Mitgliedsinstitute des FVEE...de Almería (PSA) bis hin zu Entwicklung von Qualitätsstandards. 2009 hat das DLR ein Test- und Quali-fizierungszentrum für konzentrierende Solartechnik

Mitgliedsinstitute des FVEE

• DLR

• Forschungszentrum Jülich

• Fraunhofer IBP

• Fraunhofer ISE

• Fraunhofer IWES

• GFZ

• HZB

• ISFH

• IZES

• ZAE Bayern

• ZSW

Gemeinsam forschen für die Energie der Zukunft

32

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Seit über 30 Jahren bearbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt erfolgreich Themen derEnergieforschung. Es erforscht und entwickelt neue Technologien für thermische Solarkraftwerke, arbeitet an der Senkung von deren Kosten und an der Optimierung der Systeme. Ein verwandtes undperspektivisch sehr interessantes Feld ist die solare Stoffumwandlung, insbesondere zur Erzeugung vonsolaren Kraftstoffen.

Für eine bessere Integration von erneuerbaren Energien erforschen und entwickeln DLR-WissenschaftlerHochtemperatur-Wärmespeicher und effiziente Wärmeübertrager, die auch in vielen industriellen Prozessen eingesetzt werden können.

Ein weiterer Schwerpunkt der DLR-Energieforschung ist die Brennstoffzellen- und Batterieforschung;ein Feld, das enge Bezüge zur Verkehrsforschung aufweist. Der Einsatz von biogenen Treibstoffen inFlugzeugen wird ebenso untersucht wie die Flexibilisierung von Kraftwerken hin zu Brennstoffen mithohen Anteilen von erneuerbarem Wasserstoff oder biogenen Gasen und Flüssigkeiten.

Schließlich widmen sich die DLR-Energieforscher der systemanalytischen Betrachtung von Energiesyste-men, wobei die Einbindung erneuerbarer Energien in hohen Anteilen eine wesentliche Rolle spielt.

Strom aus der Wüste: machbar und sinnvoll

Die Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung im DLR-Institut fürTechnische Thermodynamik bietet Entscheidungsträgern aus Wissenschaft,Wirtschaft und Politik eine Orientierung bei der Gestaltung von energie-,umwelt- und forschungspolitischen Rahmenbedingungen. Schwerpunktder DLR-Energieforscher ist dabei die Untersuchung von Technologien zurEffizienzsteigerung und zur Nutzung erneuerbarer Energien. Mit ihrer Bestandsaufnahme zur Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen für die Stromerzeugung im Groß-raum Europa, Mittlerer Osten und Nordafrika haben die DLR-Forscher das wissenschaftliche Funda-ment für das Projekt Desertec geliefert. Sie werden die als Desertec Industrial Initiative gegründete Diiin den kommenden Jahren wissenschaftlich begleiten und die bereits vorhandenen Studien aktualisie-ren und konkretisieren.

Kraftwerk Sonne

• Systemtechnik • Solarthermische Kraftwerke • Technikfolgenabschätzung, Energierecht und -wirtschaft

Solarthermische Kraftwerke

„Tuning“ für solarthermische Kraftwerke

In vielen Ländern des Sonnengürtels entstehen derzeit erste kommerziellesolarthermische Kraftwerke. Die Technik ist also einsatzreif, kann und mussaber zugleich noch deutlich weiterentwickelt werden. In seinem breitenKompetenzspektrum zu solarthermischen Kraftwerken hat sich das DLReine international führende Rolle in der Forschung erarbeitet, kooperiert in-tensiv international und unterstützt die Industrie bei der Weiterentwicklungihrer Produkte. Die Forschungsarbeiten reichen von der Sondierung neuer Anlagenkonzepte über Testsweiterentwickelter Komponenten im Demonstrationsmaßstab auf der südspanischen Plataforma Solarde Almería (PSA) bis hin zu Entwicklung von Qualitätsstandards. 2009 hat das DLR ein Test- und Quali-fizierungszentrum für konzentrierende Solartechnik (QUARZ) eröffnet, das Entwicklern und Betreibernvon Solarkraftwerken standardisierte Prüfmethoden zur unabhängigen Qualitätsbeurteilung von Kraft-werkskomponenten ermöglicht.

DLR

Deutsches Zentrumfür Luft- und Raum-fahrt e. V.in der Helmholtz- GemeinschaftLinder Höhe51147 Kölnwww.dlr.de

DLR-Institut für Technische ThermodynamikPfaffenwaldring 38–4070569 Stuttgart www.dlr.de/TT

KontaktBernhard Milow Programmdirektor EnergieTel.: 02203 [email protected]

Solarturmkraftwerk aufder Versuchsstation Plataforma Solar de Almería in Südspanien

Freiluftprüfstand amDLR-Test- und Qualifizierungszentrumfür konzentrierende Solartechnik (QUARZ)

33

Speichertechnik: Energie, dann, wenn sie gebraucht wird

Für die Integration von Erneuerbaren Energiequellen in die Energiesystemeist eine effektive Energiespeicherung eine wichtige Vorraussetzung. Das Fach-gebiet Thermische Energiespeicher am DLR-Institut für Technische Thermo-dynamik ist auf die Entwicklung von Hochtemperatur-Wärmespeichern unteranderem für solarthermische Kraftwerke, für adiabate Druck luftspeicher undfür Anwendungen im Bereich der industriellen Prozess wärme ausgerichtet.Neben Flüssigsalzspeichern sind Betonspeicher eine erfolgversprechende, kostengünstige und integrier-bare Speichertechnologie. In einem 2010 in Stuttgart in Betrieb genommenen Teststand erproben DLR-Wissenschaftler unterschiedliche Speicherkonzepte, Betriebsweisen und Materialien.

Alternative Brennstoffe

Für eine individuelle und umweltfreundliche Mobilität brauchen wir langfri-stig Alternativen zu den fossilen Treibstoffen. Forscher des DLR-Instituts fürVerbrennungstechnik entwickeln alternative Treibstoffe für die Luftfahrt aufder Basis von Biomasse. Ziel ist es, diese neuen alternativen Treibstoffe so zuoptimieren und modellieren, dass sie einen wesentlichen Fortschritt für dieUmwelt und die technische Zuverlässigkeit von Triebwerken bedeuten. Eineandere Aktivität ist die Erforschung des Einsatzes wasserstoffreicher Gase in Kraftwerken. Wird der Was-serstoff aus erneuerbaren Quellen gewonnen, so können hierüber die CO2-Emissionen gesenkt werden.

Fliegen mit der Brennstoffzelle

Energieforscher des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik könnenmit Hilfe von Sonnenenergie Wasserstoff auf thermochemischem Weg her-stellen. Das Verfahren weist ein Potenzial für hohe Umwandlungsgrade aufund wird weiter optimiert sowie zu größeren Leistungen skaliert. Im Be-reich der Brennstoffzellen fokussieren sich die Arbeiten, die im Verbund mitIndustrie und anderen Forschungseinrichtungen durchgeführt werden, aufdie Entwicklung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC), Niedertemperatur-Brennstoffzellen(PEFC/DMFC), Funktionsschichten für die Energietechnik sowie Brennstoffzellensysteme. Die Kompe-tenzen im Bereich der elektrochemischen Energietechnik werden zudem für Arbeiten an Lithium-Luft-Batterien eingesetzt. Eine vielversprechende Anwendungsmöglichkeit für die Brennzoffzelle ist dieBordstromerzeugung in Fahr- und Flugzeugen. Mit dem Motorsegler Antares DLR-H2 konnten DLR-Forscher zeigen, dass ein Flugzeug ausschließlich mit Brennstoffzellenantrieb abheben kann.

Mitglied im FVEE seit 1990 Zertifizierung

ca. 200 Mitarbeitende Testeinrichtung für Solarthermie

Zusammenarbeit mit diversen Universitäten Standorte

Köln, Stuttgart, AlmeríaMitgliedschaft

In der Helmholtz-Gemeinschaft

CSP Services GmbH, Köln (Konzentrierende Solartechnik)

• Energiespeicherung • Solare Wärme und Kälte

• Biomasse • Kraftstoffe

Brennstoffzellen und Wasserstoff

Vernetzung

Ausgründungen des DLR

Mitgliedsinstitut des FVEE

Variabler Speichertest-stand mit austausch-barem Behälter

Designertreibstoffe fürdie Luftfahrt

Startfähig mit derBrennstoffzelle: Motor-segler Antares DLR-H2

34

Forschungszentrum Jülich

Das Forschungszentrum Jülich betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie & Umwelt sowie Information. Mit rund 4 400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, zu den größten Forschungszentren Europas.

Zukünftige Generationen zuverlässig mit umweltfreundlicher, bezahlbarer und sicherer Energie zu versorgen ist ein Schwerpunkt der Jülicher Forschung. Mit effizienten Brennstoffzellen, kostengünstigenDünnschicht-Solarzellen, nachhaltiger Biomasseerzeugung, neuen Materialien für die Elektromobilitätund einer umfassenden Systemanalyse trägt das Forschungszentrum Jülich zum Fortschritt der erneuerbaren Energien bei.

Silizium-Dünnschicht-Solarmodule haben großes Potenzial, in naher Zukunft kostengünstigen und umweltfreundlichen Solarstrom zu liefern. Mit seiner Expertise aus Physik, Elektrotechnik, Chemie undMaterialwissenschaften hat sich Jülich zum Ziel gesetzt, die siliziumbasierte Solarzellentechnologie voranzutreiben. Und dies konsequent entlang der Wertschöpfungskette von den physikalischen undmaterialwissenschaftlichen Grundlagen durchgehend bis zur Herstellung von Solarmodulen im industrierelevanten Maßstab. Jülicher Arbeitsgebiete sind deshalb zum Einen die grundlagenbasierte Materialforschung und die Prozessentwicklung für kostengünstige undhocheffiziente Dünnschicht-Solarzellen der nächsten Generation auf derBasis von unerschöpflichen, ökologisch unbedenklichen Materialien, etwavon amorphem und mikrokristallinem Silizium. Zum Andern steht im Mit-telpunkt, kosteneffiziente, großflächige Prozesstechnologie für komplette industrierelevante Solarmodule mit optimierten elektrischen und optischenEigenschaften zu entwickeln. Farbsensoren auf der Basis von Dünnschicht-Silizium bilden einen weiteren Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten.Die Jülicher Aktivitäten sind in zahlreiche nationale und internationale Projekte eingebunden. Durchenge Zusammenarbeit mit Industriepartnern können neu entwickelte Konzepte direkt in industrielleFertigungsprozesse übertragen werden.

Die Biomasseforschung steht unter dem Vorzeichen der Optimierung der Agrarproduktion im Spannungsfeld zwischen Nahrungs- und Energie-erzeugung. Die gezielte und bedarfsgesteuerte Produktion pflanzlicher Biomasse bildet einen Schwerpunkt in Jülich. Die Steigerung der Produkti-vitätseffizienz und die Entwicklung neuer automatisierter Technologien zur Selektion pflanzlicher Systeme (Kulturpflanzen, Energy Crops, Algen) stehen hierbei im Vordergrund. Durch neuartige Sensortechnologien können Kulturen identifiziert werden, die unter speziellen Umweltbedingungen gleichzeitig eine hohe Biomasseproduktion und eine minimale Konkurrenz mit Nahrungspflanzen aufweisen.Auf dem Gebiet der Verbrennung und thermochemischen Vergasung von Biomasse werden im Rahmen der Jülicher Werkstoff-Forschung zur Verminderung der Heißgaskorrosion die chemische Heißgasreinigung von schädlichen Spurstoffen, die Reduktion von Teeren und das Verhalten sowie dieEigenschaften und Reaktionen von Aschen, Schlacken und Belägen untersucht.

Kompetenzfür die Zukunft

Photovoltaik

Biomasse

ForschungszentrumJülich

in der Helmholtz- Gemeinschaft52425 Jülichwww.fz-juelich.de

ÖffentlichkeitsarbeitDr. Anne RotherTel.: 02461 [email protected]

Großflächige Solarzellenprototypenaus amorphem Siliziumwerden in Jülich entwickelt.

Im Jülicher Forschungs-gewächshaus PhyTecwerden die Wachs-tumsbedingungen vonNutzpflanzen erforscht.

35

Die Jülicher Brennstoffzellenforschung beinhaltet alle Aspekte von der Verbesserung der Kernkompo-nenten für Zellen und Stacks bis zur Entwicklung einbaufähiger Brennstoffzellensysteme. Für Anwen-dungen in Hubwagen, bei der Bordstromversorgung von LKWs, Schiffen und Flugzeugen oder bei derKraft-Wärme-Kopplung soll das komplexe System Brennstoffzelle wirtschaftlicher gemacht werden.Kernkompetenzen sind Materialforschung, Elektrochemie und Verfahrens-technik. Im Sinne eines integrierten Arbeitsansatzes werden die vierSchwerpunktaktivitäten Direktmethanol-Brennstoffzellen, Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, Festoxid-Brennstoffzellen und Brenngas-erzeugungssysteme von systemanalytischen und theoretischenBetrachtungen, grundlegenden Modellierungen und Simulationen sowieexperimentellen und theoretischen Systembewertungen begleitet. DieE rkenntnisse fließen in die Auslegung funktionstüchtiger Systeme undderen Verifikation. Daneben wird der Entwicklung, dem Aufbau und der Anwendung spezieller Messmethoden zur Strukturanalyse von Membran-Elektroden-Einheiten, zur Strömungssimulation und-visualisierung sowie zur Charakterisierung von Stacks besondere Aufmerksamkeit geschenkt.

Die Bereitstellung von leistungsfähigen, kostengünstigen und sicherenSpeichern für elektrische Energie für mobilen und stationären Einsatz ist einnoch ungelöstes Problem. Basierend auf seiner Expertise und basierend aufseiner hervorragenden apparativen Ausstattung im Bereich der Funktions-werkstoffe, der Dünnschichttechnologien, der Elektrochemie und der Systemtechnik leistet Jülich einen Beitrag zum leistungs-, kostenund betriebsoptimierten Einsatz von Batteriespeichern. Im Bereich der Entwicklung von Festkörperbatterien liegt der Fokus auf derMaterialentwicklung und der Prozessierung für Batterien und schnelle Speicher mit hochdynamischemBe- und Entladeverhalten. Dies beinhaltet die mikro- wie makroskopische Untersuchung von Alterungs-prozessen und Betriebsverhalten. Weiterhin werden Konzeptlösungen für hybride Brennstoffzellen- Batteriesysteme entwickelt. Die Forschung an diesen Technologien wird durch die systemanalytischeBewertung von Werkstoffen, Verfahren und Konzepten einschließlich der Verteilungsnetzwerke flankiert.

Die Transformation von Energiesystemen im Sinne der Nachhaltigkeit isteine politisch vorrangige, aktuelle Aufgabenstellung. Jülicher Forschungs-beiträge helfen den Entscheidungsträgern in Politik und Gesellschaft dieseAufgaben zu lösen. Hierfür werden in Jülich in einem interdisziplinären Ansatz die mit derTransformation von Energiesystemen einhergehenden Wechselwirkungenvon Wirtschaft, Umwelt und Gesellschaft analysiert und bewertet. Im Mit-telpunkt stehen die Bewertung von Energietechnologien und ihrer Potenziale, die Projektion von mög-lichen Entwicklungen des Energiesystems, sowie die Formulierung von konsistenten Strategien zurTransformation des Energiesystems. Dabei stehen die Ziele Wettbewerbsfähigkeit, Versorgungssicher-heit und Einklang mit Umwelt und Klima im Vordergrund. Gesellschaftliche Akzeptanz von Energie-technologien und Transformationsstrategien gewinnen an Bedeutung. Wesentliche Basis sindcomputerbasierte Modelle. Der intensive Dialog mit den Vertretern aus Forschung und Wirtschaft, welche die technologische Entwicklung vorantreiben sowie mit den Akteuren aus Gesellschaft und Politik ist ein Grundelement der Jülicher Arbeiten.

Keramiken bilden diezentrale Funktionsein-heit in Brennstoffellenund ermöglichen die effiziente Umwandlungvon chemischer in elektrische Energie.

In komplexen Vakuum-anlagen werden funktionale Schichtenfür Batterien erzeugt.

Die umfassenden Zusammenhänge zwischen Wirtschaft,Technik und Umweltsind Thema der JülicherSystemforschung.


Energiespeicherung

Systemanalyse, Technikfolgenabschätzung, Energiewirtschaft


36

Mitglied im FVEE seit 1990

Mitarbeitende zu erneuerbaren Energien: ca. 270

Zusammenarbeit mit Universitäten

RWTH Aachen: JARA-ENERGY, Teil der Jülich–Aachen Research Alliance (JARA). Lehrstühle an den Universitäten Aachen, Bochum,Bonn.

Weitere Mitgliedschaften

Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft und in diversen nationalen und internationalen Verbünden und Plattformen

Institut für Energie- und Klimaforschung(IEK)

Um die modernen Herausforderungen einer integrierten Energie- und Klimaforschung aufzugreifen, gründet das Forschungszentrum Jülich im Oktober 2010 das Institut für Energie-und Klimaforschung (IEK). Unter verstärkter Nutzung der Synergien in den Disziplinen Energie- und Umweltforschung positioniert sichJülich damit analog zur deutschen Energie- undKlimastrategie.

Vernetzung


37

Fraunhofer-Institut für Bauphysik

Bauphysik ist ein entscheidender Faktor, der Bauen erfolgreich macht! Die Aufgaben des FraunhoferIBP konzentrieren sich auf Forschung, Entwicklung, Prüfung, Demonstration und Beratung auf den Gebieten der Bauphysik. Dazu zählen insbesondere Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz,Optimierung der Lichttechnik und die Entwicklung innovativer Konzepte für energieeffizientes Bauen.Produkte, Prozesse und Dienstleistungen werden unter ökologischen, sozialen und technischen Gesichtspunkten analysiert, um damit die Nachhaltigkeit, die nachhaltige Optimierung und die Förderung von Innovationsprozessen zu bewerten. Das Fraunhofer IBP forscht verstärkt auf den Gebieten der rationellen Energieverwendung sowie der Entwicklung von anlagentechnischen Komponenten. Gleichzeitig bietet die Einbindung in die lokalen Hochschulstandorte und eine direkteAnbindung an die regionale Industrie ein Höchstmaß an Präsenz der jeweiligen Fachkompetenz.

Plus-Energieschulen • Vom Energieverschwender zum Minikraftwerk

Plusenergieschulen sind die Schulform der Zukunft. Sie erzeugen über das Jahr betrachtet mehr Primär-energie als sie für die Bewirtschaftung (Beheizung, Lüftung, Trinkwarmwassererwärmung und Beleuch-tung und die dafür notwendige Hilfsenergie) benötigen. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen,müssen bei Schulsanierungen in einem ersten Schritt die Verluste durch Transmission und Lüftung drastisch reduziert werden. Dies wird zum einen durch einen hohen Wärmeschutz der Hüllflächenbau-teile, zum Beispiel mittels Vakuumdämmung, der vollständigen Eliminierung der Wärmebrücken sowiedurch eine hocheffiziente hybride Lüftung, d. h. eine Kombination aus natürlicher und mechanischerLüftungstechnik, erreicht. Im zweiten Schritt ist die noch benötigte Restenergie möglichst mit erneuer-baren Energien und mit geringen Verlusten zu erzeugen. Ein Plusenergiegebäude wird durch die Sanie-rung erreicht, wenn der noch benötigte fossile Restenergieanteil durch dasGebäude selbst erzeugt wird, indem beispielsweise aus Sonnenenergie mittels Photovoltaikmodulen Strom für die eigene Nutzung oder zur Einspeisung ins öffentliche Netz erzeugt wird. Aber auch Biomasse oderGeothermie sind Komponenten der umweltfreundlichen Energieerzeugungin Plusenergieschulen. Das Fraunhofer IBP hat erste Sanierungskonzepte fürKommunen entwickelt

Hocheffiziente Energiesysteme für eine nachhaltige Zukunft von Gebäuden.

Wie effizient nutzen wir Energie in unseren Gebäuden und welche Energieträger werden dafür einge-setzt? Auch heute betreiben meistens hochwertige Energieträger wie Erdgas und Erdöl unsere Gebäude, die jedoch mit hohen Systemtemperaturen arbeiten. Solarenergie, Erdwärme, Abwärme ausIndustrieprozessen oder Fernwärmerücklauf sind jedoch ebenso möglich, da sie mit Systemtemperatu-ren nahe der Raumtemperatur arbeiten und sich für eine wirtschaftliche Nutzung in Gebäuden anbieten. Daher sollte neben der Quantität auch die Qualität, die Exergie der eingesetzten Energienbetrachtet werden. Wissenschaftler des Fraunhofer IBP greifen den Ansatz der Exergie auf. Ziel ist dieEntwicklung von Konzepten, die den Bedarf an hochwertigen Energieträ-gern in Gebäuden und deren Versorgungssysteme reduziert, um einenmöglichst effizienten Einsatz von Energie zu erreichen. Nicht nur Gebäude,sondern ganze Siedlungssysteme mit ihren jeweiligen Strukturen werdenexergetisch untersucht und bewertet. Die Arbeiten fokussieren sich auf dieEntwicklung von innovativen Verteil-, Speicher- und Energieerzeugungs-konzeptionen.

Solares und energieeffizientes Bauen • Biomasse • Geothermie

Solares und energieeffizientes Bauen • Energieeffizienz

Fraunhofer IBP

Fraunhofer-Institut fürBauphysikwww.ibp.fraunhofer.de

Institutsteil StuttgartNobelstr. 1270569 Stuttgart

Institutsteil HolzkirchenFraunhoferstr. 1083626 Valley

Projektgruppe KasselGottschalkstr. 28a34127 KasselTel.: 0561 804 1870

ÖffentlichkeitsarbeitStandort Stuttgart:Rita Schwab Tel.: 0711 970 [email protected]

Standorte Holzkirchenund Kassel:Janis Eitner Tel.: 08024 [email protected]

Plus-Energieschulen –Vom Energieverschwen-der zum Minikraftwerk

Anlagentechnik: Effiziente Energienutzungdurch innovative Verteil-, Speicher- undEnergieerzeugungskon-zeptionen

Auf Wissen bauen

38

Bauen in anderen Klimazonen

Baukonstruktionen unseres gemäßigten Klimas lassen sich nicht einfach inandere Klimazonen versetzen. Deutlich wird das Prinzip beispielsweise ander Tatsache, dass in einer kalten Klimazone der Wärmefluss von innennach außen gedämmt werden muss, während dies in warmen Regionenumgekehrt erforderlich ist. Will man nach den Prinzipien der Nachhaltig-keit, also unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und sozialerAspekte sanieren oder neu bauen, dann sind regionalspezifische Faktoren zu berücksichtigen, die sichvom Klima über Ressourcen bis zur jeweiligen Kultur erstrecken. Das Fraunhofer-Institut für BauphysikIBP wird sich in den kommenden Jahren mit komplexen regionalspezifischen Einflüssen auf das Bauen verstärkt beschäftigen.

Steigerung der Energieeffizienz

Das Fraunhofer IBP erforscht in mehreren Forschungsprojekten die Steigerung der Energieeffizienz von Städten und Stadtteilen. Neben derEvaluierung von Demonstrationsprojekten zu energieeffizienten Stadtteilenwird unter anderem an Beurteilungskriterien für Projekte, einer Auswahl-matrix zur Identifizierung von Forschungslücken, der Weiterentwicklungvon Planungshilfsmitteln – dem so genannten »Energieeffizienzratgeber fürQuartiere« – und an einem Leitfaden zur kommunalen Energieplanung gearbeitet. Wissenschaftler arbeiten an einer Energiebilanz für eine Landeshauptstadt als Mikro- und Makroanalyse, die auf andereKommunen übertragbar ist. Hierbei wird der Energieinput über die Stadtgrenze bis in detaillierte Ver-brauchsstrukturen heruntergerechnet bzw. alle Verbraucher wie Gebäude, Verkehr, Industrieprozesseetc. verdichtet zu Energieverbräuchen für gesamte Stadtgebiete. Zusätzlich werden Maßnahmenpa-kete zur Energieeffizienzsteigerung mit dem Fokus auf Dienstleistungsprozesse entwickelt.

Innovative Textilien und Funktionsmembranen für energetisch optimierte Fassadensysteme

In der Textilindustrie gibt es eine Vielzahl Hightech-Produkte, die auch fürbauphysikalische Fragestellungen Lösungen bieten können, die herkömmli-che Systeme nicht oder nur eingeschränkt haben. Zu nennen wären bekannte Produkte aus dem Outdoorbereich, die einen guten Regenschutzmit extremer Diffusionsoffenheit kombinieren oder die dauerhaft Schmutzabweisend vergütet sind sowie antimikrobiell ausgerüstete Fasern. Textilien können auch die Beständigkeit selbst hochwertiger Außenputze übertreffen. In diesem Zusammenhang ist die enormeDehnfähigkeit der Textilien als weiterer Vorteil zu nennen. Typische Probleme von Putzfassaden, wiedie Rissbildung durch thermisch oder hygrisch bedingte Spannungen, sind bei textilen Materialiennicht zu erwarten. Die derzeit gängigste Dämmmaßnahme zur energetischen Sanierung im Bestand istder Einsatz von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS). Das Ziel der Untersuchungen besteht darin,die Möglichkeiten zum Ersatz des konventionellen Putzes beim WDVS durch ein entsprechend modifiziertes Textil herauszufinden


38

Solares und energieeffizientes Bauen • Globale Märke

Energieeffizienz von Städten

Solares und energieeffizientes Bauen • Textilien und Funktionsmembranen

Saana: Bauen inan deren Klimazonenmuss klimagerecht erfolgen.

Für ganze Stadtteilewerden energetischeKonzepte erarbeitet.Bildquelle: Stadt Kassel

Verstärkt im Einsatz:Membrankissen- Konstrukionen ausHigh-Tech-Materialien

39


39

Asphaltbeläge als Stromsparer

Der Betrieb von Straßenbeleuchtungsanlagen erfordert zunehmend hoheökologische Anforderungen wie die Begrenzung störender Lichtimmissio-nen und Entsorgung von Materialien mit umweltrelevanten Bestandteilen(Austausch von Quecksilberdampfleuchten). Direkte Auswirkung auf Kostenund Ökologie hat der Energieverbrauch der Beleuchtungsanlagen. Die Straßenbeleuchtung macht etwa 10% des Strombedarfs für Beleuchtungs-zwecke aus. Die Gesamtbetriebskosten für die Straßenbeleuchtung liegenin Deutschland bei etwa 1 Mrd. €/a. Im Bereich der Straßenbeleuchtungist das lichttechnische Verhalten von Straßendeckschichten planerisch bei der Auslegung der künstli-chen Beleuchtungsanlagen zu berücksichtigen und zu optimieren. So hat neben einer energieeffizien-ten Lichttechnik der Leuchten die Wahl des Straßenbelags einen hohen Einfluss auf den Energiebedarffür die Straßenbeleuchtung. Der Einsatz heller gegenüber dunkler Straßenbelagsarten ermöglicht eineAbsenkung der erforderlichen energetischen Aufwendungen auf ein Drittel und dies bei Bereitstellungverkehrssicherheitstechnisch vergleichbarer Leuchtdichteniveaus. Aufgrund der geringeren Wärmeab-sorption bieten helle Beläge darüber hinaus den Vorteil einer geringeren thermischen Belastung vonStraßen. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IBP forschen gemeinsam mit dem Asphaltverband an energieeffizienten Straßenbelägen.

Vernetzung


200 Mitarbeitende

Mitgliedschaften

Das Fraunhofer IBP ist Mitglied in der Fraunhofer-Gesellschaft. Die Institutsleiter Prof. Dr. Gerd Hauser und Prof. Dr. Klaus Sedlbauer sind Mitglieder im Präsidium der Deutsche Gesell-schaft für Nachhaltiges Bauen e.V. (DGNB). Mitgliedschaft im Fraunhofer-Verbund Werkstoffe,Bauteile, Materialien, in den Fraunhofer AllianzenBau; Energie, Verkehr; Zum Erhalt des KulturerbesFALKE

Zertifizierungen o.ä.

Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik betreibt„bauaufsichtlich anerkannte Stellen“ für Prüfung,Überwachung und Zertifizierung von Bauproduk-ten und Bauarten in Deutschland und Europa.Vier Prüflabore des Instituts sind nach DIN ENISO/IEC 17025:2005 vom Deutschen Akkreditie-rungssystem Prüfwesen (DAP) akkreditiert. DenPrüfstellen wurde als höchste Akkreditierungsstufedie »flexible Akkreditierung« zuerkannt. Sie sinddamit berechtigt, neue Prüfverfahren zu ent-wickeln und anzuwenden sowie vorhandene zumodifizieren.

Bauakustik und SchallimmissionsschutzDAP-PL-3743.26,Feuchte/Mörtel/Strahlung/EmissionenDAP-PL3743.30Feuerstätten/Abgasanlagen DAP-PL-3743.25Wärme-Kennwerte DAP-PL-3743.27Prüf-, Überwachungs-, Zertifizierstelle nach derLandesbaubauordnung Prüfung zum ÜbereinstimmungsnachweisPrüfstelle nach dem BauproduktengesetzZertifizierung nach Geräte- und Produktsicher-heitsgesetz


In Personalunion mit der Universität Stuttgart undder Technischen Universität München. Enge Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Umwelt-bewusstes Bauen – Universität Kassel.

Kooperationen mit den Universitäten in den Ländern Australien, Belgien, Brasilien, Bulgarien,China, Dänemark, Finnland, Frankreich, Griechen-land, Großbritannien, Italien, Japan, Jemen, Kanada, Litauen, Neuseeland, Niederlande, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Schwe-den, Schweiz, Slowenien, Spanien, Südafrika,Südkorea, Tschechien, Ungarn, USA, Zypern.

Energieeffizienz bei Straßenbeleuchtung und Straßenbelag

Ausgründungen des Fraunhofer IBP

CalCon Deutschland AG, München (Immobilienmanagement, Energieanalyse, Energieausweise)

Das lichttechnische Verhalten von Straßendeckschichtenwird untersucht.

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme

Das Fraunhofer ISE setzt sich für ein nachhaltiges, wirtschaftliches, sicheres und sozial gerechtes Energie-versorgungssystem basierend auf regenerativen Energien ein. Es schafft technische Voraussetzungen füreine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung, sowohl in Industrie- als auch in Schwellen-und Entwicklungsländern. Hierzu entwickelt das Institut Materialien, Komponenten, Systeme und Verfahren in insgesamt sieben Geschäftsfeldern: Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik, Angewandte Optik und funktionale Oberflächen, Solarthermie, Silicium-Photovoltaik, Alternative Photo-voltaik-Technologien, Regenerative Stromversorgung und Wasserstofftechnologie.

40

Silicium-PhotovoltaikBei der kristallinen Silicium-Photovoltaik bildet das Fraunhofer ISE die gesamte Wertschöpfungsketteab. Im Silicium Material Technologie- und Evaluationscenter SIMTEC verfügt das Institut über eine Kristallisationsanlage, die die Herstellung von 15 bis 250 kg schweren multikristallinen Blöcken erlaubt.Auch an Säge- und Schleiftechnologie wird gearbeitet. Im 500 m² großen Reinraumlabor steht die Entwicklung von hocheffizienten Solarzellenkonzepten und -prozessen im Mittelpunkt. Bei der kristallinen Silicium-Dünnschichtsolarzelle forscht das Fraunhofer ISE am Konzept des Waferäquivalents.Das Photovoltaik Technologie Evaluationscenter PV-TEC verfügt über mehr als 1200 m² Technologie-fläche im Pilotmaßstab, mit einem Durchsatz von mehr als 100 Wafern pro Stunde. Ergänzt werden dieTechnologieschwerpunkte durch einen exzellenten Charakterisierungs- und Simula tions pool. Das Pho-tovoltaik Modul-Technologiecenter (MTC) am Fraunhofer ISE ermöglicht schließlich die Verarbeitungneuer Zellen und Materialien in aussagekräftigen Stückzahlen und Formaten.

III-V-Halbleiter Hier liegen die Schwerpunkte auf der Konzentratortechnologie für Kraft-werke sowie Weltraumanwendungen. Mehrfachsolarzellen auf Basis von III-V-Halbleitern erzielen heute die höchsten Wirkungsgrade für jede Art vonSolarzellen. Dreifachsolarzellen aus GaInP/GaInAs/Ge werden bereits seitJahren erfolgreich im Weltraum eingesetzt. Das Fraunhofer ISE hat daranmitgewirkt, dass diese höchsteffizienten Zellen auch terrestrisch, im Zusam-menspiel mit der optischen Konzentration des Sonnenlichts, erfolgreich inden Markt eingeführt werden konnten. Weitere Märkte sind Spezialanwendungen wie die Laser-Lei-stungsübertragung oder die Thermophotovoltaik. Auch hier werden die Arbeiten ergänzt durch dieEntwicklung angepasster Charakterisierungstechniken und -geräte sowie das Kalibrieren der Mehrfach-solarzellen im Kalibrierlabor CalLab. Darüber hinaus entwickelt das Fraunhofer ISE komplette Konzen-tratormodul- und -systemlösungen sowie angepasste Fertigungsprozesstechnologie in seinem Concentrator Technology and Evaluation Center (ConTec).

FarbstoffsolarzellenMit dem Ziel der Gebäudeintegration entwickelt das Fraunhofer ISE dieFarbstoffsolarzellentechnologie zur Marktreife. Neben der Entwicklung vonZell- und Herstellungskonzepten stehen Arbeiten zur Aufskalierung vonFarbstoffsolarmodulen für die Anwendung im Architekturbereich im Vorder-grund. Das Institut zeigte in Prototypen die Vorteile der Fertigung, die Industrietechniken wie Siebdruck und neue Versiegelungskonzepte ein-schließt; ebenso die Möglichkeit gestalterische Aspekte umzusetzen. Die Beständigkeit der Module wird im Labor und unter Außenbewitterung getestet.

Innovative Forschungfür den Markt

Photovoltaik

Fraunhofer ISE

Fraunhofer-Institutfür SolareEnergiesystemeHeidenhofstr. 279110 Freiburgwww.ise.fraunhofer.de

ÖffentlichkeitsarbeitKarin Schneider Tel.: 0761 [email protected]

ConTec

Farbstoffsolarmodul


41

Solarthermische Kraftwerke

Solare Wärme und Kälte

Organische SolarzellenBei organischen Solarzellen wird der Kostenvorteil über neue Zellarchitektu-ren sowie Rolle-zu-Rolle-Produktionsverfahren weiter optimiert. Das Institutentwickelt neue Zellarchitekturen, die basierend auf kostengünstigen Materialien mit effizienten Verfahren hergestellt werden können. Mit demZiel höherer Effizienzen und Lebensdauern werden neue organische Halblei-ter und Elektroden untersucht, in beschleunigten Alterungstests auch dieEignung von Verkapselungsmaterialien.

TestzentrenDie Kalibrierlabore für Solarzellen und -module des Fraunhofer ISE zählen zuden weltweit führenden. In Kooperation mit dem VDE betreibt das Institutdie Charakterisierung und Zertifizierung von PV-Modulen. Rund um PV-An-lagen bietet das ISE ein breites Dienstleistungsspektrum an, von Ertragsgut-achten über Anlageninspektionen bis hin zum Langzeit-Monitoring.

Selektive Schichten für Absorberrohre in solarthermischen Kraftwerkensowie neue Kraftwerkskonzepte auf Fresnel-Basis, aber auch Wirtschaftlich-keitsberechnungen von Kraftwerken unterschiedlicher Größe stehen im Mit-telpunkt der Arbeiten des Fraunhofer ISE zur Hochtemperatur-Solarthermie.

Das Fraunhofer ISE entwickelt und prüft solarthermische Kollektoren undKollektorsysteme für vielfältige Anwendungen, von der Brauchwasser- undSolarheizungsanlage über die Kühlung und Klimatisierung bis hin zu fassadenintegrierten Kollektoren und konzentrierenden sowie Fresnel- Kollektoren für Kraftwerke und Prozesswärme. Ein Schwerpunkt liegt aufder Erzeugung von Antriebswärme für Absorptionskältemaschinen.

Systemtechnik und Netzmanagement

Seit vielen Jahren ist das Fraunhofer ISE führend in der Entwicklung von Leistungselektronik für Umrichter und Ladetechnik. Jüngster Weltrekord istein Wechselrichter mit 99,03% Wirkungsgrad. Auf der Basis modernsterKommunikationstechnologie entwickelt das Institut neue Konzepte undKomponenten für das Energiemanagement von dezentralen Erzeugern undVerbrauchern im Verteilnetz. Ziel ist dabei, den rasant steigenden Einspeise-raten erneuerbarer Energien in die Verteilnetze und den damit verbundenen technischen, ökonomi-schen und ökologischen Anforderungen Rechnung zu tragen (Smart Grids). Eine zunehmend wichtigeRolle in diesem Kontext spielt die Elektromobilität. Hier liegen die Schwerpunkte des Instituts in derEnergieübertragung zwischen Fahrzeug und Netz, der Entwicklung von hocheffizienter Ladetechniksowie von Metering- und Abrechnungs- und Kommunikationslösungen.

Organische Solarzelle

Solarsimulator

Solare Klimatisierung

Wechselrichter


42

Gasbrenner

Biomasse

Ein integraler Planungsansatz für Nullenergiegebäude – und langfristig sogar für dasHaus als Netto-Energieerzeuger – stehen im Mittelpunkt der Arbeiten. Das FraunhoferISE unterstützt Hersteller bei der Entwicklung neuer Komponenten und Geräte ebensowie Planer und Architekten bei der Konzipierung anspruchsvoller Bauwerke. Die Themen reichen von Tageslicht und Sonnenschutz über Wärmespeicherfähigkeit vonBausystemen, Kühlkonzepte, thermische Aktivierung von Bauteilen, Wärmepumpen

und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung bis hin zur solaren Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstüt-zung mit Solarenergie sowie Integration von Photovoltaik in die Gebäudehülle und Verfahren zur energieeffizienten Betriebsführung und Regelung von Gebäuden.

a sB io m s e Bei der Umwandlung und Nutzung von Biomasse steht am Fraunhofer ISE die Entwick-

lung einer Technikumsanlage zu einem neu entwickelten Holzvergasungsverfahren imMittelpunkt. Auch Studien zu Biomassepotenzialen sowie die Erstellung von Energie-und CO2-Bilanzen von Verfahren zur Biomassekonversion sind Forschungsthemen. ImRahmen der Reformertechnik befasst sich das Fraunhofer ISE mit der Erzeugung vonSynthesegasen aus Bioethanol.

Energiespeicherung

Ziel der Arbeiten am Fraunhofer ISE sind marktfähige Brennstoffzellensys -teme für die autonome Stromversorgung für netzferne Anwendungen undfür portable elektronische Kleinsysteme. Dafür werden Membranbrennstoff-zellen im Leistungsbereich von mW bis mehreren hundert Watt entwickelt,inklusive ihrer Versorgung mit Wasserstoff oder Methanol. Neben der Brenn-stoffzellenstapelstruktur liegt ein weiterer Schwerpunkt auf planaren, serien-verschalteten Brennstoffzellen in einer Ebene. Die Integration vonBrennstoffzellensystemen in übergeordnete Systeme, die elektrische Systemauslegung inklusive Span-nungsaufbereitung und Sicherheitstechnik werden ebenfalls erforscht. Der Betrieb von Brennstoffzellen-systemen erfordert Wasserstoff als Brennstoff. Das Fraunhofer ISE bietet Lösungen an durch Elektrolysevon Wasser oder durch katalytische Umsetzung (Reformierung) wasserstoffreicher Energieträger. Für dieReformierung kommen fossile Brennstoffe wie Erdgas, Flüssiggas, Benzin, Diesel, Kerosin oder Heizölsowie biogene/regenerative Energieträger wie Biogas, Holz, Bio-Ethanol oder Rapsöl in Frage.

Das Fraunhofer ISE entwickelt Batteriesysteme als Bestandteil von hybridenEnergieversorgungssystemen für netzferne Anwendungen, zur Netzstützungund für Anwendungen in Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeugen. Schwer-punkt ist dabei die Optimierung von Betriebsführungsstrategien und Entwicklung von Batteriemanagementsystemen (BMS) für alle gängigenTechnologien um Batteriealterung und -kosten zu reduzieren. Ein besonde-rer Akzent liegt auf der Stack- und Systementwicklung sowie dem Batterie-management für Vanadium-Redoxflow-Batterien für dezentrale Anwendungen.

Technikfolgenabschätzung, Energierecht und -wirtschaft


Redoxflow

n i k fh o lIn Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung

c ge e

T n in Karlsruhe betreibt das Fraunhofer ISE die Forschungsgruppe „Renewable EnergyI nnovation Policy“ und trägt damit dem zunehmenden Bedarf einer immer engeren Verzahnung von Technologieentwicklung und angewandter Forschung mit der ökonomischen Systemanalyse und Innovationsforschung Rechnung.

Solares und energieeffizientes Bauen


43

Vernetzung


Mit 930 Mitarbeitern ist das Fraunhofer ISE dasgrößte europäische Solarforschungsinstitut.

Standorte

Freiburg; Fraunhofer ISE Labor- und ServicecenterGelsenkirchen LSC; Center für Silizium-Photovol-taik CSP in Halle/Saale mit dem Schwerpunkt Kristalltechnologien; Technologiezentrum Halb-leitermaterialien THM in Freiberg. Es besteht eineKooperation mit dem MIT in Boston/USA: dasFraunhofer Center for Sustainable Energy SystemsCSE.

Zertifizierungen

Akkreditierte Testzentren: CalLab PV Cells, CalLabPV Modules, TestLab PV Modules, TestLab Solar Thermal Systems, TestLab Solar Façades. Zudem Qualitätssicherung von PV-Kraft-werken, Batterie-Prüflabor, Wechselrichtertests,Wärmepumpen-Teststand


Albert-Ludwigs-Universität Freiburg; Fernuniversi-tät Hagen; Universität Karlsruhe; Universität Konstanz; Universität Koblenz-Landau; TechnischeUniversität Berlin; Hochschule Offenburg, TFHGeorg Agricola zu Bochum, Staatliche Akademieder Bildenden Künste, Stuttgart; BerufsakademieRavensburg; Konkuk University Seoul, Korea

Mitgliedschaften

Das Fraunhofer ISE ist Mitglied der Fraunhofer-Gesellschaft, der führenden Trägerorganisation fürEinrichtungen der angewandten Forschung inEuropa. Weitere Mitgliedschaften: EUREC Agency,EU-Technologieplattformen PV und Solarthermie,EPIA (assoziiertes Mitglied), ESTIF (European SolarThermal Industry Federation), InternationalEnergy Agency IEA

Ausgründungen des Fraunhofer ISE

• Concentrix Solar GmbH, Freiburg (Photovoltaik)• PSE AG, Freiburg (Solarthermie und Photovoltaik)• SorTech AG, Halle (Kältetechnik)• solares bauen GmbH, Freiburg (Bauphysik und Technikplanung)• Holotools GmbH, Freiburg (Entwicklung und Fertigung von Oberflächen für Lichtmanagement)• Solar Spring GmbH, Freiburg (Dezentrale Wasseraufbereitung)

Fraunhofer-Institut für Windenergie undEnergiesystemtechnik

Die Forschungsgebiete des neuen Fraunhofer IWES umfassen das gesamte Spektrum der Windenergiesowie die Energiesystemtechnik für erneuerbare Energien.

Das Fraunhofer IWES wurde zum Jahresbeginn 2009 gegründet und ist aus dem ehemaligen Fraunhofer-Center für Windenergie und Meerestechnik CWMT in Bremerhaven sowie dem Institut fürSolare Energieversorgungstechnik ISET e. V. in Kassel hervorgegangen.

Die fachlichen Kompetenzen des Fraunhofer IWES integrieren in einem breiten transdisziplinären Ansatz alle relevanten Fachdisziplinen mit Schwerpunkten in der Elektrotechnik, der Systemtechnik,dem Maschinenbau, dem Bauingenieurwesen, der Fluidphysik und der Energiemeteorologie.

Kompetenzzentrum Rotorblatt

Mit den Messwerten aus statischen und zyklischen Ganzblatttests lässt sichin wenigen Monaten die Degradation an Rotorblättern über die 20-jährigeNutzungsphase prognostizieren. In einem einzigartigen 70-Meter Prüfstandwerden Lasten bis zu 50 Meganewtonmeter über Hydraulikzylinder auf Rotorblätter aufgetragen. Dehnungsmessstreifen liefern parallel mit Kraft-messdosen, Seilzugaufnehmer und verschiedenen Sensoren aussagekräftigeWerte. Eine Frequenzanalyse ermöglicht Eigenfrequenzmessungen unddamit eine energiesparende Anregung des Blattes. Neben Ganzblattversu-chen erfordert ein Betriebsfestigkeitsnachweis Materialprüfungen und rech-nerische Untersuchungen. Zunehmend werden auch Komponenten geprüft, um die Lücke zwischen Ganzblatt- und Materialtests zu schließen.

Technische Zuverlässigkeit

Zuverlässigkeitsrelevante Indikatoren und Kennzahlen machen die Auswir-kungen von technischen Modifikationen, Anlagendesign, Betriebs-, War-tungs- und Instandhaltungsstrategien quantitativ erfassbar. Für die Planungvon Instandsetzungsmaßnahmen werden statistische Analysen des Ausfall-verhaltens von Anlagen und Komponenten (zuverlässigkeitsorientierte In-standhaltung) ebenso wie Daten aus regelmäßigen Messung physikalischerGrößen mittels Condition-Monitoring/Structural-Health-Monitoring-Systemen und der serienmäßigensensorischen Überwachung (zustandsorientierte Instandhaltung) herangezogen.

Anlagensimulation und -bewertung

Bei der aero-servo-hydro-elastischen/voll gekoppelten Simulationen wer-den verschiedenen Teilsysteme einer Windenergieanlage wie Rotorblätter,Antriebsstrang, Tragstruktur und Regelung in einem numerischen Modellzusammengefasst. In Kooperation mit der Aero Dynamik Consult Inge-nieurgesellschaft hat das Fraunhofer IWES die Software ADCoS-Offshoreentwickelt, um die Lasten auf (Offshore-)Windenergieanlagen unter Berücksichtigung des Einflusses der Meereswellen auf die Tragstrukturen zu simulieren.

44

advancing wind energy and energy system technology

Windenergie und Meeresenergie

Fraunhofer IWES

Fraunhofer-Institut fürWindenergie undEnergiesystemtechnikwww.iwes.fraunhofer.de

Institutsteil KasselKönigstor 59 34119 Kassel

Institutsteil BremerhavenAm Seedeich 4527572 Bremerhaven

ÖffentlichkeitsarbeitInstitutsteil KasselUwe KrengelTel.: 0561 7294-319 [email protected]

Institutsteil BremerhavenBritta RollertTel.: 0471 [email protected]

Das Fraunhofer IWESentwickelt zeit- und kostensparenden Prüfmethoden, die einerealistische Belastungs-situation erzeugen.

Eine serienmäßigeÜberwachung mittelsgeeigneter Sensorik unterstützt eine ereignis- und zustands-orientierte Wartung.

Durch die Ermittlungvon Bemessungslastenkann die Materialaus-nutzung verbessert unddie Betriebsführungund Steuerung der Anlagen optimiert werden.

Antriebsstrang

Zusammen mit der Windenergiebranche baut das Fraunhofer IWES einKompetenzzentrum Gondel auf, das großtechnische Prüf- und Experimen-tiereinrichtungen sowie computergestützte Simulationen einsetzt. Testver-fahren zur Entwicklung leichter und zuverlässiger Antriebsstränge müssenBelastungen durch Wind, ggf. See, Wechselwirkungen mit dem Baugrundsowie dem elektrischem Netz berücksichtigen.

Offshore-Standortbewertung

Die Kombination von Mess- und Modelldaten stellt Ertragsprognosen undLastenberechnung auf eine tragfähige Basis. Flächenhaft erhobene Seismik-daten werden mit Werten von punktuellen Aufschlüssen und CPT-Sondie-rungen verknüpft. Bodenerkundung und Baugrundbewertung werden inenger Kooperation mit dem Forschungszentrum marum an der UniversitätBremen durchgeführt. Ziel ist, den Bau und Betrieb von Offshore-Wind-parks sowie das Anlagendesign zu verbessern.

Meeresenergie

Das Fraunhofer IWES hat zur Entwicklung der weltweit ersten Meeresströmungsturbine beigetragenund verschiedene Regelungs- und Betriebsführungssysteme realisiert: für Horizontalachsenturbinen,drehzahlvariable Vertikalachsenturbinen und Wellenenergiewandler. Neue Prinzipien, wie z. B. ein periodisch bewegtes, nicht rotierendes System, werden untersucht.

Das IWES forscht im Bereich Photovoltaik zur Systemintegration in das elektrische Verteilnetz. Neue Regelungsstrategien für Stromrichter als Bindeglied zwischen Stromerzeugern, Speichern und Lasten sollen zurNetzqualität beitragen und neue Anforderungen intelligenter Netze unter-stützen. Schwerpunkte sind die Netzintegration, die Anlagentechnik, Insel-netze und Hybridsysteme. Für die Prüfung der elektromagnetischenVerträglichkeit, der elektrischen Netzeigenschaften von Stromrichtern undder Wirkungsgrade von PV-Systemen stehen akkreditierte Testlabore zur Verfügung.

Die Integration von PV-Modulen in Gebäude als multifunktionale Bauelemente nutztneben der Stromerzeugung weitere wertsteigernde Eigenschaften. IWES arbeitetdaran, die Anwendbarkeit dieser Eigenschaften zu ermitteln und dadurch die technischen und wirtschaftlichen Potenziale der PV-Bauelemente möglichst vollständigauszuschöpfen.

Die FuE-Themen des IWES konzentrieren sich auf ganzheitliche, system-technisch orientierte Untersuchungen der gesamten Prozessketten für dieStrom-, Wärme- und Energieträgererzeugung aus Biomasse, neue Aggregate wie z. B. Mikrogasturbinen, den Ausgleich dargebots- oder verbrauchsabhängiger Schwankungen im Netz durch Bioenergie, neue Integrations- und Vermarktungsmöglichkeiten, die Integration von Biogas-Aufbereitungstechnologien sowie die Entwicklung von biogasgespeisten»Mikrogasnetzen«.


45

Photovoltaik

Bioenergie


Die technische Verfüg-barkeit von Gondelnvon Windenergieanla-gen bestimmt in ho hemMaße die Gesamtver -fügbarkeit der Anlagenam Netz. (Quelle: Siemens Pressefoto)

Akustische Profilstrom-messer erfassen dieMeeresströmungen underleichtern die Auswahlgeeigneter Standortefür Offshore-Windener-gieanlagen (Quelle: marum, Universität Bremen)

Outdoor-Testfeld fürPhotovoltaikmodule

Am Landwirtschafts-zentrum Eichhof in BadHersfeld betreibt dasFraunhofer IWES Pilotanlagen zur energetischen Biomassenutzung.


46

Die Netzschnittstelle und das Systemverhalten von Windenergie- und Photovoltaikanlagen werden über die Steuerung und Regelung von Stromrichtern und elektrischen Maschinen weiterentwickelt. Dafür werdenKommunikationsschnittstellen und die Interaktion mit den Netzbetriebs-mitteln und der Betriebsführung auf der Verteilnetzebene untersucht. Dazuzählen auch Komponenten für Leittechnik, Energiemanagement, Zähler-technik, sowie Sicherheits- und Schutztechnik für den Netzbetrieb. DasIWES betreibt ein Test- und Prüfzentrum für die Netzintegration dezentraler Stromerzeuger und Elektrofahrzeuge und koordiniert das in diesem Feld führende europäische Exzellenznetzwerk DERlab.

Vor dem Hintergrund der liberalisierten Energiemärkte und der Besonderheiten der erneuerbaren Ener-gien entwickelt das IWES neue Methoden zur Leistungssicherung sowie eine angepasste Kraftwerks-und Netzstruktur unter besonderer Berücksichtigung der energiewirtschaftlichen Einbindung, der Energiemeteorologie und der Wirtschaftlichkeit. Besonderes Augenmerk richtet sich auf Strukturen fürdie großräumige Nutzung der erneuerbaren Energien. Entsprechende FuE-Arbeiten unterstützen einer-seits die Erschließung der Offshore-Windenergienutzung und andererseits den Einsatz von Windenergiein Schwellen- und Entwicklungsländern. Im Mittelpunkt stehen dabei ganzheitliche, systemtechnischorientierte Betrachtungen und Optimierungen sowie Informations- und Kommunikationstechniken für»smart grids«.

Für die Vollversorgung mit erneuerbaren Energien entwickelt das IWESKonzepte für die Speicherung von regenerativem Strom im Erdgasnetz alserneuerbares Methan. Im Fokus der Energiespeichersystemtechnik stehenmathematische Modelle und virtuelle Systeme zur Simulation von Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien für vorindustrielle und industrielleForschung in verschiedenen Simulationsumgebungen.

Technikfolgenabschätzung Energierecht und -wirtschaft

Energiespeicherung


Zusammenarbeit mit Firmen

n i k fh o l Die Arbeiten zur Energiewirtschaft und Systemanalyse umfassen dynamische Simula-c ge e

T n tionen der Stromversorgung, die Entwicklung von Szenarien zum Ausbau und derI ntegration von erneuerbaren Energien sowie Beiträge zur Harmonisierung von regenerativer und konventioneller Stromerzeugung. Die Ergebnisse fließen auch in dieSzenarien des Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltverände-rungen (WBGU) ein.

Auf nationaler und internationaler Ebene arbeitet das Institut mit zahlreichen öffentlichen und industriellen Forschungseinrichtungen erfolgreich zusammen. Die Anwendungsnähe des FraunhoferIWES dokumentiert sich u. a. in der großen Zahl von direkten Forschungsaufträgen der Industrie. Darüber hinaus werden viele Projekte von Industriearbeitskreisen begleitet und zahlreiche Entwicklungsvorhaben gemeinsam mit Firmen durchgeführt.

Schaltanlage im Stromnetz

Virtuelles System zur Simulation von Batterien


47

Vernetzung


250 Mitarbeitende Mitglied in der Fraunhofer-Gesellschaft seit 2009

Mitgliedschaft in weiteren Verbünden zu EE

deENet – Kompetenznetzwerk Dezentrale Energietechnologien e. V.DERlab – European Distributed Energy ResourcesLaboratories (DERlab) e. V.EAWE – The European Academy of Wind EnergyEUREC – Agency European Renewable Energy Research Centres AgencyEWEA – European Wind Energy AssociationFVEE – Forschungsverbund Erneuerbare EnergienGERMANWIND – Windenergie-Cluster in derNordwest-RegionIEA – International Energy AgencyIEC – International Engineering ConsortiumInno-cnt – Innovationsallianz Carbon NanotubesRAVE – Research at alpha ventusWAB – Windenergie-Agentur Bremerhaven/ Bremen e.V.

Die Forschungsergebnisse fließen über die Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien wie DKE, CENELEC und IEC in die Standardisierung und Normung ein.

Als fachlicher Berater bringt das Fraunhofer IWESseine Kompetenzen auch in die Gestaltung vonpolitischen und wirtschaftlichen Rahmenbedin-gungen ein. Beispielsweise in die Gestaltung desErneuerbare-Energien-Gesetzes, die Erschließungder Offshore-Windenergienutzung sowie in dieArbeit des Wissenschaftlichen Beirats der Bundes-regierung Globale Umweltveränderungen(WBGU).

Zusammenarbeiten mit Universitäten

Das Fraunhofer IWES strebt eine enge Zusam-menarbeit mit Hochschulen an. Der InstitutsteilBremerhaven hat zwei weitere Projektgruppen inHannover und Oldenburg. Das IWES kooperiertbereits sehr intensiv mit den im ForWind-Verbundzusammengeschlossenen Universitäten in Hanno-ver, Oldenburg und Bremen sowie mit der Uni-versität Kassel. Darüber hinaus werden Kontaktezur Hochschule Bremerhaven und anderen Hochschulen weiter ausgebaut.

Zertifizierungen

Akkreditierte Testeinrichtungen für elektromagne-tische Verträglichkeit, Stromrichter und Photovol-taiksysteme.

Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Geothermie ist eine heimische erneuerbare Energiequelle, die krisensicher und umweltfreundlichWärme oder Kälte und Strom bereitstellen kann. Um zu einer breiteren Marktdurchdringung zu gelan-gen, sind technologische Weiterentwicklungen auf allen Stufen des Gesamtsystems in Bezug auf Effizienz und Nachhaltigkeit notwendig. Im Fokus der Geothermieforschung am Internationalen Geo-thermieZentrum des Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum stehen sichereund effiziente Systemlösungen zur Nutzung tiefer geothermischer Ressourcen fur die Grundlastversor-gung mit Strom und Wärme.

̈

̈

48

Energieaus der Tiefe

Geothermie

In situ Geothermielabor Groß Schönebeck:Vom Reservoir zur Kilowattstunde

Im Rahmen des Energieprogrammes der Helmholtz-Gemeinschaft betreibt das GFZ im brandenburgi-schen Groß Schönebeck eine weltweit einzigartige Forschungsplattform zur Untersuchung sedimentä-rer Großstrukturen des Norddeutschen Beckens. Der Standort hat Referenzstatus, die hier entwickeltenKonzepte sind auf eine standortunabhängige Nutzung weltweit ausgelegt. Im Mittelpunkt stehen tief-liegende heißwasserführende Schichten als potenzielle geothermische Nutzreservoire. Die Arbeiten verbinden Grundlagen- und angewandte Forschung und umfassen alle Stufen des Gesamtprozesses –von der Erschließung des Reservoirs bis zur Energiewandlung im Kraftwerk.

Mit Enhanced Geothermal Systems zur Wirtschaftlichkeit

Eine zentrale Rolle nimmt die Forschung zur Entwicklung von EnhancedGeothermal Systems (EGS) ein. Durch sogenannte Stimulationsverfahrenwerden die Wasserdurchlässigkeit und die Wärmetauscherfläche des unter-irdischen Gesteins kunstlich vergrößert und damit die Lagerstättenproduk-tivität verbessert. EGS-Technologien eignen sich besonders an Standorten,an denen die Wirtschaftlichkeit nicht von vornherein gegeben ist. Da etwa95% des geothermischen Potenzials in Deutschland nur mit dieser Techno-logie erschließbar sind, birgt die Entwicklung verlässlicher EGS-Nutzungskonzepte ein großes Potenzialfür den verstärkten Ausbau der Geothermie in Deutschland und weltweit.

Nachhaltiger Anlagenbetrieb durch Material- und Werkstoffqualifizierung

Die hohe Salinität geothermischer Tiefenwässer kann in verstärktem Maßezur Korrosion von Materialien in geothermischen Anlagen und damit zumassiven Beeinträchtigungen des Betriebes führen. Um eine Standort ge-eignete und kostengünstige Werkstoffauswahl treffen zu können, werden inGroß Schönebeck in Kooperation mit Industriepartnern Untersuchungenzur Materialqualifizierung durchgeführt. Eine Korrosionsteststrecke ermög-licht, Systemkomponenten geothermischer Anlagen in einem betriebsnahen Umfeld zu testen und fürden Langzeiteinsatz zu qualifizieren.

GFZ Helmholtz-ZentrumPotsdamDeutsches GeoForschungs-ZentrumTelegrafenberg14473 Potsdamwww.gfz-potsdam.de

ÖffentlichkeitsarbeitFranz Ossing Tel.: 0331 288-1040 [email protected]

Rohreinbau

Layout der Korrosions-teststrecke in GroßSchönebeck(Quelle: Schmidt+ Clemens GmbH & Co. KG)

Demonstration bis zur Energiebereitstellung

Der Bau des am Standort Groß Schönebeck geplanten Forschungskraft-werkes komplettiert das Gesamtsystem von der Reservoirerschließung biszur Energiebereitstellung und ermöglicht die ganzheitliche Demonstrationgeothermischer Stromerzeugung. Neben einer effizienten Stromversor-gung bietet die Forschungsanlage die Möglichkeit, unterschiedliche Komponenten und Arbeitsmittel im Betrieb zu testen und verschiedeneStandortbedingungen zu simulieren. Leistungsfähigkeit und Verlässlichkeiteinzelner Komponenten aber auch der Planungsprozess und die Fahrweiseder Gesamtanlage stellen wichtige Aspekte der Untersuchungen dar.

Neue Qualität durch ganzheitlichen Ansatz

Dieser ganzheitliche Forschungsansatz im Projekt Groß Schönebeck stellteine neue Qualität in der geothermischen Technologieentwicklung dar. Die enge Verknüpfung von grundlagen- und anwendungsorientierter Forschung in Verbindung mit praktischer Demonstration machen das Projekt zu einem wichtigen Pilotvorhaben in der geothermischen Technologieentwicklung Europas.


49

Ausgründung des GFZ


Ca. 30 Mitarbeitende zu erneuerbaren EnergienMitglied in der HGF

Mitgliedschaften in weiteren Verbünden

• Verbundvorhaben GeoEn• EERA (European Energy Research Alliance)• EU-Geothermienetzwerk ENGINE• Diverse EU-Projekte:

– Geiser– HITI (High Temperature Instruments fors upercritical geothermal reservoir characterization and exploitation

– HAI (Helmholtz Alberta Initiative Geothermal)


TU BerlinUniversität PotsdamBTU CottbusETH ZürichUniversity of AlbertaUniversity of Nevada Reno UNR (Nevada/USA)Institute of Technology Bandung (Indonesien)Institute of Technology Surabaya (Indonesien)

Vernetzung

Boden Wasser Gesundheit GbR, NeubrandenburgGeoframes GmbH, Potsdam

Prinzip des in GroßSchönebeck geplantenORC-Kraftwerks(Quelle: GFZ)

Fördertest in Groß Schönebeck (Quelle: GFZ)

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialienund Energie

International renommierte Wissenschaftler, einzigartige Großgeräte und ein innovatives Umfeld – dieSolarenergieforschung des HZB ist gut aufgestellt. In den Laboren in Wannsee und Adlershof arbeitendie Forscher bereits heute an den Solarzellen von morgen.

Am HZB setzt man auf Dünnschichtsolarzellen. Neue Materialien und innovative Herstellungsprozessewerden dazu erforscht. In zumeist interdisziplinären Projekten entwickeln die Wissenschaftler Labormodule, aber auch Prototypen für eine industrielle Anwendung. Weitere Forschungsthemen sindphotokatalytische Prozesse sowie Materialien für solare Brennstoffzellen.

Effizient, preisgünstig und in Massenproduktion herstellbar – das sollen dieSolarzellen der Zukunft sein. Noch werden die meisten Solaranlagen aus Silizium-Wafern gefertigt. Ihr Wirkungsgrad ist hoch, ihre Herstellung jedoch teuer und man benötigt viel Energie. Neue Dünnschichtsolarzellensollen deshalb die Wafer ablösen.

Dazu verfolgen die HZB-Forscher mehrere Strategien. Sie lassen Silizium inhauchdünnen Schichten auf Glas wachsen. Und sie verwenden alternative halbleitende Materialien wieChalkopyrite, das sind bestimmte Kupfer-Verbindungen. Diese lassen sich in noch dünneren Schichtenauf Glas und sogar auf flexiblen Unterlagen wie Folie abscheiden.

Dabei tüfteln die Forscher nicht nur an neuen Materialklassen, sondern auch an Herstellungstechniken,mit denen die Solarzellen so wirtschaftlich wie möglich produziert werden können. Dabei stehen denWissenschaftlern eine Vielzahl moderner Analysemethoden zur Verfügung inklusive zweier Großgeräte:das Synchrotron BESSY II und die Neutronenquelle BER II.

Aus Wasser Wasserstoff gewinnen – das klingt einfach und ist doch kompli-ziert. Man benötigt einen Katalysator, um die Reaktion in Gang zu bringen,und man muss Energie zuführen. Will man die Energie der Sonne nutzen,braucht man photovoltaisch aktive Elektroden. Durch Anlegen einer Span-nung kommt es zur Wasserspaltung, und so wird Lichtenergie in chemische– speicherbare – Energie gewandelt.

Am HZB arbeiten Wissenschaftler an neuen Katalysatoren für diesen Prozess. Neben neuen Materialiengeht es vor allem darum, die Oberfläche der Materialien zu vergrößern. Dies gelingt mit speziellen Nanostrukturen. Dabei sind kleine Katalysator-Teilchen über halbleitende Trägermaterialien an die Elektrodenoberfläche gebunden. Im Idealfall sind die neu entwickelten Materialien Katalysator undHalbleiter in einem.

50

Das Licht der Sonne –Energiequelle der Zukunft

Photovoltaik


HZBHelmholtz-ZentrumBerlin für Materialienund Energiewww.helmholtz-berlin.de

Standort Berlin-WannseeHahn-Meitner-Platz 1 14109 Berlin

Standorte Berlin- AdlershofAlbert-Einstein-Str. 1512489 Berlin

Kekuléstr. 512489 Berlin

Hannnes SchlenderLeiter der Stabsstelle„Kommunikation"Tel.: 030 8062-42414,

[email protected]

Dr. Ina HelmsPressesprecherinTel.: 030 8062-42034,

[email protected]

Beschichtungsanlagezur Herstellung von Solarzellen

Katalysator-Kristalle fürBrennstoffzellen

Mitglied im FVEE seit 1990 (damals noch HMI) Zusammenarbeit

1100 Mitarbeiter, davon zirka 250 im Bereich mit Berliner und Brandenburger UniversitätenS olarenergieforschung

Mitbegründer des PVcomB

Mitgliedschaften

Das HZB ist Mitglied in der Helmholtz-Gemein-schaft.

• Sulfurcell Solartechnik GmbH, Berlin (Herstellung von Solarmodulen)• Heliocentris Fuel Cells AG & heliocentris Energiesysteme GmbH, Berlin (Brennstoffzellensystem)• SOLARC Innovative Solarprodukte GmbH, Berlin (Solarmodultechnik)• sglux GmBH, Berlin (UV-Sensoren auf der Basis von Verbindungshalbleitern)• NOB GmbH, Berlin (Entwicklung von neutronenoptischen Bauelementen)• Heliotop, Berlin (Projektplanung und -durchführung im Bereich der regenerativen Energien)

• Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik BerlinGründungspartner des PVcomB sind das HZB, die Technische UniversitätBerlin und Unternehmen aus der Region Berlin-Brandenburg. Ziel ist es,die Aktivitäten im Bereich der Dünnschichttechnologie langfristig in der Region zu etablieren undauszubauen sowie die grundlagenorientierte Forschung und industrienahe Anwendung miteinander zu verzahnen. Am PVcomB werden Dünnschicht-Photovoltaiktechnologien und -produkte gemeinsam mit der Industrie entwickelt. Der Technologie- und Wissenstransfer erfolgt inForschungsprojekten mit industriellen Partnern sowie durch die Ausbildung von hochqualifiziertenFachkräften.


51

Vernetzung

Ausgründungen des HZB

PVcomB Schwarzschildstr. 312489 Berlinwww.pvcomb.de

GeschäftsführungDr. Rutger SchlatmannTel.: 030 [email protected]

ÖffentlichkeitsarbeitErik ZürnTel.: 030 [email protected]

Institut für Solarenergieforschung GmbH Hameln/Emmertal

Das ISFH entwickelt innovative Komponenten für photovoltaische und solarthermische Nutzung derSonnenenergie. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am ISFH erstrecken sich von der Wärme-nutzung durch Sonnenkollektoren über die direkte Stromerzeugung aus Sonnenlicht mittels Solarzellenaus kristallinem Silicium und verschiedenen Dünnschichtmaterialien bis hin zur solaren Energiegewin-nung durch bauliche Maßnahmen. Das physikalische Verständnis der Komponenten und die Entwick-lung kostengünstiger Herstellungsprozesse stehen im Zentrum des Interesses.Die am ISFH hergestellten Komponenten werden in Energiesystemen getestet, denn das Verhalten imSystem entscheidet über den Erfolg einer Entwicklung.

Am ISFH gehen innovative Forschung und marktnahe Entwicklung Hand in Hand mit Angeboten zurAus- und Weiterbildung. Bei allen Projekten hat eine enge und partnerschaftliche Zusammenarbeit mitder Industrie stets höchste Priorität.

Die Arbeitsgruppen der photovoltaischen Abteilung beschäftigen sichmit der industriellen Umsetzbarkeit von Laborentwicklungen und erar-beiten Technologien, mit denen höchsteffiziente Solarzellen industriellhergestellt werden können.

• In der AG „Simulation“ werden physikalische Modelle für die Computersimulation und Methoden zur Charakterisierung vonHalbleitermaterialien erarbeitet.

• Die AG „Photovoltaik-Materialien“ entwickelt neue Methoden zur Identifizierung von Defekten undzur ortsaufgelösten elektrischen Charakterisierung solcher Defekte in Silicium-Materialien. Ziel ist es,ein umfassendes Verständnis der Auswirkung von Defekten und Defektreaktionen auf Solarzellen-eigenschaften zu bekommen. Außerdem wird mit Hilfe des gezielten „Defect Engineering“ die Materialqualität der heute eingesetzten mono- und multikristallinen Silicium-Wafer verbessert.

• Das Hauptinteresse der AG „Silicium-Waferzellen“ gilt der Kostenreduktion bei der photovoltaischenEnergieumwandlung. In dieser Gruppe werden neue Fertigungsverfahren für konventionelle Solar-zellenproduktionen entwickelt sowie innovative Solarzellenkonzepte auf der Basis von kristallinenSiliciumwafern entworfen und optimiert. Ein besonderer Schwerpunkt ist die Entwicklung rückkon-taktierter Solarzellen, d. h. Solarzellen, bei denen beide Kontakte auf der lichtabgewandten Rück-seite untergebracht sind.

• Das übergeordnete Ziel der AG „Silicium-Dünnschichtzellen“ ist die Senkung der Herstellungs-kosten durch eine Verringerung des Siliciumverbrauchs pro erzeugtem Watt Leistung. Dies kannbeispielsweise dadurch erreicht werden, dass Silicium in möglichst dünnen Schichten hergestelltwird. So entwickelt diese Gruppe sehr energiesparende und unkonventionelle Schichtbildungs-prozesse für Silicium.

• Solarzellen ProduktionsprozesseDie Arbeitsgruppe „Solarzellen Produktionsprozesse“ entwickelt basierend auf einem industrienahenStandard-Siebdruck-Herstellungsprozess weiterführende Verbesserun-gen der Solarzellen für eine Wirkungsgradsteigerung. Hierzu zählen insbesondere die Erhöhung der Spannung und des Stromes der Zellendurch Optimierung des Emitters sowie die Entwicklung einer produkti-onsnahen Rückseitenpassivierung. Außerdem stehen fortschrittlicheMetallisierungstechniken wie der „Fineline Siebdruck“ und das „Hochraten-Aluminium- Aufdampfen“ im Mittelpunkt der Aktivitäten.

52

Sonne – unsere Lieferantin fürStrom und Wärme

Photovoltaik

ISFHInstitut für Solarener-gieforschung GmbHHameln/EmmertalAm Ohrberg 1 31860 Emmerthalwww.isfh.de

Öffentlichkeitsarbeit Dr. Roland GoslichTel.: 05151 [email protected]

Moderne Lasertechno-logie zur berührungs- losen Herstellung vonhocheffizientenSolarzellen

Atomic-Layer- Deposition-Anlage imReinraum des ISFH

Unkonventionelle und neuartige Solarzellenkonzepte bringen zumeist Solarzellen hervor, die sich mit industriellen Standardverfahren nicht oder nur eingeschränkt verbinden lassen. Daher entwickelt die AG „Module“ passende Verbindungstechniken. Jede Solarzellenart, beispielsweise zweiseitig kontaktierteoder rückseitig kontaktierte Solarzellen, benötigt jeweils eine eigene speziell auf sie zugeschnittene Verbindungstechnik. Durch die nahtlose Zusammenarbeit mit der Zellentwicklung wird die Verbindungs-und Verkapselungstechnik von vornherein berücksichtigt. Zur umfassenden Beurteilung von Verbin dun -gen gehört auch die Alterungsbeständigkeit. Folglich wird in der AG „Module“ auch die mechanische Belastbarkeit der Kontakte geprüft und die Alterungsbeständigkeit des Modulverbundes untersucht.

Das ISFH arbeitet daran, dass solarthermische Energiesysteme und ihreKomponenten noch zuverlässiger und wirtschaftlicher werden.

• Die AG „Thermische Systeme“ entwickelt und bewertet neuartige Solarsystemschaltungen und untersucht neue solarthermische Anwen-dungs- und Einsatzgebiete. Untersuchungen des Systemverhaltens neuartiger Komponenten spielen ebenso eine Rolle wie die Analyse integrativer Lösungsansätze, die bei fortschreitender Integration der Solartechnik in die konventionelle Versorgungstechnik der Systemver-einfachung dienen und ein großes Potenzial an Kosten reduk tion aufweisen. Für die Qualitässicherung von Solaranlagen werden innovative Algorithmen entwickelt, die einge-bettet in kostengünstige Meßgeräte eine selbsttätige energetische Funktionskontrolle und Überprü-fung zugesicherter regenerativer Energieerträge vornehmen. Ergebnisse dieser Arbeiten fließen indie nationale und internationale Normenarbeit ein.

• Die AG „Thermische Materialien“ beschäftigt sich mit der Entwicklung von neuen selektiven Absorberbeschichtungen, Beschichtungen für die Wärmeschutzverglasung, Anti-Reflexbeschichtun-gen sowie mit Elementen, deren Transparenz schaltbar ist. Sie entwickelt für thermische Kollektorenund Verglasungen Alternativen, um Beschichtungen entweder besondere Eigenschaften zu verlei-hen oder kostengünstige Verfahren für die Industrie zu etablieren. Die Arbeitsgruppe verfügt übervielfältige Beschichtungsverfahren und Möglichkeiten der Analyse.

• Die AG „Kollektoren“ zielt auf Leistungssteigerung, Kostensenkung und Qualitätssicherung bei den Produkten und Systemen. Untersucht werden:

– Hocheffizienzkollektoren im Temperaturbereich von 70 bis 120 °C, die in solar unterstützten Prozesswärmeanwendungen und Raumheizungsanlagen mit hohem Deckungsanteil Verwendung finden.

– Wärmetransportvorgänge im Sonnenkollektor, um mit möglichst geringem Aufwand einerseits die thermischen Verluste zu begrenzenund andererseits den Wärmeübergang an den Wärmeträger zu verbessern.

– Integrationsmöglichkeiten von Kollektoren in die Gebäudehülle. Diesermöglicht architektonisch attraktive Lösungen und Kostenersparnissedurch Synergieeffekte, verlangt aber besondere Kollektorkonstruktio-nen, bei denen neben Fragen der Systemleistung auch die mechani-sche und bauphysikalische Integration Beachtung finden muss.

– Multifunktionale Verglasungen, die die Sonnenstrahlung für Beleuch-tungszwecke oder zur solar-passiven Raumheizung (Transparente Wärmedämmung) nutzen.

– Das Stagnationsverhalten von Kollektorkreisen zur Sicherung der langfristigen Funktionssicher-heit von Solarthermieanlagen. Im Stagnationsfall kommt es oft zur Verdampfung des Kollektor-wärmeträgers, und in der Folge können Schäden an temperaturempfindlichen Komponentendes Kollektorkreises entstehen. Das ISFH entwickelt daher experimentelle Verfahren zur Analysedes Stagnationszustands, Strategien zur Risikominderung und Vorhersagemodelle für Dampf-reichweiten und Dampfproduktionsleistungen.

Der Sonnensimulator inder neuen Technologie-halle im Einsatz (Foto: ISFH)

Eingetauchter Wellrohr-Spiral-Wärme-übertrager in einemWarmwasserspeicher(Foto: ISFH)


53


54

• Die AG „Wärmespeicher“ entwickelt und bewertet Speicher einschließlich der Wärmeein- und -auskopplung. Die Bestimmung des Wärmeverlusts, der Leistung von Wärmeübertragern und desSchichtungsverhaltens stehen ebenso im Fokus wie neue Konzepte für Speicherbehälter und Systemintegration.


Das ISFH hat gegenwärtig 160 Mitarbeitende,davon sind 55 Wissenschaftler, Doktoranden oderStudenten.

Mitgliedschaft in weiteren Verbünden

Das ISFH ist seit 2005 Mitglied in der EUREC.


Der Institutsleiter Prof. Dr. Rolf Brendel ist Lehr-stuhlinhaber an der Leibniz Universität Hannoverin der Fakultät für Mathematik und Physik sowieLeiter der Abteilung Solarenergie im Institut fürFestkörperphysik. Darüber hinaus gibt es eineReihe von Kooperationen mit zahlreichen anderenUniversitäten und Forschungsinstituten im

In- und Ausland. Die Kooperationen erstreckensich einerseits auf Projekte, andererseits auch aufLehraufträge. Mitarbeiter der Abteilung Photo-voltaik wurden an der Universität Hannover zu Junior- bzw. außerplanmäßigen Professoren beru-fen. Drei andere Mitarbeiter haben Lehraufträgean der Universität Hannover bzw. an niedersächsi-schen Hochschulen.

Zertifizierungen

Die Prüfstelle fur solarthermische Komponentenund Systeme ist durch DIN Certco anerkannt unddurch die DAKKS (Deutsche Akkreditierungsstelle)akkreditiert als Kalibrier- und Prüfungsstelle seit2003.

̈

• Solar Engeneering Decker & Mack GmbH, Hannover • Ingenieurbüro Mencke & Tegtmayer, Hameln • Janßen Energieplanung, Hannover• pvTools, Hameln

Ausgründungen des ISFH

Vernetzung


5555

Institut für ZukunftsEnergieSysteme


Das IZES bearbeitet umsetzungsorientierte Forschungsprojekte mit dem Ziel des Ressourcen- und Klimaschutzes. Darunter fallen u. a. Fragestellungen im Umfeld der Politikberatung zur Energiegesetzge-bung und der Energiewirtschaft, um erneuerbaren Energieträgern und Energieeffizienz zur weiterenMarktdurchdringung zu verhelfen. Hierzu gehört gleichfalls die Entwicklung und Analyse von Systemenzur Realisierung einer zukunftsfähigen und dezentralen Energieversorgung z.B. für Gebäude, Regionen,Sied lungen und industrielle Fertigungsprozesse. Im Rahmen einer „waste to energy“ Strategie werdenauch abfall- und energiewirtschaftliche Fragestellungen bearbeitet. Das Testzentrum für Solaranlagen istakkreditierte Prüfstelle für thermische Solaranlagen und deren Komponenten. Neben umfangreichenPrüfdienstleistungen wird dort auch Entwicklungsunterstützung für Industriekunden angeboten.

Bei der Energiesystemtechnik liegen die Schwerpunkte des IZES in der angewandtenForschung und Entwicklung von innovativen Verfahren und Technologien. Hierzu zäh-len z. B. Aufbereitungsverfahren für Schwachgase, die Entwicklung von Filtersystemenfür und das Monitoring von kleinen Energiewandlern. Im Bereich Netzmanagementbeschäftigt sich das IZES mit der weiteren Integration erneuerbarer Energien in das

Stromsystem unter Einsatz von Managementsystemen. Diese werden teilweise in Simu lationen undauch im realen Anwendungsbetrieb auf Gemeindeebene getestet und weiter entwickelt.


Hier konzentriert sich das IZES auf die Erarbeitung und Umsetzungsbeglei-tung von energetischen Sanierungskonzepten für große Wohnimmobilien.

Biomasse

Energiespeicherung

Hier ist das IZES in Forschungsaktivitäten zur opti mierten Biogaserzeugungin landwirtschaftlichen Anlagen und zum nachhaltigen Energiepflanzen an-bau in den Regionen Saarland, Rheinland-Pfalz, Lothringen, Belgien und Luxemburg integriert. Die Projekte werden über das europäische InterregIV A-Programm unterstützt und vom saarländischen Umwelt ministeriumkofinanziert. Im internationalen Projekt IGNIS werden in Addis Abeba, derHauptstadt Äthiopiens, Projekte zur Verbesserung der Einkommenssituationund des Klimaschutzes umgesetzt. Mehr Informationen auf www.ignis.p-42.net

Angewandte Energieforschungfür nachhaltige Entwicklung

es p i c hIm Bereich thermischer Speicher beschäftigt sich IZES mit Wasser-

m e ro urt

n speichern, Phasenwechselspeichern und chemischen Speichern.

S g

Der Bereich elektrischer Speicherung wird im Zusammenhang mit den Aktivitäten des IZES zu Stromerzeugung , -verteilung und Elektromobili-tät bearbeitet.

IZES gGmbH Institut für Zukunfts-EnergieSystemeGebäude A 1Altenkesseler Str. 1766115 Saarbrückenwww.izes.de

ÖffentlichkeitsarbeitBarbara Dröschel M.A.Tel.: 0681 [email protected]

Michaela Schlichter M.A.Tel.: 0681 [email protected]

Energetisch sanierteGroßwohnanlage

Abfallentsorgung inAddis Abeba


Auf einem Teststand für kleine Energiewandler wurden zwei SOFC-Brenn-stoffzellen des Forschungszentrums Jülich gestestet, davon eine im Gruben-gasbetrieb. Eine weitere Brennstoffzelle (BAXI) läuft in der Gasdruckregel-und Messan lage (GDRMA) eines Energieunternehmens bereits seit einigenJahren im Probe be trieb. Aufgrund dieser praktischen Erfahrungen mit derBrennstoffzellentechnologie erhielt das IZES vom BMWi den Auftrag zur Evalu ierung der Pro jekt förderung des 4. und 5. Energieforschungspro-gramms der Bundesregierung in den Bereichen Brennstoffzellen/Wasserstoff.

Technikfolgenabschätzung, Energierecht und -wirtschaft


Im Bereich Energiewirtschaft bearbeitet das IZES zahlreiche Projekte zurweiteren Integration erneuer barer Energien in die Stromerzeugung und -ver teilung und zur Umsetzung von Energie effizienz maßnahmen. In diesem Zusammenhang evaluiert das IZES zusammen mit Partnern das EEWärmeG und das EEG im Auftrag des BMU. In einem anderen Projekt können ausgewählte KundInnen von beteiligten Stadtwerken ein Jahr lang Online-Energie sparsysteme für Haushalte testen. Dabei sollen Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie viel Energie tatsächlich über ein Internet-portal eingespart werden kann.

Das Testzentrum (TZSB) des IZES ist akkredi tierte Prüfstelle für thermische Solar -anlagen und deren Komponenten. Die Prüfstellenakkreditierung erstreckt sich auf diePrüfung thermischer Solaranlagen und ihrer Einzelkomponenten entsprechend EN12975 – 1,2, EN 12976 – 1,2, EN (V) 12977 – 1, 2, 3 und CEN/TS 12977 – 4, 5. Er wurde inzwischen um die internationalen Normen ISO 9806 – ,1, 2, 3 und einige

australischen Normen erweitert. Bei Kollektor- und Systemprüfungen nach europäischen Normen kannauch das europäische Qualitätslabel „Solar Keymark“ auf Basis der Prüfungen des TZSB vergeben werden. Das TZSB verfügt über die Prüfstellenanerkennung durch die deutsche DIN CERTCO und die US-amerikanische SRCC (Solar Rating and Certification Corporation).

Vernetzung


ca. 30 wissenschaftliche MitarbeiterInnen

Testlabore

– Testzentrum Saarbrücken für Prüfung und Zertifizierung thermischer Solaranlagen undihrer Einzelkomponenten

– Technikzentrum für kleine Energiewandler von 5 bis 100 kWel auf dem Gelände der EvonikNew Energies GmbH in Völklingen-Luisenthal

Weitere Vernetzungsbeispiele:

Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten

– Öko-Institut e. V.– Bremer Energie Institut– Landwirtschaftliche Fachschule Tulln/Österreich


Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saar-landes (HTW), Universität des Saarlandes, Institutfür ange wandtes Stoffstrommanagement (IfaS)der Fachhochschule Trier in Birkenfeld, CRTE (Umweltforschungsbereich des luxemburgischenForschungszentrums Henri Tudor), Esch-sur-Alzette (Luxemburg)

Mitgliedschaften

EUROSOLAR – Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energien e. V., DGS – Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e. V., ISES – Inter-national Solar Energy Society, Fachverband Biogase.V., Bundesverband BioEnergie – BBE e. V.


56

P21-Brennstoffzelle in der Gasdruckregel-und Messanlage

Im Energiesparkonto visualisierte Daten vomSmart meter für Großgeräte in einemTesthaushalt

57

Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V.

Das ZAE Bayern betreibt Energieforschung von den Grundlagen bis hin zur Anwendung. Das Institutarbeitet an der Schnittstelle zwischen erkenntnisbasierter Grundlagenforschung und angewandterIndustrieforschung. In seiner Arbeit verknüpft es Materialforschung, Komponentenentwicklung undSystemoptimierung. Die Arbeitsfelder sind energiesparende Techniken und Konzepte sowie dieErschließung regenerativer Energien.

Das ZAE Bayern führt jährlich eine große Zahl von Projekten mit der Industrie, vom KMU bis zumGroßkonzern, sowie mit universitären und außeruniversitären Forschungspartnern durch.Träger des Instituts ist ein im Dezember 1991 gegründeter Verein.

Ziel der Arbeiten des ZAE Bayern ist die Forschung an neuen Materialien, die Entwicklung von massen-fertigungstauglichen Produktionsverfahren sowie die Verbesserung der Zuverlässigkeit von Zellen undModulen.

Organische Photovoltaik

Die organische Photovoltaik ist eine der jüngsten PV-Technologien miteinem Kostenpotenzial von unter 0,5 €/Wp. Die größten Herausforderun-gen sind derzeit die Untersuchungen der Funktionsweise und die Entwick-lung von neuen Materialien mit optimierten optischen und elektrischenEigenschaften, um einen Wirkungsgrad von über 10% und eine Erhöhungder Lebensdauer von über 10 Jahre zu erzielen. Parallel dazu wird am ZAE Bayern eine Plattform zur massentauglichen Fertigung von gedruckten Solarzellen entwickelt.

Silicium-Photovoltaik

Der Forschungsschwerpunkt bei Silicium-Photovoltaik liegt auf der Abschei-dung von großflächigen, dünnen kristallinen Siliciumschichten. Das ZAEBayern verfügt über eine der weltweit größten Epitaxieanlagen für Silicium,die mit einem konvektionsunterstützten Abscheideverfahren arbeitet. DieFuE-Arbeiten in diesem Bereich umfassen grundlegende Materialuntersu-chungen, Optimierung der Zellkonzepte und Verlustanalysen sowie die Entwicklung neuer Herstelltechnologien.

Zuverlässigkeit von PV-Modulen

Eine Reihe von neuen am Institut entwickelten zerstörungsfreien bildgebenden Charakterisierungsver-fahren (Lock-in Thermographie, Elektrolumineszenz und Photolumineszenz) zeigten sich zur Defekt-analyse von Dünnschichtsolarzellen, organischen, Silicium und CIS Solarzellen besonders geeignet.Um die Zuverlässigkeit von PV-Modulen zu verbessern, ist mittelfristig der Aufbau eines Zertifizierungs-und Qualitätslabors am ZAE Bayern geplant.

Photovoltaik

Mit Verstand und Sonne

ZAE Bayern

Bayerisches Zentrumfür Angewandte Energieforschung e. V.www.zae-bayern.de

Am Hubland 97074 Würzburg

Am Weichselgarten 791058 Erlangen

Walther-Meißner-Str. 685748 Garching

ÖffentlichkeitsarbeitAnja Matern-LangTel.: 0931 7 05 64 - [email protected]

Infrarot-Aufnahmeeines Dünnschicht- PV-Moduls

Beispiel für Techno-logieentwicklung: Silicium-Epitaxie -anlagen

Sorptionswärmepumpen und -kältemaschinen: immer die passendeTemperatur

Ein großer Teil des Wärme- und Kältebedarfs könnte mit Abwärme, z. B.aus industriellen Prozessen, oder durch die Nutzung solarer Wärme ge-deckt werden. Diese Energiequellen stellen allerdings Wärme und Kältenicht immer bei passenden Temperaturen oder zur richtigen Zeit bereit.Der Einsatz thermisch angetriebener Wärmepumpen und thermischer Ener-giespeicher kann das sicherstellen und damit einen Beitrag zur Reduktiondes Primärenergiebedarfs und der CO2-Emissionen leisten. Das ZAE Bayernuntersucht diese Fragestellung von den thermodynamischen Grundlagen, über Materialcharakterisie-rung und Prozessmodellierung, bis hin zur Komponentenentwicklung und Systemintegration. Anwendungsgebiete sind in erster Linie energieoptimierte Gebäude und industrielle Prozesse.

Ziele der Systemanalyse sind die Analyse von Energiebedarf und Systemeffi-zienz, die Systemoptimierung, die Integration innovativer Komponentensowie die ökologische und ökonomische Bewertung von Varianten.Die Aktivitäten reichen von der dynamischen Simulation innovativer Anlagentechnik, über eine dynamische Betrachtung von Gebäudekomple-xen mit ihrer Versorgungs- und Regeltechnik bis hin zur Energieversorgungvon Kommunen und Städten. Die Ergebnisse dieser Systemuntersuchungen sind Grundlage für Prognosen zur zukünftigen Versorgung mit Erneuerbaren Energien, Technikfolgenabschätzungen undfür die Politikberatung.

Gebäude haben ein großes Potenzial für höhere Effizienz bei der Energie-nutzung sowie die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energiequellen – diesgilt für Neubauten, aber insbesondere auch für Altbauten. Ziel der Arbeitendes ZAE Bayern in diesem Themenschwerpunkt ist die energetische Optimierung der Gebäude und des Gebäudebetriebs bei gleichzeitiger Verbesserung des Innenklimas. Bei der Erstellung von Gebäudekonzeptenwird das Zusammenspiel aus Gebäudegeometrie, effizienter Gebäudehülle,Versorgungstechnik und Klimatisierung, Tageslichtnutzung und Verschat-tung, dem Einsatz innovativer Komponenten und einer passenden Regelstrategie energetisch optimiert. Des Weiteren entwickelt das ZAE Bayern energieeffiziente Komponenten und Systeme, die inGebäuden zum Einsatz kommen.

Das ZAE Bayern untersucht vielfältige Fragestellungen rund um die energetische Nutzung von Biomasse.Beispiele sind Studien und Energiekonzepte zur Biomassenutzung und Konversion für Kommunen,Weiterentwicklungen von Feuerungsanlagen und Kraft-Wärme- Kopplungssystemen für feste Biomassesowie Emissionsuntersuchungen an Feuerungen mit dem Schwerpunkt Feinstaubemissionen. Mit Hilfevon Simulationsrechnungen werden Strömungs-, Verbrennungs- und Emissionsausbreitungsrechnun-gen durchgeführt.


58



Biomasse


Kühlung mit Sonnenwärme

Energiekonzept für eineNeubausiedlung mitsolarer Nahwärme undsaisonalem Speicher

Wärmebildaufnahmevon Altbauten: vornunsaniert, hinten mithocheffizienten Vakuumisolations-paneelen gedämmt


59

Bei der Solarthermie arbeitet das ZAE Bayern an der Entwicklung innovati-ver Komponenten wie z. B. Hochleistungskollektoren und betreibt hierfüreinen Freiluftprüfstand. Es werden Konzepte für solare Nahwärmeversor-gungen mit saisonaler Wärmespeicherung im Erdboden entwickelt, Referenzanlagen geplant und messtechnisch begleitet. Im Bereich der Prozesswärme wird das Potenzial für industriell nutzbare solare Prozesswärme untersucht.

In das Arbeitsgebiet Geothermie fallen Systeme der oberflächennahen Geothermie, wie Erdsonden und thermische Grundwassernutzung, aberauch saisonale Wärmespeicher, wie Aquiferspeicher, Erdsondenspeicherund Erdbeckenspeicher. Weiterhin werden Projekte zur Nutzung von Erdwärme durch die Tiefengeothermie durchgeführt.

Brennstoffzellen wandeln auf direktem Weg chemische Energie in elektri-sche Energie um. Dies ermöglicht eine hohe Effizienz der gesamten Energiekette – von der Primärenergie bis zur Nutzenergie. Im Bereich e-mobility sind Brennstoffzellen die ideale Ergänzung von Batteriesystemenim Langstreckeneinsatz. Heutige Systeme erreichen hier schon sehr hoheWirkungsgrade, sind jedoch noch zu teuer und nicht ausreichend langle-big. Am ZAE Bayern wird hier erfolgreich der Einsatz von neuartigen Komponenten erprobt, wodurchz. B. der Einsatz von teuren Edelmetallen erheblich reduziert werden kann. Darüber hinaus werdeneine ganze Reihe weiterer Brennstoffzellenkonzepte zur Nutzung verschiedenster Brennstoffe (wie z.B.auch Alkohole) untersucht.

Batterien werden in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen: Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien stützt sich die zukünftige Elektrizitätsversorgung auf stark fluktuierende Quellen. Zur Anpassung von Strombedarf und -einspeisung müssen zunehmend Zwischenspeicher für ein effizientes Netzmanagement integriert werden. Darüber hinaus erfordert der langfristige Übergangzur E-Mobility die Entwicklung von kompakten elektrischen Energie- und Leistungsspeichern mithoher Effizienz und geringen Kosten.Die Kombination von Batterie und Superkondensator erlaubt eine Entkopplung der Batterie von schnellfluktuierenden Energiequellen und -lasten; damit lässt sich die Lebensdauer der Batterie deutlich erhöhen und die im Allgemeinen hohe Energiedichte der Batterie kann bei mittleren bis niedrigen Leistungen effizient eingesetzt werden.

Solarthermie

Geothermie


Elektrische Speicher

Entwicklung eines stationären, evakuierten, leicht- konzentrierenden Sonnen kollektors zurProzesswärmegewin-nung zwischen 100 °C und 150 °C

Kombinierter Erdsonden- und Erdbeckenspeicher solarer Wärme

DMPC-Halbzelle mitNafion-Membran

Offener LiCl-Reaktorzur effizienten Speiche-rung von Wärme undUmwandlung in Kältezur Raumklimatisierung

Am ZAE Bayern werden alle zur Speicherung thermischer Energie eingesetzten Technologien untersucht:• Sensible Wärmespeicher, die vor allem das Speichermedium Wasser

nutzen, werden zur saisonalen Speicherung solarer Wärme genutzt. • Bei den Latentwärmespeichern stehen Materialuntersuchungen und

Komponentenentwicklung im Mittelpunkt. • Bei den thermochemischen Speichern werden vor allem offene

Sorptionsspeicher mit flüssigen und festen Sorbentien untersucht. Prominentestes Beispiel ist ein Geschirrspüler mit Zeolithspeicher, derWärme aus dem Aufheizprozess am Anfang des Spülvorgangs zur Trocknung des Geschirrs amEnde speichern kann. Dadurch wird eine Energieeinsparung von 20 % erreicht.


60

Thermische Speicher

Vernetzung

Ausgründungen des ZAE Bayern


180 Mitarbeitende

Mitgliedschaften

Deutsche Gesellschaft fur Sonnenenergie e. V.(

Documents

Mitgliedsinstitute des FVEE...de Almería (PSA) bis hin zu Entwicklung von Qualitätsstandards. 2009 hat das DLR ein Test- und Quali-fizierungszentrum für konzentrierende Solartechnik