Presseinformationen 2020

Die EU-Zielverschärfungen auf dem Weg zur Klimaneutralität sehen im Kontext des Green Deal eine Reduktion der CO2-Emissionen um 55% bis 2030 und 100% bis 2050 vor. Vor dem Hintergrund dieser verschärften Parameter stellt sich die Frage nach der Auswirkung auf die Energiewende in Deutschland. Das Fraunhofer ISE hat auf Basis seines Energiesystemmodells REMod die Konsequenzen der neuen EU-Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland berechnet und stellt die Ergebnisse nun in einer Kurzstudie vor.

In Krisen- und Katastrophenfällen wie der aktuellen Corona-Pandemie können mobile, dezentral einsetzbare Systeme für die medizinische Versorgung der Bevölkerung eine entscheidende Ergänzung der bestehenden Gesundheitsinfrastruktur sein. Unter der Federführung des Fraunhofer IFF in Magdeburg haben sich sechs Institute der Fraunhofer-Gesellschaft zusammengeschlossen und entwickeln in dem Projekt »Demo-medVer« ein integriertes System einer mobilen, dezentralen medizinischen Versorgung. Das Besondere: Sämtliche Komponenten des Gesamtsystems sind modular aufgebaut, eng miteinander verbunden und sie ergänzen sich gegenseitig. Bis Ende nächsten Jahres soll ein funktionsfähiger Prototyp entstehen.

Methoden zur Analyse von thermo- und elektrochemischen Systemen gewinnen im Kontext der Energiewende immer mehr an Bedeutung. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat nun im Kontext des nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie seine FuE-Infrastruktur erweitert und eine der weltweit wenigen Anlagen für Hochtemperatur-Nah-Umgebungsdruck-Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie (HT-NAP-XPS) in Betrieb genommen. Damit setzt das Institut einen weiteren Meilenstein für die Entwicklung von Elektrolyse- und Brennstoffzellensystemen sowie wasserstoffbasierten Power-to-X-Pfaden.

Wärmepumpen werden die wichtigste Heizungstechnologie der Zukunft sein. Um die Marktdurchdringung deutlich zu beschleunigen, arbeiten Hersteller sowohl an Kostensenkungen als auch an nachhaltigen Kältemittellösungen für die Geräte. In dem vom Bundeswirtschaftsministerium BMWi geförderten Forschungsvorhaben »LC150 Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE einen kompakten und kosteneffizienten Kältekreis für Wärmepumpen mit dem Kältemittel Propan. Die Entwicklungsarbeiten werden durch ein breites Industriekonsortium europäischer Wärmepumpen-Hersteller finanziell unterstützt und fachlich begleitet. Die gemeinsame Entwicklungsplattform soll den beteiligten Firmen ein erhebliches Kostensenkungspotenzial eröffnen und die industrielle Entwicklung von Wärmepumpen für Wohngebäude beschleunigen.

Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Solarzellen-Kontakten entwickelt worden. Das Laser Transfer and Firing (LTF) bietet insbesondere für bestimmte Solarzellenoberflächen Vorteile gegenüber dem Standardverfahren. Im Verbundprojekt »C³PO« ist es den Freiburger Forscher*innen gemeinsam mit Industriepartnern jetzt gelungen, auf einer Anlage der Pulsar Photonics GmbH den LTF-Prozess erstmals vollautomatisiert abzubilden. Das Verfahren kann nun im Hinblick auf eine industrielle Umsetzung systematisch getestet und optimiert werden.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat den diesjährigen f-cell Award in der Kategorie »Research & Development« gewonnen. Ausgezeichnet wurde dabei die Weiterentwicklung des Flachbettsiebdrucks als industriell skalierbarer Herstellungsprozess für Brennstoffzellen-Elektroden. Baden-Württembergs Umweltminister Franz Untersteller übergab die Auszeichnung im Rahmen der Konferenz f-cell am 29. September in Stuttgart.

Solarstrom ist heute die kostengünstigste Energieform weltweit, dazu hat die Forschung wichtige Beiträge geleistet und tut dies weiterhin. Ressourcen schonende Produktionstechnologie ist dabei ein wichtiger Faktor, der neben der Effizienzsteigerung eine immer bedeutendere Rolle spielt. HighLine Technology GmbH ist die jüngste Ausgründung aus dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Das in Freiburg angesiedelte Start-up-Unternehmen hat zum Ziel, ein am Institut entwickeltes neues Verfahren zu kommerzialisieren, bei dem die Metallkontakte auf der Solarzellenvorderseite kontaktlos in einem Dispens-Verfahren aufgebracht werden. Dies spart Ressourcen, erhöht die Stromausbeute und hat zudem Kostenreduktionspotenzial. Das Verfahren ist auch auf Produktionsprozesse jenseits der Photovoltaik anwendbar.

Die Forschung im Bereich der Organischen Photovoltaik arbeitet mit Nachdruck daran, die Wirkungsgrade weiter zu erhöhen. Neue Materialien aus der synthetischen organischen Chemie haben in den letzten Jahren deutliche Steigerungen des Wirkungsgrads ermöglicht. Eine der Herausforderungen ist dabei, die oftmals auf sehr kleinen Laborzellen erzielten Werte auf größere Flächen zu übertragen. Das Fraunhofer ISE verzeichnet jetzt zusammen mit dem Freiburger Materialforschungszentrum FMF der Universität Freiburg mit 14,9% einen Rekordwert für organische Solarzellen mit mindestens 1 cm2 Fläche – ein wichtiger Schritt für die Weiterentwicklung dieser kostengünstigen Technologie hin zu einer breiten Anwendungsreife.

Die Plattform energy-charts.de des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist die umfangreichste Datenbank zur Stromerzeugung in Deutschland. Sie bereitet seit 2014 Daten zur Stromerzeugung aus verschiedenen neutralen Quellen auf und stellt sie der Öffentlichkeit zur Verfügung. Im Projekt »InGraVi«, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) fachlich und finanziell gefördert wird, wurde die Seite nun weiterentwickelt, um Zusammenhänge zwischen verschiedenen Datenkategorien besser darzustellen. DBU-Generalsekretär Alexander Bonde: »Die Energiewende ist eine Generationenaufgabe, die zügig umgesetzt werden muss. Zur Versachlichung der Diskussion tragen digitale Plattformen wie die Energy-Charts bei. Wie wirkt etwa die CO2-Bepreisung? Das wird mit dem Relaunch transparenter: Die Webseite setzt jetzt neue Daten wie Börsenstrompreise und CO₂-Preis so miteinander ins Verhältnis, dass klar wird, ab welchem Kostenniveau sich die Kohleverstromung für Kraftwerksbetreiber nicht mehr rechnet.« Auch das Design der Seite wurde komplett überarbeitet und für die mobile Nutzung optimiert. Heute ging die neue Version online.

Höhere Wirkungsgrade für Solarzellen und damit ein schnellerer Ausbau der Photovoltaik und eine Beschleunigung der Energiewende – das ist die Zielsetzung der Forscher und Forscherinnen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE bei der Arbeit an der Tandem-Photovoltaik. Die jüngsten Ergebnisse ihrer Arbeit an Solarzellen, die aus Tandems verschiedener Materialklassen bestehen, stellen sie auf der vom 7.-11. September 2020 online stattfindenden European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition EUPVSEC vor.

Unter solarthermischen Kraftwerken werden Solarturmsystemen die größten Potenziale hinsichtlich Effizienz und Kostenreduktion zugesprochen. Insbesondere bei den Spiegeln (Heliostaten), die zwischen 30 und 40 Prozent der Investitionen ausmachen, können Kosten eingespart werden. Ein Ansatz dafür ist die häufige Kalibrierung oder Regelung der Heliostaten-Zielpunkte. Im Projekt »HelioControl« entwickelte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ein Kalibrier- und Regelungssystem auf Basis digitaler Bildverarbeitung für Heliostatenfelder. Mit dieser Methode können die Zielpunkte vieler Heliostaten erstmals während des laufenden Betriebs zeit- und kosteneffizient ermittelt werden.

Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und Professor für Solare Energiesysteme an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, wurde heute vom Bundeskabinett in den neuen Expertenrat für Klimafragen berufen. Das unabhängige Expertengremium aus fünf Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern wird die Bundesregierung bei der Anwendung des Bundesklimaschutzgesetzes beraten.

Die Photovoltaikforschung arbeitet mit Nachdruck daran, die Wirkungsgrade von Solarzellen immer weiter zu erhöhen. Zunehmend rückt die Tandem-Photovoltaik dabei in den Fokus, bei der in unterschiedlichen Kombinationen leistungsstarke Solarzellenmaterialien zusammengeführt werden, um so das Sonnenspektrum bei der Umwandlung von Licht in elektrische Energie noch effizienter zu nutzen. Das Fraunhofer ISE verzeichnet jetzt mit 25,9 Prozent Wirkungsgrad einen neuen Rekordwert für eine direkt auf Silicium gewachsene III-V/Si Tandemsolarzelle. Diese wurde erstmals auf einem kostengünstigen Siliciumsubstrat hergestellt – ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu wirtschaftlichen Lösungen für die Tandem-Photovoltaik.

Elektrische Wärmepumpen stellen im Neubau inzwischen die dominierende Heiztechnologie dar. Doch auch in Bestandsgebäuden funktionieren die Wärmeerzeuger zuverlässig und sind ökologisch vorteilhaft. Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. Die Ergebnisse des Abschlussberichts liegen nun vor. In dem Projekt »WPsmart im Bestand« untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 56 bestehende Gebäude mit Wärmepumpen. Die Geräte funktionierten meist einwandfrei, beim Betrieb kam es nur selten zu Störungen. Die auf Basis der Messungen errechneten CO2-Emissionen lagen im Vergleich zu Erdgas-Brennwertheizungen um 27 bis 61 Prozent niedriger. Wie auch im Neubau wird die Effizienz maßgeblich von der erforderlichen Heizkreistemperatur beeinflusst, die aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Heizwärmebedarfe und Wärmeübergabesysteme eine große Bandbreite aufweist. Das Monitoringprojekt lief über fünf Jahre bis Mitte 2019 und wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziell gefördert. Projektpartner waren acht Wärmepumpenhersteller und drei Energieversorger. Ein Nachfolge-Projekt wird sich künftig mit der Qualitätssicherung von Wärmepumpen in sanierten Häusern befassen.

Vor dem Hintergrund von Klimawandel und Energiewende sowie steigenden Energiekosten für Endverbraucher koppeln immer mehr Privathaushalte ihre Solaranlagen mit Batteriespeichern. Eine der großen Herausforderungen bei diesen Heimspeichersystemen besteht darin, dass die Batterien bei intensiver Sonneneinstrahlung innerhalb weniger Stunden aufgeladen und dann über einen längeren Zeitraum (nachts) bei sehr geringer Leistung (Teillast) entladen werden. Daher sollten Batteriewechselrichter einen hohen Umwandlungswirkungsgrad über einen möglichst breiten Leistungsbereich haben. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat in dem 2017 gestarteten Projekt »HyBaG« in Zusammenarbeit mit Kaco New Energy und STS - Spezial-Transformatoren Stockach einen auch im Teillastbereich verlustarmen Hybrid-Wechselrichter entwickelt. Privathaushalte können mit dem neuen Wechselrichter bis zu 250 Euro jährlich sparen.

Bisher nicht gekannte Präzision und Geschwindigkeit sind die herausragenden Merkmale einer neuartigen Hochdurchsatz-Anlage für die Metallisierung von Silicumsolarzellen sowie andere funktionale Druckverfahren. Die Anlage ist in der Lage, hochpräzise Beschichtungsprozesse im Rotationssiebdruck- und Flexodruckverfahren mit einer Druckgeschwindigkeit zu realisieren, die im industriellen Maßstab einem Durchsatz von bis zu 8000 Bauteilen pro Stunde entspricht. Entwickelt wurde sie von einem Projektkonsortium unter der gemeinsamen Federführung der Asys Automatisierungssysteme GmbH und dem Fraunhofer ISE. Neben Solarzellen kann die Anlage funktionale Bauteile z.B. für Anwendungen im Bereich Wasserstofftechnologie, Sensorik oder Leistungselektronik beschichten.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat heute Daten zur öffentlichen Nettostromerzeugung für das erste Halbjahr 2020 vorgestellt, die aus der Datenplattform Energy-Charts hervorgehen. Mit einem Anteil von 55,8 Prozent an der Nettostromerzeugung zur öffentlichen Stromerzeugung – also dem Strommix, der aus der Steckdose kommt – stellten die erneuerbaren Energien einen neuen Rekordwert auf.

Städte zählen zu den größten CO2-Emittenten und damit zu den wichtigsten Stellschrauben im Kampf gegen die Erderwärmung. Um Kommunen in Deutschland zu befähigen, nachhaltige Stadtentwicklung und Digitalisierung schnellstmöglich umzusetzen, hat die Morgenstadt-Initiative der Fraunhofer-Gesellschaft ein Positionspapier verfasst. Ziel ist es, bestehende Lösungen zu bündeln, für alle Kommunen und Städte zugänglich sowie finanzierbar zu machen und neue Kapazitäten aufzubauen.

Elektrolyse und Wasserstoff werden in vielen Studien als wichtige Bausteine des zukünftigen Energiesystems anerkannt. Trotz des großen Potenzials zur Emissionssenkung und erfolgreicher Demonstrations- und Erprobungsprojekte ist grüner Wasserstoff in Deutschland jedoch bis auf Nischenfälle immer noch nicht im Energiesystem präsent. Im Projekt »Wasserstofftechnologien am Südlichen Oberrhein« untersuchen 21 Projektpartner unter Koordination des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme das Potenzial in der Region und erarbeiten Lösungswege, um diese Technologien aus der Nische zu holen.

Innerhalb weniger Monate hat die Corona-Krise den Handlungsdruck dramatisch erhöht – über einzelne nationale Interessen hinaus. Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion über den von der Europäischen Kommission als strategische Priorität eingeleiteten Green Deal haben 176 Unternehmen, FuE-Einrichtungen und Verbände aus ganz Europa eine gemeinsame Erklärung mitunterzeichnet. Die von der European Solar Thermal Electricity Association (ESTELA) angeführte Initiative fordert die Anerkennung der wichtigen Rolle der europäischen Solarthermie- Industrie im Kampf gegen den Klimawandel und für die Bereitstellung sofort verfügbarer Lösungen zur Dekarbonisierung von Energiesystemen.

In Karlsruhe-Durlach haben die Bauarbeiten zur Umsetzung eines innovativen Energieversorgungskonzeptes für fünf Mehrfamilien-Bestandsgebäude mit 175 Wohnungen begonnen. Im Rahmen des Projekts »Smartes Quartier Karlsruhe-Durlach« wird die derzeitige konventionelle Versorgung durch ein Energiesystem ersetzt, bei dem zwei Wärmepumpen, Photovoltaik-Anlagen (PV), Erdgas-Blockheizkraftwerke (BHKW) und ein Energiemanagement mit KI-basierter Fehlererkennung zum Einsatz kommen. Ziele sind die Halbierung des Primärenergieverbrauchs und der damit verbundenen CO₂-Emissionen und die Erprobung eines wirtschaftlichen Betreiberkonzeptes.

Wie kann die Energiewende in Deutschland gelingen? Diese Frage gewinnt momentan zusätzlich Bedeutung, etwa durch die Diskussion, in welcher Form der Staat in der Krise Unternehmen und Branchen unterstützt, die für das Gelingen der Energiewende relevant sind. Forschende des Fraunhofer Cluster of Excellence »Integrated Energy Systems« CINES haben nun auf Basis von drei Energiesystemmodellen 13 Thesen abgeleitet, die zeigen, wie ein treibhausgasneutrales Energiesystem für Deutschland aussehen kann. Darin beschreiben sie neben der Rolle der erneuerbaren Energien, wie sehr seltene Stromflauten überbrückt werden können und warum Digitalisierung und europäische Zusammenarbeit eine hohe Relevanz für das Gelingen der Energiewende haben.

Das Kalibrierlabor CalLab PV Modules des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) die Reakkreditierung als unabhängiges Kalibrierlabor gemäß der neuen Norm DIN EN ISO/IEC 17025: 2018 erhalten. Dabei erreichte das Labor einen weltweiten Spitzenwert von 1,1 Prozent Messunsicherheit in der Kalibrierung von Photovoltaikmodulen. Die Reproduzierbarkeit der Messungen liegt sogar bei lediglich 0,2 Prozent.

Methanol wird als chemischer Energieträger im Zuge der Energiewende an Bedeutung gewinnen. Im Rahmen des Projekts »Power-to-Methanol – Grünes Methanol« hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Dezember 2019 eine Miniplant-Anlage zur Methanolsynthese, also der Herstellung von Methanol aus Wasserstoff und CO₂, erfolgreich in Betrieb genommen. Die Miniplant-Anlage zeichnet sich durch eine zeitlich und räumlich hochauflösende Messtechnik aus. Der Aufbau ermöglicht die Erforschung u.a. der Methanolsynthese im Rahmen sogenannter Power-to-Liquid-Prozesse im industrienahen Maßstab. Schwerpunkte der Untersuchungen sind hierbei der dynamische Reaktorbetrieb sowie unkonventionelle Gaszusammensetzungen aus der Kopplung von elektrolytischem Wasserstoff mit CO₂-haltigen Gasströmen.

Brüssel/Freiburg, 5. Mai 2020 - Das heute offiziell ins Leben gerufene Bündnis »Solar Europe Now« fordert die Anerkennung der Solarenergie als Schlüsseltechnologie für die Zielstellungen im Rahmen des Europäischen Green Deals. Der neue Zusammenschluss, dem aktuell mehr als 90 Akteur*innen der gesamten Wertschöpfungskette der europäischen Solarbranche angehören, ist besorgt, dass bei der derzeitigen Darstellung des Green Deals der Photovoltaiksektor zu wenig Berücksichtigung findet. So ist ein Mangel an finanzieller sowie Unterstützung für Forschung und Entwicklung zu konstatieren, der die weitere Entwicklung des Sektors behindern und somit die industrielle Souveränität der EU bei strategischen Technologien zum Stillstand bringen und eine erfolgreiche Umsetzung der Dekarbonisierung auf dem gesamten europäischen Kontinent einschränken könnte.

Der Schwerlastverkehr verursacht 6 Prozent der CO₂-Emissionen in der EU. Direkt am Fahrzeug produzierter Solarstrom kann diese Bilanz um 5 bis 7 Prozent deutlich verbessern. Im Projekt »Lade-PV« wollen vier Industrieunternehmen und zwei Fraunhofer-Institute unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE die Marktfähigkeit von PV-Anwendungen im Lastenverkehr demonstrieren. Dafür soll ein Gesamtkonzept entwickelt werden, das den flächendeckenden Einsatz von integrierten PV-Modulen an Elektro- und anderen Nutzfahrzeugen (über 3,5 Tonnen Gesamtgewicht) ermöglicht.

Seit 2017 leitet Dr. Andreas Bett gemeinsam mit Prof. Dr. Hans-Martin Henning das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Jetzt hat er den Ruf auf eine W3-Professur – »Solare Energie – Materialien und Technologien« - an der Fakultät für Mathematik und Physik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg angenommen. Damit wird die Verbindung zwischen dem Fraunhofer ISE und der Universität Freiburg noch weiter intensiviert. Neben nunmehr beiden Institutsleitern sowie einem weiteren Kollegen mit Lehrstuhl und mehreren Dozenten lehren damit mehr als ein Dutzend Fraunhofer ISE Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an der lokalen Universität.

Etwa 30 Prozent der Endenergie in Deutschland werden heute für Raumwärme und Trinkwassererwärmung eingesetzt. Zu einem Gelingen der Wärmewende können Fassaden als »Wärmewände« einen Beitrag liefern, der bislang wenig Beachtung gefunden hat. Ein Forschungskonsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat im Projekt »ArKol« zwei neuartige solarthermische Fassadenkollektoren entwickelt, die architektonisch ansprechend einen integralen Bestandteil der Fassade darstellen: einen Streifenkollektor und eine solarthermische Jalousie.

Grüner Wasserstoff wird ein Kernelement des zukünftigen Energiesystems werden. Er kann einen wesentlichen Beitrag zur angestrebten Treibhausgasneutralität aller Sektoren bis 2050 leisten und zur Systemintegration fluktuierender erneuerbarer Energien beitragen. Derzeit strebt die Bundesregierung an, eine Nationale Strategie Wasserstoff (NSW) vorzulegen, in der die wesentlichen Eckpunkte für die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft ausgearbeitet werden. Die Fraunhofer-Gesellschaft hat ihre eigenen wissenschaftlichen Positionen zur Wasserelektrolyse und Wasserstoffnutzung entwickelt und den an der Strategieentwicklung beteiligten Ministerien (BMBF, BMU, BMWi, BMVI, BMZ) sowie dem Kanzleramt zur Verfügung gestellt. Federführend bei der »Wasserstoff-Roadmap« waren das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, unter Beteiligung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS.

Die Studie »WEGE ZU EINEM KLIMANEUTRALEN ENERGIESYSTEM – Die deutsche Energiewende im Kontext gesellschaftlicher Verhaltensweisen« des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE untersucht Entwicklungspfade des deutschen Energiesystems, die zu einer Reduktion der energiebedingten CO₂-Emissionen zwischen 95 und 100 Prozent bis 2050 führen. Das Erreichen dieser Klimaschutzziele in der Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien ist demnach aus technischer und systemischer Sicht machbar. Gesellschaftliches Verhalten erweist sich dabei allerdings als ein maßgeblicher Faktor für den Weg, den die Energiewende durchläuft, und für die Kosten des Systemumbaus.