News 2023

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.

Prof. Christopher Hebling, Direktor für Internationales am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, wurde in den Vorstand des Forums für Zukunftsenergien e.V. gewählt. In dieser Funktion wird er als Vertreter der Wissenschaft den Umbau der Energiewirtschaft hin zu einem integrierten, nachhaltigen Energiesystem begleiten.

Gemeinsam mit Industriepartnern haben das Fraunhofer Centrum für Silizium Photovoltaik CSP und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Projekt »CTS1000+« gängige PV-Module intensiv untersucht, um noch nicht genutzte Möglichkeiten der Ertragssteigerung aufzuspüren. Durch die Kombination vieler kleiner Verbesserungen bei Komponenten und im Herstellungsprozess konnte das Projektkonsortium so eine Ertragssteigerung im Bereich von drei Prozent für PV-Module erreichen. Mit der Einführung größerer und geteilter Solarzellen im PV-Modul konnte die Leistungsdichte um weitere drei Prozent gesteigert werden. Der Projektpartner und PV-Modulhersteller Heckert Solar hat das angepasste Moduldesign für seine Anfang 2023 in Betrieb genommene neue Fertigungsstätte in Langenwetzendorf übernommen.

Mehrere Fraunhofer-Institute und Einrichtungen, darunter das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, und weitere Partner arbeiten am Aufbau einer großskaligen Produktion von grünem Wasserstoff und seinen Folgeprodukten in Chile. Kern des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts ist es, die Herstellungspotenziale von Wasserstoff und flüssigen Kraftstoffen aus Solarenergie zu erforschen. Neben den technischen Fragen untersuchen die Projektpartner auch die wirtschaftlichen, logistischen und sozio-ökonomischen Aspekte. Dabei unterstützen sie außerdem die Installation einer Pilot-Produktionsstätte für die Produktion von klimaneutralem Methanol und Dimethylether in Chile.

Dr. Oliver Höhn, Wissenschaftler an der Universität Freiburg und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erhält einen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (European Research Council ERC). Mit insgesamt zwei Millionen Euro sowie der Finanzierung einer Plasmaätzanlage für Halbleitermaterialien der chemischen Hauptgruppen III und V unterstützt der ERC den Wissenschaftler ab 2024 für fünf Jahre bei seiner Forschung an höchsteffizienten Solarzellen. Europaweit hatten sich 2.130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der aktuellen Ausschreibungsrunde des ERC beworben.

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) zeichnet die Wissenschaftlerin Dr. Juliane Borchert für ihre hervorragende Arbeit im Bereich neuer Solarzellen Materialien mit dem Hertha-Sponer-Preis aus. Dr. Borchert forscht an Perowskiten und deren Einsatz in Solarzellen, besonders als Tandem-Material in Perowskit-Silizium-Solarzellen. Seit Juli 2022 leitet sie eine Forschungsgruppe am Institut für Nachhaltige Technische Systeme – INATECH der Universität Freiburg und am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.

Dr. rer. nat. Dmitry Bogachuk, Doktorand am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und am Institut für Nachhaltige Technische Systeme – INATECH der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, wurde mit dem diesjährigen Eva Mayr-Stihl-Preis ausgezeichnet. Der mit 5.000 Euro dotierte Nachwuchs-Preis wird für herausragende Dissertationen auf dem Gebiet der Nachhaltigkeitsforschung vergeben. In seiner Abschlussarbeit beschäftigte sich Dmitry Bogachuk mit der Entwicklung von photovoltaischen Perowskit-Solarzellen mit kohlenstoff-basierten Elektroden.

Die Bundesregierung hält am Ziel von jährlich 500.000 neu zu installierenden Wärmepumpen fest. Dazu starteten der Zentralverband Sanitär Heizung Klima (ZVSHK), das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und weitere Partner das Verbundprojekt »Wärmepumpen-Einbau schneller, produktiver und effizienter – handwerkliche Umrüstprozesse optimieren (WESPE)«. Im Fokus des Projekts stehen die physischen und digitalen Prozesse der gesamten Wertschöpfungskette. Ziel ist eine signifikante Verkürzung der Installationszeit, um einen wichtigen Beitrag zur Erreichung des Wärmepumpeneinbauziels zu leisten.

In einem Verbundprojekt haben das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das INATECH der Universität Freiburg gemeinsam mit der Wohnungswirtschaft, der Heizungs- und Lüftungsindustrie und Energieversorgern den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern im Bestand erforscht. Nun haben die Partner eine Handreichung für die praktische Umsetzung veröffentlicht.

Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen erreichen Wirkungsgrade von über 30 Prozent und gelten als Spitzenkandidatinnen für die nächste Generation an Solarzellen. Ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE konnte nun zeigen, dass auch Dreifachsolarzellen bestehend aus Perowskit-Perowskit-Silicium-Teilzellen vielversprechend sind. Diese haben noch einmal ein höheres Wirkungsgradpotenzial als Zweifach-Tandemzellen. Im Rahmen der Forschungsprojekte »Triumph«, gefördert durch die Europäische Kommission und »RIESEN«, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, entwickelte das Team eine solche Dreifachsolarzelle mit einer Leerlaufspannung von über 2.8 Volt. Der Rekord-Wert bestätigt die sehr guten Materialeigenschaften zur Stromerzeugung und lässt die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf eine effiziente Solarzellenarchitektur schließen.

HoloSolis SAS, ein 2022 von EIT InnoEnergy, IDEC GROUP und TSE gegründetes Unternehmen, plant den Aufbau einer Produktionslinie für PV-Solarzellen und -module in der Nähe der deutsch-französischen Grenze im Bezirk Sarreguemines. Die Fertigung soll 2025 in Betrieb genommen werden, und bei voller Auslastung eine Produktionskapazität von fünf Gigawatt pro Jahr haben. Auf der Grundlage einer in diesem Sommer unterzeichneten strategischen Kooperationsvereinbarung wird das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE HoloSolis bei der Technologieauswahl und Fabrikplanung in der konzeptionellen Design- und Bauphase unterstützen.

Netzbildende Wechselrichter werden im Energiesystem der Zukunft eine zentrale Rolle für die Netzstabilität spielen. Um sicherzustellen, dass die Geräte in allen Netzzuständen ihre Aufgabe erfüllen, sind neue Nachweisverfahren nötig. Im Projekt »GFM Benchmark« führt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit den vier großen Übertragungsnetzbetreibern sowie Wechselrichter-Herstellern einen Realitätsscheck mit einem entsprechenden Testverfahren durch und entwickelt dieses damit weiter.

Am 22. August hat der Expertenrat für Klimafragen seine Stellungnahme zum Klimaschutzprogramm 2023 der Bundesregierung veröffentlicht. Der im September 2020 berufene Expertenrat berät die Bundesregierung bei der Anwendung des Bundes-Klimaschutzgesetzes. Das unabhängige Expertengremium setzt sich aus fünf Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammen, Vorsitzender ist Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und Professor für Solare Energiesysteme an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE optimieren die Großserienfertigung von Protonen-Austausch-Membran (PEM)-Brennstoffzellen. Im Rahmen des Projektverbunds »TiKaBe« entwickeln sie innovative Katalysatortinten, die für unterschiedliche industrielle Beschichtungsverfahren verwendet werden können. Die Verkürzung und Vereinfachung des sogenannten Break-In, der Erstkonditionierung von Brennstoffzellen, steht im Mittelpunkt des Forschungsprojekts »BI-FIT« Aktuelle Einblicke in diese Forschung geben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE im Konferenzprogramm der hy-fcell vom 13. bis 14. September 2023 in Stuttgart. Auf dem Stand 4D55, zeigt das Institut Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) für Schwerlastanwendungen und veranschaulicht die Charakterisierung von Zellkomponenten und Lebensdaueruntersuchungen.

Mit dem Boom der Elektromobilität wachsen auch Angebot und Nachfrage nach Ladeinfrastrukturen rasant. Mehr als 50 Anbieter bieten bereits jetzt mehrere hundert Wallbox-Lösungen an. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin haben deshalb das Projekt »Wallbox Inspektion« gestartet, um neue Verfahren zur Qualitätsbewertung von solaren und bidirektionalen Wallboxen für private Elektrofahrzeuge zu entwickeln und als Industriestandard zu etablieren. Im Fokus stehen die Effizienz und Regelgüte für solares Laden und die Rückspeisung aus der Fahrzeugbatterie ins Haus (»Vehicle to Home«).

Für die elektrischen Eigenschaften eines Photovoltaik (PV)-Kraftwerks ist vor allem das Zusammenspiel der eingesetzten Wechselrichter und des Netzanschlusspunktes wichtig. Bei bestimmten Voraussetzungen können unerwünschte Resonanzeffekte oder hohe Oberschwingungspegel auftreten, die erhöhte Verluste, vorzeitiges Altern oder sogar einen Ausfall der Geräte verursachen. Für die Stabilitäts- und Oberschwingungsanalyse solch komplexer Anlagen gibt es jedoch bis heute keine adäquaten Lösungen. Im Projekt »ImaStabil« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE mit seinen Projektpartnern eine neue Methode zur Bestimmung des Verhaltens von Wechselrichtern in PV-Parks. Für die Erprobung im Feld sucht das Institut geeignete Photovoltaik-Kraftwerke.

Die Kombination von Solarthermischen Kraftwerken und Photovoltaik unter Einbeziehung von Speichern verspricht eine kostengünstige und stabile Stromerzeugung. Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekt »HybridKraft« unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE soll ein solches Hybrid-System entwickelt werden. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung eines Elektroerhitzers für Salzschmelzen, der sich für den Einsatz in Großkraftwerken eignet. Die Umwandlung von erneuerbarem Strom in Hochtemperaturwärme zur direkten Nutzung oder Speicherung ist aber auch für industrielle Anwendungen interessant.

Organische Photovoltaik könnte der Solarenergie dank ihrer umweltfreundlichen und günstigen Herstellung sowie ihrer Flexibilität und Möglichkeit der Transparenz neue Anwendungsgebiete erschließen. Um der Technologie zum Marktdurchbruch zu verhelfen, arbeiten Forschungsinstitute weltweit an ihrer Effizienz und Skalierbarkeit. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und des Materialforschungszentrums FMF der Universität Freiburg konnten nun ihren im September 2020 verkündeten Rekord für eine 1 Quadratzentimeter große, organische Solarzelle verbessern. Die neue Solarzelle stellt mit einem Wirkungsgrad von 15,8 Prozent erneut den Weltrekord in dieser Kategorie auf.

Rund hundert Akteurinnen und Akteure der Photovoltaikbranche fanden sich am Montag im Fraunhofer ENIQ – der Repräsentanz der Fraunhofer-Energieforschung in Berlin – zusammen, um über mögliche Kooperationen für neue PV-Produktionen in Deutschland zu diskutieren. Anlass ist ein Interessenbekundungsverfahren, ausgeschrieben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), für das sich Interessierte an einer Investitionskostenförderung bis zum 15. August 2023 bewerben können. 12 Unternehmen stellten im Rahmen des Workshops unterschiedliche Projektskizzen für PV-Fertigungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette vor. Einige von ihnen werden in Konsortien ihre Interessenbekundungen beim BMWK einreichen.

Für seine Promotion mit dem Titel »Dynamic Operation of Power-to-X Processes Demonstrated by Methanol Synthesis« erhält Florian Nestler den Wissenschaftspreis der Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik des Karlsruhe Instituts für Technologie (KIT) der Peter-und-Luise-Hager-Stiftung für das Jahr 2023. Die Stiftung honoriert mit dem Peter und Luise Hager-Preis herausragende Leistungen im Bereich Energie- und Umwelttechnik. Der Preis ist mit 3.000 Euro dotiert und wurde am 30. Juni 2023 im Rahmen der Feier der Absolventinnen und Absolventen der Masterstudiengänge 2022/23 des Karlsruhe Instituts für Technologie (KIT) überreicht.