News 2021

Dr. Peter Schossig, Bereichsleiter Thermische Systeme und Gebäudetechnik am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, ist als Experte in das Collaboration Programme on Heat Pumping Technologies der Internationalen Energieagentur (HPT IA) berufen worden. Er vertritt Deutschland als stellvertretender Delegierter des Exekutivausschusses. Wärmepumpen sind laut IEA eine der Schlüsseltechnologien für das Erreichen eines Netto-Null-Emissionsziels bis 2050.

Sechs Fraunhofer-Institute haben in einer gemeinsamen Studie untersucht, wie sich die Coronapandemie aktuell und in Zukunft auf verschiedene Sektoren außerhalb des Gesundheitssektors in Kommunen auswirkt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Krise noch nicht den erwarteten Digitalisierungsschub gebracht, sondern eher zu einer leichten Themenverschiebung geführt hat.

Eine Studie für ein neues Strommarktdesign für die Integration fluktuierender erneuerbarer Energien haben die Fraunhofer Institute für Energiewirtschaft und Netzbetrieb (IEE) und Solare Energiesysteme (ISE) im Auftrag des Bundesverbands Erneuerbare Energie e.V. (BEE) erarbeitet. Der BEE mit seinen Fach-und Landesverbänden sowie 70 weitere Unterstützer aus der gesamten Energiebranche haben die Studie begleitet. Die Studie konzentriert sich auf den Strommarkt, auf zentrale Aspekte der Versorgungssicherheit sowie der Finanzierung der Systemkosten des Energiesystems.

Der Wärmesektor macht in Deutschland etwa ein Drittel des Endenergiebedarfs aus, daher ist seine Dekarbonisierung zentral für das Erreichen der Klimaschutzziele. Etwa 70 Prozent des Wärmebedarfs fallen dabei in Privathaushalten an. Das Fraunhofer- Institut für Solare Energiesysteme ISE hat nun in einer neuen Studie verschiedene Heizungstechnologien auf ihre Wirtschaftlichkeit und Klimawirksamkeit hin untersucht. Unter der Annahme eines steigenden CO2-Preises kommen die Studienautorinnen und -autoren zu dem Schluss, dass in vielen Anwendungsfällen Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaik wirtschaftlicher und weitaus klimafreundlicher sind als Gaskessel.

Die Software SmartCalc.Module des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat eine umfassende Erneuerung erfahren. Als Nachfolgerin von SmartCalc.CTM ermöglicht sie Herstellern von Photovoltaikmodulen Verluste zu minimieren und Designoptimierungen für ihre Module durchzuführen.

Zum dritten Mal wurde durch die Fraunhofer Gesellschaft der »BestChance« Award für besonderes Engagement mit wirkungsvollem Beitrag zur Chancengleichheit verliehen. Der erste Preis ging an das Team des Fraunhofer ISE: Nicole Nierlich, Dr. Stefan Henninger, Julia Packetat und Dr. Saskia Kühnhold-Pospischil. Die Jury würdigte sie mit ihrem Konzept zur Prävention und Intervention in Bezug auf sexuelle Belästigung und Gewalt am Arbeitsplatz.

Der Call for Abstracts für die 16. International Renewable Energy Storage (IRES) Conference, die vom 20. bis 22. September 2022 stattfinden wird, ist gestartet. Expertinnen und Experten aus den Bereichen Technologie und Wissenschaft sind aufgerufen, Abstracts zu ihren aktuellen Forschungsarbeiten und -ergebnissen im Bereich Speichersysteme für Erneuerbare Energien einzureichen. Auch relevante wissenschaftliche Arbeiten aus den Bereichen Politik, Finanzierung und Recht sind willkommen. Die IRES ist die weltweit führende Wissenschafts- und Technologiekonferenz zu diesem Thema. Veranstaltet wird die Konferenz von EUROSOLAR – Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energien e. V. Noch bis zum 15. April können Abstracts für Vorträge und Posterbeiträge eingereicht werden.

Fahrzeugintegrierte Photovoltaik erlebt in Wissenschaft und Industrie in den letzten Jahren verstärktes Interesse. Vom 6. bis 8. Dezember 2021 organisieren die Netherlands Organisation for applied scientific research TNO und das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit dem Konferenzveranstalter Conexio-PSE GmbH online die erste internationale Konferenz, die sich dem Thema widmet. An drei Tagen diskutieren Industrievertreterinnen, Wissenschaftler und Interessierte auf der »PVinMotion« Lösungen für die Integration von Photovoltaik in Autos, Lastwägen und weitere Fahrzeuge.

Im Auftrag der KACO new energy GmbH hat ein Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE untersucht, wann sich ein Wechselrichter mit mehreren unabhängigen DC-Eingängen (Multi-Maximum Power Point Tracker, Multi-MPPT) lohnt. Dabei wurden verschiedene Solaranlagenkonfigurationen, Verschattungsszenarien und Standorte betrachtet und die Ertragsunterschiede zwischen den Gerätetypen simulativ ermittelt. In der Vergleichsuntersuchung wiesen Multi-MPPT Wechselrichter je nach Anwendungsfall geringe Mehrerträge auf, die von der zusätzlichen internen Wandlungsstufe jedoch reduziert werden.

Im Rahmen der Strukturwandelinitiative BioökonomieREVIER werden das Forschungszentrum Jülich, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE sowie der Anlagenhersteller SUNFarming GmbH eine Agri-Photovoltaik Anlage am »Ort der Zukunft« in Morschenich-Alt betreiben. Der Austausch mit der regionalen Landwirtschaft ist dabei ausdrücklich erwünscht. Die kombinierte Nutzung von Flächen für Photovoltaik und Landwirtschaft kann für das Rheinische Revier mit seinen hochwertigen Ackerböden eine Zukunftsoption sein.

Eine der größten Herausforderungen der Perowskit-Photovoltaik ist die Langzeitstabilität. Trotz großer Fortschritte bei der Verbesserung der Lebensdauer dieser Solarzellen wurde ihre Degradation bei angelegter negativer Spannung bisher kaum berücksichtigt. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, der Solaronix SA, der Universität von Colorado und des Materialforschungszentrums der Universität Freiburg hat nun Perowskit-Solarzellen mit kohlenstoffbasierten Elektroden vorgestellt, die sich als besonders widerstandsfähig gegen die durch die Rückwärtsspannung verursachte Degradation erweisen. Als Hauptdegradationsmechanismen wurden der Jodverlust und die starke Erwärmung bei Spannungen unter -9 V identifiziert. Die Module haben den Hotspot-Test nach der internationalen Norm IEC 61215-2:2016 in einem akkreditierten Modulprüflabor erfolgreich bestanden.

Auch wenn bei der Diskussion um Emissionsziele meist erneuerbare Stromerzeugung, Kohleausstieg und Elektromobilität im Vordergrund stehen, sind die Klimaschutzziele ohne den Gebäudesektor nicht zu erreichen. Laut Klimaschutzgesetz muss er bis 2030 seinen Treibhausgasausstoß um etwa 44 Prozent verringern (2020: 120 Mio. t CO2-äq, 2030: 67 Mio. t CO2-äq). Doch die Wärmewende im Gebäudesektor kommt seit Jahren nur schleppend voran. Die Gründe sind vielfältig: viele Stakeholder, heterogene Gebäude- und Eigentümerstrukturen, lange Planungsabläufe und Investitionszyklen sowie hohe Kosten, die es gerecht zu verteilen gilt. Die Auswahl von möglichen Maßnahmen und Politikinstrumenten ist groß. Fachleute aus dem Kopernikus-Projekt Ariadne haben jetzt 45 mögliche Instrumente in einem Hintergrundpapier analysiert und bewertet. Herausgeber ist das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), die AutorInnen der Studie sind Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, der Universität Stuttgart, des Instituts der deutschen Wirtschaft Köln, des Öko-Instituts, des Leibniz-Instituts für Wirtschaftsforschung und des Instituts für Klimaschutz, Energie und Mobilität.

Im Rahmen des Verbundprojekts »LamA – Laden am Arbeitsplatz« hat die Fraunhofer-Gesellschaft Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge an 38 Fraunhofer-Instituten in 17 Städten bundesweit installiert. Die insgesamt ca. 500 Ladepunkte werden für Mitarbeitende, Dienstwagenflotten und Dritte zur Verfügung stehen. Begleitet wurde die Installation der Ladepunkte durch Forschungsprojekte, unter anderem untersuchte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE den Schutz des Netzes vor Überlastung durch intelligentes Lademanagement.

Bis Mitte dieses Jahrhunderts strebt die Bundesregierung einen klimaneutralen Gebäudebestand in Deutschland an. Ziel ist, den Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase im Gebäudebereich vollständig zu vermeiden. Im Rahmen der Studie »Wege zur Erreichung eines klimaneutralen Gebäudebestandes 2050« untersuchten WissenschaftlerInnen des IREES - Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, welche Entwicklungen im Gebäudebereich hierfür notwendig sind. Die Studie wurde wissenschaftlich begleitet und veröffentlicht vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR).

Gasdiffusionslagen (GDL) werden als Basismaterial in Brennstoffzellen eingesetzt und bestimmen die Betriebsbedingungen in einem Brennstoffzellen-Stack und dessen Leistung. Im Projekt »QM-GDL“ - Qualitätsmaßnahmen zu GDLs« entwickelt ein einzigartiger Verbund aus sechs Forschungs- und zwei Industriepartnern unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) einheitliche Methoden zur Qualitätssicherung von Gasdiffusionslagen.

Um die Organische Photovoltaik mit ihren großen Vorteilen – umweltfreundliche Herstellung, flexible Module – der Marktreife näher zu bringen, ist es wichtig, ihre Wirkungsgrade weiter zu steigern. Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE erreichten nun für ein 9 Quadratzentimeter großes Minimodul aus organischen Solarzellen einen zertifizierten Wirkungsgrad von 13,94 Prozent. Damit stellten sie einen neuen Weltrekord in dieser Kategorie auf.

Um Photovoltaik-Module perfekt in eine anspruchsvolle Gebäudehülle oder ein Autodach zu integrieren, müssen diese Module oft gewölbt sein. Gleichzeitig steht dort nicht viel Fläche zur Verfügung, was für den Einsatz hocheffizienter Module spricht. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt »3D PV-Module mit Kontur für die integrierte Photovoltaik« knüpft an diese Anforderungen an. Ziel der Projektpartner Robert Bürkle GmbH, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Netzsch-Gerätebau GmbH und Saint-Gobain Research Germany ist eine einfachere industrielle Herstellung von PV-Modulen mit 3D Kontur. Dafür bauen sie einen 3D Laminator und entwickeln neue Verfahren für die Leistungsvermessung und Fehlererkennung gewölbter Module.

Konventionelle Solarturmkraftwerke nutzen derzeit Solarsalz als Wärmeträger, dessen maximal erreichbare Temperatur bei unter 600 °C liegt. Eine Erhöhung der Betriebstemperatur auf über 1000 °C würde zu einer deutlichen Effizienzsteigerung bei der Stromerzeugung aus der gespeicherten Wärme führen, worin ein hohes Potenzial zur Kostensenkung liegt. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE arbeitet zusammen mit dem Projektpartner Kraftblock im Projekt »HelioGlow« an keramischen Materialien für Festkörper-Strahlungsempfänger, die bis über 1000 °C temperaturstabil sind und auch bei fluktuierender Sonneneinstrahlung eine konstant hohe Nutztemperatur erzielen.

Am 27.7.2021 wurde in Tübingen der Gips-Schüle-Nachwuchspreis verliehen. Mit dieser Auszeichnung honoriert die Gips-Schüle-Stiftung jährlich herausragende MINT-Doktorarbeiten (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik) aus Baden-Württemberg. In der Kategorie »Technikwissenschaften« erhielt Dr. Markus Feifel eine Ehrenurkunde für seine am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE verfasste Doktorarbeit zur Tandem-Photovoltaik.

Der Norden Chiles ist eines der trockensten Gebiete der Erde, verfügt aber über umfangreiche Geothermie-Ressourcen. Mit neuartigen »Kombikraftwerken« könnte dort nicht nur klimafreundlich Strom erzeugt, sondern gleichzeitig auch Frischwasser und sogar Bodenschätze gewonnen werden. Dafür entwickelt das 2019 gestartete und vom Bundesforschungsministerium finanzierte deutsch-chilenische Forschungsprojekt BrineMine Strategien und Technologien. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE entwickelt im Rahmen des Projekts die Anlagentechnik für die spätere industrielle Nutzung. Ein Teil der Prozesskette wurde bereits erfolgreich in einem Geothermie-Kraftwerk im Oberrheingraben im Demonstrationsbetrieb getestet.

Zum bereits 14. Mal wurde am 24. Juni 2021 der UMSICHT-Wissenschaftspreis verliehen. Der Förderverein des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT prämiert damit Menschen, die den Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft unterstützen. Dr. Jörg Schube vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erhielt den UMSICHT-Preis in der Kategorie Wissenschaft für seine Dissertation zur günstigeren und ressourceneffizienteren Herstellung von Siliciumsolarzellen. Schirmherr der Preise ist Prof. Dr. Dietrich Grönemeyer, Leiter des Grönemeyer-Instituts für Mikrotherapie in Bochum und Vorstandsvorsitzender des Wissenschaftsforums Ruhr e. V.

Die verschärften europäischen Klimaschutzziele und das neue deutsche Klimaschutzgesetz sind sehr ambitioniert und erfordern drastische und sofortige Maßnahmen. Zur Frage, wie diese am besten ausgestaltet sein sollten, hat das Fraunhofer Cluster of Excellence Integrated Energy Systems (CINES) sieben Empfehlungen für ein Gelingen der Energiewende erarbeitet. Diese wurden heute im Rahmen einer Web-Session vorgestellt.

Mit der Idee eines neuen Großforschungszentrums bewirbt sich ein Verbund aus wissenschaftlichen Einrichtungen und Wirtschaftspartnern beim Ideenwettbewerb »Wissen schafft Perspektive für die Region!« des Landes Sachen. Im Kontext des Kohleausstiegs soll das Mitteldeutsche Revier in eine international ausstrahlende Modell- und Laborregion für eine klima- und umweltgerechte Transformation umgestaltet werden. EARTH steht für „Education, Application, Research und Transfer in einem Hub“ und führt damit Bildung, Anwendung, Forschung und Transfer in einem Zentrum zusammen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist einer der Forschungspartner in diesem Verbund.

Ein solares Energiesystem planen und nutzen zu können, erfordert zuverlässige Informationen über die solare Ressource. Als Wegweiser durch die teils komplexe Materie und die unterschiedlichen Datenquellen hat das PV Power Systems Programm (PVPS) der Internationalen Energie Agentur (IEA) die dritte Auflage des »Best Practices Handbook for the Collection and Use of Solar Resource Data for Solar Energy Applications« veröffentlicht. Es wendet sich an Unternehmen aus den Bereichen Projektentwicklung, EPC, Energieversorgung, Netzbetrieb und Finanzinvestition, die hochwertige Daten für die Bankability, die Abnahme und den Betrieb von Kraftwerken benötigen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE konnte durch das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt SOLREV wesentliche Beiträge zu Strahlungsvorhersagen beisteuern.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und das Forschungsinstitut der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO) AMOLF haben eine strategische Kooperation im Bereich der Metamaterialien für optische Anwendungen gestartet. Im Projekt »Metasurfaces for Energy Efficient Devices« (MEEt) entwickeln die Partner Metamaterialien für Solarzellen, LEDs und optische Sensoren und die Prozessketten für deren Herstellung. Das gemeinsame Projekt läuft über drei Jahre und wird durch das Fraunhofer International Cooperation and Networking (ICON) - Programm gefördert.

Aufgrund der Corona-Pandemie muss der SOPHIA-Workshop »PV-Module Reliability« zum zweiten Mal abgesagt werden. Er wird auf 2022 verschoben. Die Organisatoren der École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE bieten als Ersatz vom 9. bis 10. Juni 2021 ein kostenloses Webinar an.

Das PV-Symposium, seit mehr als 35 Jahren wichtigster Treffpunkt der PV-Branche, tagte in diesem Jahr zum zweiten Mal online. Über mehrere Tage tauschten sich Akteure aus Wissenschaft, Politik, Industrie und Gesellschaft zu den aktuellen Themen und Innovationen der Branche aus. Zum Abschluss entstand eine gemeinsame Erklärung zum erforderlichen PV-Zubau im Kontext der Klimaschutzziele.

Agri-Photovoltaik verbindet die landwirtschaftliche Nutzung von Flächen mit der Erzeugung von elektrischer Energie durch Photovoltaik. Sie bietet die Chance, Lösungen für die Nahrungsmittelproduktion und gleichzeitige Stromerzeugung unter Berücksichtigung von Bodenschutz und Wassereinsparung zu entwickeln. Die AgriVoltaics ist die erste internationale Konferenz, die sich dieser Technologie widmet. Ihre zweite Ausgabe, die vom 14. bis 16. Juni als Online-Veranstaltung stattfindet, wird Aspekte von der Forschung bis zur praktischen Anwendung abdecken. Das Programm umfasst wissenschaftliche Präsentationen und hochrangige Keynote-Vorträge. Eine Ausstellung und eine Tour zu Installationen, von innovativen Pilotanlagen bis hin zu Best-Practice-Beispielen, runden das Programm ab.

Die 36. Auflage des PV-Symposiums findet in diesem Jahr als Online-Veranstaltungsreihe an sechs Tagen zwischen dem 18. und 26. Mai statt. Bei dem traditionsreichen Branchentreffen diskutieren mehr als 300 Vertreter aus Politik, Wirtschaft und Forschung den Status quo der Photovoltaikbranche sowie deren Entwicklung als tragende Säule zukünftiger Energieversorgungssysteme. Namhafte Experten, darunter vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, werden aktuelle Entwicklungen, technische Innovationen und zukünftige Herausforderungen vorstellen.

Elektrische Speichersysteme sind unverzichtbar für eine dezentrale Energieversorgung und damit auch für die Energiewende. Gerade in mittelständischen Industriebetrieben, dem zentralen Pfeiler der deutschen Wirtschaft, sind diese bislang nur selten installiert. Das Projekt DABESI (»Datengetriebene Auslegung und Betriebsführung von dezentralen Elektrischen Speichern in produzierenden mittelständischen Industriebetrieben«) will den Stromverbrauch in diesen Unternehmen durch den Einsatz von Speichersystemen betriebswirtschaftlich optimieren. Dafür suchen die fünf Projektpartner unter der Leitung der Ernst Knoll Feinmechanik GmbH Industrie-, Gewerbe- und landwirtschaftliche Betriebe als Praxispartner.