Highlight-Artikel Q2-2024

Progress in Photovoltaics | Volume 32, Issue 6 | June 2024

David Chojniak, Michael Schachtner, S. Kasimir Reichmuth, Alexander J. Bett, Michael Rauer, Jochen Hohl-Ebinger, Alexandra Schmid, Gerald Siefer, Stefan W. Glunz

Tandem-Solarzellen bieten das Potential die maximale Effizienz der heute im Markt etablierten Silicium-Technologie zu übertreffen. Aufgrund ihrer spektralen Empfindlichkeit und der daraus resultierenden Notwendigkeit einer spektralen Anpassung des für die Messungen verwendeten Sonnen-Simulators, stellen diese jedoch auch deutlich höhere Anforderungen an die verwendete Messtechnik und Messmethoden. Für die Vermessung von Solarzellen werden heutzutage vermehrt LED basierte Sonnen-Simulatoren genutzt. Die zumeist hohe Anzahl spektral unterschiedlicher LEDs sowie die daraus resultierende gegenseitige Beeinflussung einzelner Lichtquellen erhöht jedoch die Komplexität für die Vermessung von Tandemsolarzellen.

In dieser Publikation wird darum eine neue Methodik für die präzise Spektralanpassung von LED basierten Sonnensimulatoren vorgestellt. Diese beinhaltet neben einer Berechnungsroutine zur Lösung des aufgrund der hohen Anzahl an Lichtquellen resultierenden Optimierungsproblems auch eine angepasste Methode zur Kalibrierung der einzelnen LED-Spektren. Dies stellt einen wesentlichen Schritt für die Verwendung LED basierter Sonnensimulatoren für die Kalibrierung von Tandem-Solarzellen da. Aufgrund der Dauerlichtfähigkeit und Skalierbarkeit LED basierter Simulator-Systeme ergibt sich daraus eine besondere Relevanz für die aktuell aufstrebende Perowskit auf Silicium Tandem-Technologie.

Scientific Data | 11 | 828 | 27 July 2024

Patrick Schneider, Anne-Christine Scherzer, Linda Ney, Ha-Kyung Kwon, Brian D. Storey, Dietmar Gerteisen & Nada Zamel

In Zusammenarbeit mit dem Toyota Research Institute haben wir die Auswirkungen der Zusammensetzung und Morphologie der Kathoden-Katalysatorschicht auf die Leistung und Stabilität von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen untersucht. Mit dieser Veröffentlichung präsentieren wir umfassende In-situ-Charakterisierungsdaten, die sich auf die Degradation der Kathoden-Katalysatorschicht konzentrieren und aus über 36 Alterungstests mit einer Gesamtdauer von über 4000 Teststunden bestehen. Die Studie untersucht Variationen im Ionomer-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, Platin-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, Ionomer-Äquivalentgewicht und dem Kohlenstoffträgertyp. Die angewandten beschleunigten Stresstests wurden unter verschiedenen oberen Potentialgrenzen und relativen Gasfeuchten durchgeführt. Charakterisierungsmethoden wie Strom-Spannungs-Kurven, Grenzstromdichtemessungen, elektrochemische Impedanzspektroskopie und zyklische Voltammetrie wurden verwendet, um Veränderungen in der Leistung, dem Ladungs- und Massentransport sowie der elektrochemisch aktiven Oberfläche des Katalysators zu analysieren. Durch die Veröffentlichung dieses Datensatzes hoffen wir, das Verständnis von Katalysatordegradation in der wissenschaftlichen Community zu verbessern und anderen Forschern zu ermöglichen, die Daten für ihre eigene Forschung zu nutzen.

Solar Energy | Volume 273 | 1 May 2024 | 112486

Thomas Kraft, Gregor Bern, Mark Schmitz, Werner Platzer

Zur Maximierung der thermischen Effizienz von solarthermischen Kraftwerken (Concentrating Solar Power, CSP) mit einem Parabolrinnen-Kollektorfeld (Parabolic Trough Collector, PTC), ist eine gute Massenstromregelung der einzelnen Loops notwendig, um optimale Ausgangstemperaturen zu erreichen. Eine individuelle Massenstromregelung wurde erst in jüngeren Kraftwerken eingeführt, während eine Massenstrommessung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung noch nicht implementiert wurde. In diesem Papier wird die "Time-of-Flight" (ToF)-Methode zur Bestimmung der Massenstromverteilung durch die einzelnen Loops des Solarfelds eines CSP-Kraftwerks vorgestellt. Diese basiert auf der Messung thermischer Sprungantworten mittels Temperatursensoren, wie sie in typischen Kraftwerkskonfigurationen vorhanden sind. Die ToF-Methode wird in speziell für diesen Anwendungsfall angepasster Form vorgestellt und mit beispielhaften Betriebsdaten des Kraftwerks Andasol III validiert. Die Massenstromverteilung konnte mit einer Abweichung von unter 5% für 94% der analysierten Betriebsdaten erfolgreich für das Solarfeld bestimmt werden. Durch Kombination der Massenströme sowie der Austrittstemperatur können beispielsweise auch in bestehenden Anlagen ohne die Installation zusätzlicher Messeinrichtungen ineffiziente Kollektoren identifiziert werden und somit die prädiktive Wartung verbessert werden. Dies verdeutlicht das hohe Potenzial, durch Anwendung dieser einfachen, sicheren und dennoch effektiven ToF-Methode die Effizienz des CSP-Kraftwerksbetriebs zu steigern. 

Applied Energy | Volume 372 | 15 October 2024 (available online 3 July 2024) | 123809

Julian Brandes, Patrick Jürgens, Markus Kaiser, Christoph Kost, Hans-Martin Henning

Gesamtenergiesystemmodelle beschreiben die Transformation des gesamten Energiesystems unter Berücksichtigung der Verbrauchssektoren Verkehr, Gebäude und Industrie. Eine aktuelle Herausforderung ist dabei die Integration einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung in einem Modell mit einer detaillierten Abbildung der Technologien in allen Transformations- und Verbrauchssektoren. Dieser Artikel beschreibt, wie die räumliche Auflösung des Gesamtenergiesystemmodells REMod erhöht wird, so dass die Energie-, Verkehrs- und Wärmewende auf der Ebene der deutschen Bundesländer integriert in einem Modell analysiert werden können. Dazu wird eine simulationsbasierte Optimierung eingesetzt und der Austausch von Strom und Wasserstoff zwischen den Modellregionen ermöglicht.

Der Artikel unterstreicht die Wichtigkeit der Berücksichtigung der Gesamtsystemperspektive bei der Transformation des Energiesystems auf der Ebene der Bundesländer. Die Herausforderung besteht darin, den hohen Energiebedarf in Bundesländern wie Nordrhein-Westfalen, Bayern und Baden-Württemberg mit den großen Potenzialen erneuerbarer Energien in Bundesländern wie Niedersachsen, Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern in Einklang zu bringen. Dabei werden sowohl die Transformation der Nachfragesektoren als auch der Netzausbau sowie Energiespeicher, Power-to-X-Technologien (insbesondere Elektrolyse) und flexible Kraftwerke berücksichtigt.