Highlight-Artikel Q4-2023

Solar Energy | Volume 269 | Februar 2024 | 112319

Nils Straub, Wiebke Herzberg, Anna Dittmann, Elke Lorenz

Die Netzintegration hoher Anteile variabler Energieformen wie Photovoltaik (PV) stellt Kraftwerks- und Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Prognosen der solaren Einstrahlung helfen dabei, PV-Erträge im Voraus abzuschätzen und notwendige Regelungsprozesse im Stromnetz mit genügend Vorlauf anzustoßen. Dabei gilt: Je zuverlässiger und genauer die Prognosen, desto präziser können beteiligte Akteure reagieren um Netzengpässe und finanzielle Einbußen zu vermeiden. In dieser Arbeit stellen wir ein neuartiges, wolkenkamerabasiertes Vorhersageverfahren für solare Eninstrahlung vor. Unser KI-basiertes Modell nutzt Pixelwerte und verschiedene anderen Bildfeatures aus Wolkenkamerabildern direkt um besonders hochaufgelöste Strahlungsprognosen in einem Radius von etwa 10 km um die Kameraposition zu berechnen.

Im Testzeitraum (Mai 2021-April 2022) wies unser neuartiges Verfahren signifikant geringere Vorhersagefehler auf als verschiedene etablierte Referenzmodelle. Durch Kombination unseres neuen Modells mit den Referenzmodellen zu einem kompakten hybriden Vorhersagemodell konnten wir Vorhersagefehler nochmals deutlich reduzieren.

Scientific Reports | Volume 13 | Article number: 15745 | September 2023

Jörg Schube, Oliver Höhn, Patrick Schygulla, Ralph Müller, Mike Jahn, Gabriele Mikolasch, Marc Steiner, Felix Predan, Jonas Bartsch, Frank Dimroth, Florian Clement & Roman Keding

Derzeit werden immer mehr neue Anwendungen für III-V-Photovoltaik erschlossen, z. B. in der fahrzeugintegrierten PV (Autos, Flugzeuge, Drohnen usw.), wobei eine große Herausforderung die Reduktion der Herstellungskosten darstellt. Diese Arbeit zielt auf eine kostengünstige Metallisierung von III-V-Solarzellen ab; ein bisher weitgehend unerforschtes Gebiet. Zum ersten Mal haben wir erfolgreich einen Ansatz basierend auf gedruckter Maskierung und galvanischer Metallabscheidung (engl.: mask and plate) ohne Einsatz von teuren Metallen in III-V-auf-Silizium-Tandemsolarzellen integriert und dabei einen Wirkungsgrad von 31,6 % erreicht. Dabei zeigt sich, dass die wesentlich kostengünstigeren, mittels mask and plate hergestellten Kontakte mit potenziellen Strukturgrößen von 10 µm ähnliche Wirkungsgrade erreichen wie die mittels Fotolithografie strukturierte Referenz.

Energy Technology | Volume 11, Issue 12 | Dezember 2023 | 2300379

Manuel Lämmle, Jakob Metz, Michael Kropp, Jeannette Wapler, Thore Oltersdorf, Danny Günther, Sebastian Herkel, Constanze Bongs

Während Wärmepumpen im Bereich kleinerer Neubauten bereits Stand der Technik sind, bestehen bei älteren Gebäuden noch diverse Herausforderungen, die einen schnellen Hochlauf behindern, u.a. die höheren erforderlichen Temperaturen oder die Erschließung geeigneter Wärmequellen, insbesondere im dicht besiedelten urbanen Raum. Die Besonderheit des hier geschilderten Artikels liegt in der Verschneidung von Ergebnissen aus acht Forschungsprojekten des Fraunhofer ISE um die Herausforderungen für Wärmepumpen im Gebäudebestand fundiert zu beschreiben und Lösungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Die darin berücksichtigten Feldstudien erlauben eine statistische Bewertung der Quellen- und Senkentemperaturen und deren Einfluss auf die Effizienz von Wärmepumpen im EFH- als auch im MFH-Bereich. Als Optimierungsmöglichkeiten werden alternative Kältemittel genauso in Betracht gezogen wie bivalente Betriebsweisen oder Mehrquellensysteme. Zusammenfassend beschreibt der Artikel das große Potenzial von Wärmepumpen im Bestandsbereich, insbesondere wenn die Möglichkeiten in den Bereichen der Geräteentwicklung sowie der Planung, Installation und Parametrierung von Wärmepumpenanlagen ausgeschöpft werden.

Chemie Ingenieur Technik | Volume 96 | Issue 1-2 Special Issue: Wasserstoff | Januar / Februar 2024 | 86-99

Tobias Eißler, Gwendolyn Schumacher, Jochen Behrens, Friedrich Mendler, Christopher Voglstätter

In der Arbeit »Detailed Cost Analysis of Hydrogen Refueling Costs for Fleets« hat das Autorenteam um Tobias Eißler die Kosten der Wasserstoffbetankung von Fahrzeugflotten in einem zweistufigen Ansatz berechnet. Zunächst wurden verschiedene Systemkonfigurationen von Wasserstofftankstellen (HRS) simuliert und für unterschiedliche HRS-Größen und 350 bar Druck mit dem Toolkit H2ProSim des Fraunhofer ISE optimiert. Demnach können pipelineversorgte HRS mit hohem Wasserstoffdurchsatz (> 4000 kg/d) die Wasserstoffbetankungskosten auch bei geringerer Auslastung reduzieren.

Da die Anfahrtskosten der Kunden zu den Wasserstofftankstellen insbesondere in der Aktivierungsphase des Wasserstoffmarktes eine wichtige Rolle spielen, wurde in einer Fallstudie für die Region Oberrhein die Platzierung und Dimensionierung des Tankstellennetzes optimiert. Die Analyse zeigt mögliche Netzstrukturen und Wasserstoffversorgungskosten für eine Reihe von spezifischen Kunden.