Highlight-Artikel Q1-2025

Wafer-bonded two-terminal III-V//Si triple-junction solar cell with power conversion efficiency of 36.1% at AM1.5g

Bereich Photovoltaik

© 2024 The Authors. Progress in Photovoltaics: Research and Applications published by John Wiley & Sons Ltd.

Progress in Photovoltaics | Volume33, Issue 1 EU PVSEC 2023 | January 2025 | Pages 100-108

Patrick Schygulla, Ralph Müller, Oliver Höhn, Michael Schachtner, David Chojniak, Andrea Cordaro, Stefan Tabernig, Benedikt Bläsi, Albert Polman, Gerald Siefer, David Lackner, Frank Dimroth

 

Um den Wirkungsgrad von siliziumbasierten Solarzellen über 30 % zu steigern, ist die Einführung von zusätzlichen Absorberschichten nötig. Halbleitermaterialien mit höheren Bandlücken können den kurzwelligen Teil des Sonnenspektrums effizienter nutzen, sodass weniger Energie als Wärme verloren geht. 

In diesem Artikel haben wir eine Dreifachsolarzelle vorgestellt, deren Wirkungsgrad mit 36.1 % unter dem AM1.5g-Standardspektrum der aktuell höchste aller siliziumbasierten  Solarzellen ist. Wir nutzten dafür einen dünnen Oberzellschichtstapel aus III-V-Verbindungshalbleitern, also Elementen wie Gallium, Indium, Arsen und Phosphor, den wir nach dem Kristallwachstum direkt mit einer Siliziumunterzelle verbanden. Die Gesamtdicke der Zelle vergrößerte sich dadurch jedoch nur um etwa 1 %. 

In einer erfolgreichen internationalen Kooperation haben wir gemeinsam mit dem niederländischen Institut AMOLF eine photonische Gitterstruktur  entwickelt und implementiert, die zu einer gesteigerten Lichtausbeute in der Siliziumteilzelle führte. Des Weiteren gelang es uns, die Materialqualität der III-V-Teilzellen derart zu steigern, dass die Spannung der Solarzelle um 60 mV verglichen mit früheren Generationen zunahm. Beide Maßnahmen zusammen ermöglichten den neuen Rekordwirkungsgrad. Wir etablierten ferner neue Messtechnik, um die Lichtkopplung zwischen den einzelnen Bereichen der Solarzelle zu analysieren. Damit zeigen wir auf, wie wir in Zukunft durch Anpassung der Schichtdicken noch höhere Werte erzielen können. 

Methanol Synthesis from Sustainable Feedstocks– A Quantitative Side Product Analysis

Bereich Wasserstofftechnologien

© 2024 The Author(s). Chemie Ingenieur Technik published by Wiley-VCH GmbH

Chemie Ingenieur Technik | Volume 96, Issue 9 | Special Issue: Carbon2Chem® Teil 4 | September 2024 | Pages 1166-1176

Dr. Florian Nestler, Johannes Voß, Dr. Anna Fastabend, Dr. Tammarat Niemeier, Dr. Holger Ruland, Max J. Hadrich

 

Die Methanolsynthese aus nachhaltig erzeugtem Wasserstoff und atmosphärischem oder biogenem CO2 wird aufgrund der hohen Bedeutung von Methanol im Chemie- und Treibstoffmarkt zukünftig eine entscheidende Rolle in der Energie- und Rohstoffwende spielen. Anders als konventionell hergestelltes Methanol, welches auf den fossilen Rohstoffen Erdgas, Kohle und Erdöl basiert, ändern sich für dessen nachhaltige Produktion die Bedingungen im Syntheseprozess aufgrund neuer Gaszusammensetzungen und Prozessrahmenbedingungen. Dies führt unter anderem zu Unsicherheiten in Bezug auf die Nebenproduktbildung.

In dieser Publikation wird erstmals eine systematische Korrelationsanalyse unterschiedlicher Einflussfaktoren auf die Bildung kohlenstoffhaltiger Nebenprodukte anhand eigener, im Rahmen des Projekts »Carbon2Chem®« erfasster, und literaturbasierter Messdaten durchgeführt. Die Analyse identifiziert den CO2-Anteil des Synthesegases am Reaktoreintritt als wichtigsten Faktor für die Nebenproduktenbildung – je höher also der CO2-Anteil im Synthesegas, desto geringer der Anteil unerwünschter Nebenprodukte im flüssigen Rohmethanol. Messdatenbasierte Trendfunktionen für die festgestellten Nebenprodukte werden aufgestellt, welche es erstmals ermöglichen, den Nebenproduktgehalt im Rohmethanol vorauszusagen und in der nachgelagerten Prozesskette zu berücksichtigen.

Evaluating low-temperature heat sources for large-scale heat pump integration: A method using open-source data and indicators

Bereich Strom

© 2024 The Authors. Published by Elsevier Ltd.

Applied Energy | Volume 377, Part B, 1 | January 2025 | 124487

Nicolas Fuchs, Guillermo Yanez, Bertrand Nkongdem, Jessica Thomsen

 

Großwärmepumpen sind eine wichtige Technologie zur Dekarbonisierung der Fernwärme. Zur Nutzung von Großwärmepumpen benötigen diese geeignete Wärmequellen, aus denen Umweltwärme effizient in Nutzwärme umgewandelt werden kann. Das Paper präsentiert eine Methode zur Bewertung von Niedertemperatur-Wärmequellen wie Luft, Wasser (Flüsse, Seen, Abwasser) und Boden (oberflächennahe und tiefe Geothermie) allein mittels öffentlich verfügbarer Daten. Die entwickelte Bewertungsmethode besteht aus fünf Schritten:

1. Identifikation potenzieller natürlicher Wärmequellen

2. Bewertung der Verfügbarkeit und des Potenzials dieser Quellen anhand technischer, ökonomischer, ökologischer und regulatorischer Indikatoren unter Nutzung frei verfügbarer, öffentlicher Daten.

3. Kostenschätzung für die Erschließung und Bereitstellung der Wärmequellen.

4. Vergleich der Potenziale und Kosten zur Bestimmung der geeignetsten Wärmequellen.

5. Empfehlungen für Entscheidungsträger zur optimalen Integration in bestehende Fernwärmesysteme.

Die Methode ermöglicht es, lokale erneuerbare Wärmequellen zu identifizieren und zu bewerten, was für die Dekarbonisierung von Fernwärmesystemen und die Förderung nachhaltiger Energieversorgung entscheidend ist. Durch die Nutzung von Open-Source-Daten bietet der Ansatz eine kosteneffiziente und einfach zugängliche Möglichkeit für Kommunen, Planer und Entscheider, fundierte Entscheidungen bei der Planung ihrer Energiesysteme zu treffen.

Analysis of the performance and operation of a photovoltaic-battery heat pump system based on field measurement data

Bereich Wärme und Gebäude

© 2023 The Authors. Published by Elsevier Ltd.

Solar Energy Advances | Volume 4 | 5 January 2024 | 100047

Shubham Baraskar, Danny Günther, Jeannette Wapler, Manuel Lämmle

 

Elektrisch angetriebene Kompressionswärmepumpen gelten als eine Schlüsseltechnologie zur Erreichung der Klimaschutzziele im Gebäudesektor. Wird zudem der vor Ort produzierte PV-Strom genutzt, lassen sich weitere ökologische und ökonomische Vorteile heben. Im BMWK-geförderten Projekt »WP-QS im Bestand« (FKZ: 03EN2029A) werden bis zu zehn PV/Wärmepumpen-Kombinationen auf Basis einer detaillierten messtechnischen Untersuchung in real existierenden Gebäuden analysiert. Hierbei werden unterschiedliche System- und Regelungskonzepte mit Blick auf Autarkie und Eigenstromverbrauch betrachtet. Gleichzeitig soll der Einfluss PV-optimierten Betriebes auf Effizienz und Betriebsverhalten untersucht werden. Da die Ergebnisse auf gemessene Felddaten beruhen, hebt sich diese Arbeit von einer bereits umfänglich vorhandenen Literatur ab, in der zumeist modellbasierte Ansätze zu Grunde gelegt werden.

Die vorliegende Arbeit adressiert die Auswertung eines Versorgungssystems, bestehend aus einer nicht leistungsgeregelten Erdreich-Wärmepumpe, einer PV-Anlage und einem Batteriespeicher. Die Anlage wird in einem Einfamilienhaus von 1960 mit einem gemessenen Heizwärmeverbrauch von 84 kWh/(m²a) betrieben. Die Regelstrategie zur Erhöhung des Eigenverbrauchs durch die Wärmepumpe besteht in der Solltemperaturanhebung zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung, sofern eine gewisse PV-Leistung anliegt. Über den 12-monatigen Auswertezeitraum wurden 43 % des von der PV-Anlage produzierten Stroms vor Ort genutzt. Der von der Wärmepumpe genutzte Strom stammte zu 36 % von der PV-Anlage. Dieser solare Deckungsanteil reicht von über 90% in den Sommermonaten bis lediglich 5% im Dezember des betrachteten Jahres. Infolge der Solltemperaturanhebung bei anliegender PV-Leistung verringerte sich der die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe um 4,0 % im Raumheizmodus und um 5,7 % bei der Warmwasserbereitung.