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Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin, der Rena Technologies GmbH, des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben zum ersten Mal ein umfassendes Modell der Wasserflüsse in einer 5 Gigawatt Solarzellen-Fabrik erstellt. Auf dieser Grundlage prüften sie die Einführung zweier unterschiedlicher Strategien zur zirkulären Wassernutzung. Das Ergebnis: Wassereinsparungen von bis zu 79 Prozent und eine Abwasserreduzierung von bis zu 84 Prozent wären mit heutigen Produktionstechnologien technisch bereits möglich. Dies ermöglicht den Bau von neuen Solarzellen-Fabriken auch an Standorten mit weniger Wasserverfügbarkeit. Die Studie ist in der neusten Ausgabe der Solar Energy frei zugänglich.

Der Expertenrat für Klimafragen hat heute ein Sondergutachten zur Prüfung der zukünftigen Entwicklung der Treibhausgasemissionen in Deutschland vorgelegt. Danach sinken die Gesamtemissionen zwar bis 2030, das Ziel einer Senkung um mindestens 65 Prozent bis 2030 würde dennoch nicht erreicht.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat als erstes europäisches Forschungsinstitut den Umstieg auf großflächige M10-Silizium-Wafer vollzogen. Eine TOPCon-Solarzelle erreichte auf Anhieb einen sehr guten Wirkungsgrad von 24,0 Prozent. Beim 20. Photovoltaik-Technologiebeiratstreffen des Fraunhofer ISE wurde dieses Ergebnis erstmals vorgestellt.

Anlässlich des ersten Todestages von Chemiker und Stiftungsgründer Dr. Fritz Ruf verlieh die Fritz Hüttinger Stiftung gestern zum ersten Mal den Gerda Ruf-Preis und den Dr. Fritz Ruf-Preis für herausragende Abschlussarbeiten an der Technischen Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Für Ihre Masterarbeit zum Potenzial von Reinforcement Learning als Batteriesteuerungsstrategie für Unternehmen erhielt Anna Rothenhäusler den Gerda Ruf-Preis. Dr. Patrick Schygulla wurde mit dem Dr. Fritz Ruf-Preis für seine Doktorarbeit zu siliziumbasierten Mehrfachsolarzellen ausgezeichnet. Er schaffte es, den Wirkungsgrad dieser Solarzellen von 33,3 auf 36,1 Prozent zu erhöhen, der zurzeit höchste Wert dieser Technologie. Beide Preistragende forschen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und der Universität Freiburg.

In absehbarer Zeit werden vor allem Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb über Europas Straßen rollen. Inwiefern sich die Verbreitung von fahrzeugintegrierter Photovoltaik auf den Strombedarf einer elektrifizierten Fahrzeugflotte auswirken würde, untersucht seit Anfang 2023 ein Konsortium aus der niederländischen Organisation für angewandte Forschung TNO, dem deutschen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE sowie den Solartechnik-Ausrüstern für Fahrzeuge Sono Motors, Lightyear Layer und IM Efficiency. Die Generaldirektion Mobilität und Verkehr der Europäischen Kommission (GD MOVE) beauftragte das Projekt «SolarMoves», um den Einfluss von on-board erzeugtem Solarstrom auf den Bedarf an E-Ladeinfrastruktur in der Europäischen Union besser einschätzen zu können. Nun wurden im Rahmen des Projekts LKW-Flotten, die durch ganz Europa fahren, mit Sensoren ausgestattet, um die Stromertragsmodellierungen der Forschungsgruppe mit realen Daten zu validieren.

Die Digitalisierung der Forschung eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für innovative, datenbasierte Angebote, gleichzeitig erfordert sie ein standardisiertes Datenmanagement. Im neuen Pilotprojekt »BatterieDigital_real« der Fraunhofer-Gesellschaft schaffen verschiedene Institute einen Forschungsdatenraum für die Batterieforschung. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE arbeitet für die Zusammenführung von Batterieentwicklung und Künstlicher Intelligenz mit der Universität Auckland zusammen.

Wärmepumpen sind in unserem zunehmend auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem ein zentraler Baustein. Ihr Verbrauch ist planbar und die Wärme speicherbar – dadurch kann die Heizung flexibel auf die fluktuierende Energieerzeugung aus Sonne und Wind reagieren und somit den Betrieb des Stromnetzes unterstützen. Das ist das Ergebnis eines länderübergreifenden Forschungsprojektes der Internationalen Energieagentur (IEA). Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE war mit seinen Forschungsarbeiten zu Großwärmepumpen sowie zum Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern beteiligt.

Ein Team aus der Abteilung Leistungselektronik und Netzintegration des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist am 3. Mai beim Zukunftspreis der Privaten Stiftung Ewald Marquardt für Wissenschaft und Technik, Kunst und Kultur mit dem 2.Platz ausgezeichnet worden. Michael Geiss, David Derix, Andreas Hensel, Jürgen Thoma und Dirk Kranzer erhielten die mit 7000 Euro dotierte Auszeichnung für die Entwicklung des weltweit ersten Mittelspannungs-Stringwechselrichters für die Photovoltaik.

Eine galvanische Metallisierung von Solarzellen ist zum effizienten Stromabfluss bei hohen elektrischen Leistungen optimal geeignet. Der Prozess eröffnet damit neue Möglichkeiten für klassische Silizium-Solarzellen und insbesondere auch für Solarzellen in speziellen Anwendungen wie Laserleistungszellen, welche zur kabellosen Leistungsübertragung eingesetzt werden. Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer ISE gelang es galvanische verstärkte Leiterbahnen auf solchen Laserleistungszellen abzuscheiden. Dies erfolgte direkt aus einer chemischen Lösung in eine Lackmaske. So wurden Kontaktfinger mit einer Höhe von 15 Mikrometern hergestellt, was in etwa dem 5-fachen der Höhe konventioneller Finger entspricht. Dadurch können höhere Ströme nahezu verlustfrei abgeleitet werden.

Eine Studie der Universität Göttingen und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE legt nahe, dass eine Mehrheit der landwirtschaftlichen Betriebe in Deutschland dem Konzept der Agri-Photovoltaik gegenüber aufgeschlossen sind und sich vorstellen können, die Technologie bei sich einzusetzen. Das Forschungsteam wertete dafür Antworten von 214 Landwirtinnen und Landwirten in einer Online-Umfrage aus. Danach können sich 72,4 Prozent von ihnen vorstellen, Agri-Photovoltaik für ihren Betrieb zu nutzen. Wichtigste Beweggründe sind dabei die zusätzliche Einkommensquelle durch die Stromerzeugung sowie eine zukunftsfähige Entwicklung des Betriebs.

Der Expertenrat für Klimafragen hat heute seinen Prüfbericht zu den Emissionsdaten 2023 vorgelegt. In dem gemäß Bundes-Klimaschutzgesetz jährlich erstellten Bericht prüft und bewertet der Expertenrat die vom Umweltbundesamt übermittelte Berechnung der Emissionen und betrachtet die Entwicklungen in ausgewählten Sektoren. Der Verkehrssektor verfehlte danach sein Ziel deutlich um 12,8 Megatonnen CO2-Äquivalente. Insgesamt wurde das Ziel für die Gesamtemissionen erreicht.

Elektrolyseure ermöglichen die umfassende Nutzung erneuerbarer Energien, indem sie Wasserstoff erzeugen, der als chemischer Energiespeicher genutzt werden kann. Um bereits in naher Zukunft konkurrenzfähige Stacks für die PEM-Elektrolyse in hoher Stückzahl produzieren zu können, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE skalierbare Produktionsverfahren wie Schlitzdüsendruck und Siebdruck zur Herstellung von Katalysatorschichten für der Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Sie haben nun Katalysatortinten für beide Produktionsverfahren entwickelt, welche eine Herstellung von Katalysatorschichten mit geringerer Iridium-Beladung und im hohen Durchsatz ermöglichen. Die Material- und Herstellungskosten für PEM-Elektrolyseure werden so erheblich gesenkt.

Im Rahmen des Forschungsprojekts »Modellregion Agri-Photovoltaik für Baden-Württemberg« betreut und überwacht das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE eine aufgeständerte und leicht demontierbare Photovoltaik-Anlage über einer Wiederaufforstungsfläche. Zum Einsatz kommt sie auf den abgebauten und zur Rekultivierung wieder aufgefüllten Flächen einer Quarzsandgrube bei Meßkirch, betrieben durch die Emil Steidle GmbH &Co. KG. Das PV-System stellt die 40 Prozent Verschattung bereit, die Setzlinge in einem Wald vorfinden würden, und lässt sich – sobald die jungen Bäume kräftig genug sind – auf die nächste Fläche versetzen, die aufgeforstet werden soll. Letzte Woche eröffnete Baden-Württembergs Minister für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Peter Hauk die Pilotanlage.

In Einfamilienhäusern und im Neubau sind Wärmepumpen mittlerweile die dominierende Heiztechnologie. In Mehrfamilienhäusern und in älteren Gebäuden ist ihr Einsatz anspruchsvoller, dabei liegt hier ein enormes Potenzial. Ein neuer Leitfaden der Deutschen Energie-Agentur (dena) präsentiert Erfahrungen zum Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern im Bestand und gibt konkrete Handlungsempfehlungen für die Umsetzung.

Wärmepumpen und Ladesäulen sollen für den zuverlässigen Betrieb der Verteilnetze in kritischen Netzsituationen durch den Netzbetreiber gedimmt werden können. Die dafür vorgesehene Kommunikation läuft über den sogenannten Controllable Local System (CLS)-Kanal des Smart Meter Gateways. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte und vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE koordinierte Verbundprojekt »UtiliSpaces« erforscht die Herausforderungen bei der Umsetzung in der Praxis. Im Digital Grid Lab des Fraunhofer ISE werden Hardware und Software für die komplexe Anlagensteuerung erprobt.

Für sein Promotionsvorhaben zur verbesserten Kantenpassivierung von Schindelsolarzellen erhält Alexander Göbel ein Stipendium der Stiftung Nagelschneider. Ziel seiner Forschung an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist es, herauszufinden, wie genau an den Schnittkanten von Silizium-Solarzellen auftretende Leistungsverluste verhindert werden können.

Mit Jahresbeginn ist das novellierte Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Kraft getreten, womit verbindliche Regelungen für den Einsatz erneuerbarer Energien beim Einbau neuer Heizungen getroffen wurden. Diese werden dazu führen, dass Wärmepumpen auch zunehmend in Bestandsgebäuden eingesetzt werden. Um die damit verbunden Herausforderungen besser zu verstehen und Lösungen zu entwickeln, forscht das Fraunhofer ISE seit Ende 2019 gemeinsam mit neun Wärmepumpenherstellen und zwei Energieversorgern im Projekt »WP-QS im Bestand«. Schwerpunkte neben Effizienz und Betriebsverhalten ist die Messung der Schallbelastung durch Außenluft-Wärmepumpen sowie Untersuchungen zu bivalenten Systemen und PV-Eigenstromnutzung. Inzwischen ist die finale einjährige Messperiode gestartet – im Bereich der Effizienz- und Schallmessung liegen erste Zwischenergebnisse vor.

Batterien von Elektroautos und deren Ladestationen werden ein wichtiger Baustein der Energiewende: Sie können künftig die Aufgabe übernehmen, das Energiesystem kurz- und mittelfristig zu stabilisieren, indem sie Strom ins Netz zurückspeisen, wenn die Fahrzeuge nicht gebraucht werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE erforschen gemeinsam mit Konsortialpartnern im Projekt »BiFlex-Industrie - Bidirektionale Flexibilität durch Flottenkraftwerke in und um Unternehmen«, wie dieses bidirektionale Laden mit Fahrzeugflotten von Unternehmen technisch und wirtschaftlich umgesetzt werden kann.

In Elektrofahrzeugen sind auf unseren Straßen Batteriespeicher mit einer Gesamtkapazität von etwa 50 Gigawattstunden unterwegs. Das ist fast das Fünffache der in Deutschland installierten stationären Batteriespeicher. Wie die Fahrzeugbatterie als Speicher für den eigenen Haushalthalt genutzt werden kann, hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Leitfaden »Bidirektionales Laden« untersucht. Dabei wurden verschiedene Haushaltstypen und Nutzungsmöglichkeiten betrachtet und miteinander verglichen. Das Forschungsteam untersuchte Eigenversorgungsquote und ökonomisches Potenzial sowie die technischen Anforderungen an das bidirektionale Laden. Die Studie wurde durch das Förderprogramm Sonnencent der Elektrizitätswerke Schönau ermöglicht.

Bereits heute werden weltweit mehrere Millionen Siliziumwafer pro Tag für die Photovoltaikindustrie produziert, mit stark steigendem Bedarf. Gleichzeitig stellt die Branche ihre Produktion zunehmend auf größere Wafer-Formate um. Die Herstellung dieser Solarzellen mit einer Kantenlänge von bis zu 210 Millimetern bei mindestens gleichbleibender Qualität und Taktrate stellt Anlagenhersteller insbesondere für die Laserbearbeitung vor neue Herausforderungen. Damit dieser Prozessschritt zukünftig nicht zum Nadelöhr wird, entwickelte ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE mit Industriepartnern ein neues Anlagenkonzept. Es setzt auf die geschickte Kombination von „on-the-fly“ Prozessierung mit ultraschneller Scantechnologie, ultraschnellen Laserquellen, High-End Optiken und Sensorik. Nach der erfolgreichen Demonstration im Jahr 2022 mit einem effektiven Durchsatz von über 15.000 Wafern pro Stunde ist nun ein weiterer Prototyp am Fraunhofer ISE im Einsatz, der UV-Wellenlängen nutzt und besonders kleine Strukturen verspricht.