Fuel Cells Initializing and Testing) untersucht und optimiert das Fraunhofer ISE den Break-In, also den initialen Betrieb der Brennstoffzelle. Dazu wird durch wissenschaftliche, belastbare Analysen und Forschungsarbeiten ein grundlegendes Verständnis der ablaufenden Mechanismen geschaffen und neue Break-In-Konzepte entwickelt, sodass die Dauer des Break-In auf maximal 60 Minuten reduziert werden soll. Das Projekt ist in den Projektverbund »HyFab« eingegliedert, der für die Automobil- und Zuliefererindustrie eine Know-how-Basis schaffen soll, um Technologien zur Brennstoffzellenfertigung erforschen zu können. | Laufzeit: 08/2022 - 07/2025

Der Bausektor ist einer der wichtigsten Bereiche, wenn es um Energieeinsparungen und Emissionssenkungen geht. Zudem koexistieren in der Bauwirtschaft große internationale Unternehmen mit KMUs, die 92 Prozent des Marktes ausmachen. Die Bauwirtschaft beträgt 9 Prozent des BIP der Europäischen Union. Allerdings ist der Bausektor bislang nur wenig digitalisiert. In diesem Zusammenhang zielt das EU-finanzierte Projekt BIM4REN auf die Entwicklung und Demonstration benutzerfreundlicher Building Information Modeling-Tools (BIM) und -Dienstleistungen im Bereich der Sanierung von Gebäuden und der Erneuerung der Gebäudetechnik. Im Projekt haben sich 23 Interessenvertreter des Bausektors aus Forschungsinstituten, Universitäten sowie kleine und große Industrieunternehmen zusammengeschlossen. | Laufzeit: 10/2018 - 9/2022