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2006 Jahresbericht Leistungen und Ergebnisse

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2006JahresberichtLeistungen und Ergebnisse

Fraunhofer-Institut fürSolare Energiesysteme ISEHeidenhofstraße 279110 Freiburg

Telefon +49 (0) 7 61/45 88-0Telefax +49 (0) 7 61/45 88-90 [email protected]

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linksDurchkontaktierte organische Solarzelle auf einem flexiblenSubstrat. Die Verschaltung der Solarzelle über Löcher erlaubtden Einsatz kostengünstiger transparenter Elektroden mitgeringer Flächenleitfähigkeit. Dieses Solarzellenkonzept ver-eint die Ansprüche an kostengünstige Materialien und eineeffiziente Herstellbarkeit im Rolle-zu-Rolle Verfahren (Beitrag S. 62).

mitteDiffussionsofen im Photovoltaik Technologie EvaluationscenterPV-TEC. Das weltweit einzigartige Dienstleistungszentrum fürdie Solarzellenindustrie wurde im März 2006 im Beisein vonBundesumweltminister Sigmar Gabriel eingeweiht. Das BMUhat die Einrichtung mit gut 11 Mio € gefördert. Auf 1200 m2

Fläche bietet PV-TEC Forschung, Entwicklung und Service imProduktionsmaßstab und hilft so, den Technologietransfer indie Industrie zu beschleunigen. Solarzellen-, Wafer- undModulhersteller sowie Anlagenbauer können hier Prozesse,Materialien und Anlagen analysieren und weiterentwickeln(Beitrag S. 56).

rechtsHochhaus »Köln Triangle«: Zur Erhöhung der Planungs-sicherheit prüfte das Fraunhofer ISE im Auftrag der FirmaZüblin den g-Wert der komplexen Fassade. Geprüft wurde imThermisch Optischen Prüflabor, das seit 2006 nach DIN EN ISOIEC 17025 akkreditiert ist. Die international anerkannteAkkreditierung der Prüfkompetenz umfasst nicht nur genorm-te Prüfverfahren, sondern auch im Fraunhofer ISE entwickelteund über den Stand der Technik hinausgehende Prüfver-fahren. Im abgebildeten Beispiel erfolgte die kalorimetrischePrüfung des g-Werts sowie die Bestimmung effektiver g-Werte. Der Übergang zu effektiven g-Werten erlaubt dieEinbeziehung von unterschiedlichen Nutzerprofilen unterBerücksichtigung von direkter und diffuser EinstrahlungArchitekten: Gatermann und Schossig (Beitrag S. 24).Bild: Ed. Züblin AG, Köln

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Die Forschung des Fraunhofer-Instituts für SolareEnergiesysteme ISE schafft technische Vorausset-zungen für eine effiziente und umweltfreundlicheEnergieversorgung, sowohl in Industrieländern als auch in Schwellen- und Entwicklungsländern. Dazu entwickelt das Institut Materialien, Kompo-nenten, Systeme und Verfahren in den Geschäfts-feldern: Gebäude und technische Gebäudeaus-rüstung, Optische Komponenten und Systeme,Solarzellen, Netzunabhängige Stromversorgungen,Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund und Wasserstofftechnologie.

Die Arbeit des Instituts reicht von der Erforschungder naturwissenschaftlichen Grundlagen der Solar-energienutzung über die Entwicklung von Produk-tionstechniken und Prototypen bis hin zur Ausfüh-rung von Demonstrationsanlagen. Das Institutplant, berät und stellt Know-how und technischeAusrüstung für Dienstleistungen zur Verfügung.

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Inhaltsverzeichnis

2–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Optische Komponenten und Systeme 34- Selektive Absorberschichten und

Sekundärspiegel für solarthermische Kraftwerke 38

- Schaltbare Spiegel mit Magnesium-Nickel-Schichten 40

- Hochfrequente Gitter für optische Anwendungen 41

- Sonnenschutzverglasungen auf der Basis mikrostrukturierter Oberflächen 42

Vorwort 6

Kuratorium 8

Institutsleiterwechsel 9

Organisationsstruktur 10

Das Institut im Profil 12

Gebäude und technischeGebäudeausrüstung 18- Modellbasierte Betriebsanalyse

von Gebäuden 22- Aktive Solarfassaden 23- Nutzerfreundlicher und zuverlässiger

Sonnenschutz 24- Wärmeträgerflüssigkeiten auf der Basis

von Paraffin-Wasser-Emulsionen 25- Kühlung mit aktiv durchströmten

Bauteilen und integriertem Latentwärmespeicher 26

- Sorptionsgestützte Klimatisierung mit flüssigen Sorbentien 28

- Wärmepumpen für hohe Energie- effizienz in Wohngebäuden 29

- Mit Strömungssimulationen zu besserer Haustechnik 30

- Neuer Teststand zur Entwicklung von Prozesswärmekollektoren 31

- Adsorptionstechnik zum Heizen und Kühlen: Materialien, Komponenten, Systeme 32

Das Institut in Zahlen 13

FuE-Höhepunkte des Jahres 2006 14

»Perspektiven für Zukunftsmärkte« 15

Ehrungen und Preise 16

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–3

Solarzellen 44

- Drahtsägen von dünnen multikristallinen Siliciumwafern 48

- Erzeugung lokaler Hochdotierung durch LCE-Verfahren 49

- In-situ Epitaxie von Emittern für kristalline Silicium-Dünnschicht-solarzellen 50

- Physikalische Gasphasenabscheidung für kristalline Siliciumsolarzellen 51

- Neue Verfahren zur Herstellung von Solarzellenkontakten 52

- Industriell herstellbare hocheffiziente Siliciumsolarzellen 54

- Kontaktierung dünner Solarzellen 55- Photovoltaik Technologie

Evaluationscenter PV-TEC 56- Hochauflösende Kurzschluss-

stromtopographie am Labor- und Servicecenter Gelsenkirchen 58

- Qualifizierung von Silicium-Ausgangs-material durch Untersuchung der Haftstellenverteilung 59

- Untersuchungen und Entwicklungs-arbeiten an Weltraumsolarzellen 60

- Hocheffiziente Produktion von solarem Wasserstoff 61

- Organische Solarzellen für mobile energieautarke Systeme 62

Netzunabhängige Stromversorgungen 64- »EVEREST« versorgt Messstationen

zuverlässig mit Strom 68- Kostenoptimiertes Energiemanagement

für autarke Photovoltaik-Hybridsysteme 70- Photovoltaik-Dorfstromversorgung

für Mittelmeeranrainerstaaten 71- Private-Public-Partnership zur ländlichen

Elektrifizierung in Mekong-Staaten 72- Monitoring dezentraler PV-betriebener

Wasseraufbereitungssysteme in Laos 74- Autarke Anlagen zur solaren Meer-

wasserentsalzung im realen Betrieb 75

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4–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Wasserstofftechnologie 88

- Planare Direktmethanolbrennstoffzellen 92- Brennstoffzellen für Robotiksysteme 93- Modellbasiertes Design von

Brennstoffzellensystemen 94- Tragbarer Wasserstoff – Der Wasser-

stofferzeuger für unterwegs 96- Portabler PEM-Druckelektrolyseur zur

dezentralen Wasserstoffversorgung 98- Vom Diesel zum Synthesegas 99

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund 76- »Performance«: Spielregeln für einen

transparenten Photovoltaik-Markt 80- Ertragsoptimierung bei netzge-

koppelten Photovoltaik-Anlagen 81- Zuverlässigkeit und Beständigkeit von

Photovoltaik-Modulen 82- Diodenfreie Bypassschaltung

für Solarmodule 83- Aktives Management von dezentralen

Stromerzeugungsanlagen 84- Realisierung eines virtuellen Kraftwerks 85- Unterstützung für Kommunen bei der

Implementierung Erneuerbarer Energien 86- Weiterentwicklung und Demonstration

des Linearen Fresnel-Kollektors 87

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–5

Servicebereiche 100

- ISE CalLab: Kalibrieren von Solarzellen und Modulen 104

- Testzentrum für Photovoltaik (TZPV) 105 - Charakterisierung und Qualifizierung

von elektrischen Komponenten 106- Messen und Prüfen von

Lüftungsgeräten 106 - Prüfzentrum für Thermische

Solaranlagen (PZTS) 107- Vermessung von Fassaden und

transparenten Bauteilen 108

Gastwissenschaftler 110

Mitarbeit in Gremien 110

Kongresse, Tagungen undSeminare 112

Messebeteiligungen 112

Vorlesungen und Seminare 113

Promotionen 113

Patente 114

Pressearbeit 116

Veröffentlichungen in rezensierten Zeitschriften 117

Vorträge 118

Veröffentlichungen 124

Impressum 132

Fakten im Überblick

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6 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Ein Höhepunkt des Jahres 2006 für das ISE warsicherlich die Einweihung des Photovoltaik Tech-nologie Evaluationscenters PV-TEC in Anwesen-heit von Minister Gabriel. Der »Druck auf denroten Knopf« wurde von einer beeindruckendenAnzahl hochrangiger Gäste aus Industrie,Wissenschaft und Politik begleitet. Die perfekteRealisierung des Projekts in Rekordzeit fand daseinhellige Lob aller Beteiligten. Bedanken möch-te ich mich nachträglich noch einmal: für dieFinanzierung beim BMU, für die inhaltlicheBeratung bei der Photovoltaikindustrie und fürdie Realisierung bei unserer Abteilung SWT undder technischen Infrastrukturgruppe des ISE. Wie geplant ist PV-TEC bereits heute und in den nächsten Jahren durch Industrieaufträge(2/3) und ISE-Forschung (1/3) voll ausgelastet.

Die innovativen FuE-Leistungen von PV-TEC liegen zu etwa gleichen Teilen in den Bereichender Zellentechnologie und der PV-Produktions-verfahren.

Ergänzt wird PV-TEC durch die neuen Anstren-gungen des ISE in den Bereichen Wafertech-nologie und Modultechnologie. Zur Wafer-technologie wurde bereits Ende 2005 ein neuer Marktbereich eingerichtet. Für denModulbereich konnten Anfang 2006 dieFinanzmittel zur Einrichtung eines Technikumsbereitgestellt werden. Diese Anlage ist mittler-weile unter der engagierten Leitung von HerrnDr. Harry Wirth operational.

Hervorheben möchte ich auch die erfolgreichekonzertierte Akkreditierung von vier Messlabors:Testzentrum für Photovoltaik, Thermisch-Opti-sches Prüflabor, Kalibrierlabor für Photovoltaik-module und Kalibrierlabor für Solarzellen. Damitist das ISE nun im Bereich Kalibrierung undQualitätssicherung hervorragend aufgestellt.

Für die Leitung unserer Abteilung EES konntenwir zum 1. März 2006 Herrn Dr. Günther Ebertgewinnen. Herrn Dr. Wittwer möchte ich an dieser Stelle – auch im Namen der Abteilung –herzlich dafür danken, dass er in der Übergangs-zeit die Zusatzbelastung der kommissarischenAbteilungsleitung auf sich genommen hat.

Für mich persönlich war es eine besondereFreude, dass ich zusammen mit dem ISE – einigeTage vor Ablauf meiner Amtszeit – das 25jährigeBestehen des Instituts im Rahmen der »4. Frei-burger Solarnacht« feiern konnte. Sowohl meinVorgänger Herr Prof. Goetzberger als auch meinNachfolger Herr Prof. Weber waren anwesend.Es war ein rauschendes Fest! Auch an dieserStelle unserer »Presse und Public Relations«nochmals den allerherzlichsten Dank für dieAusrichtung dieser Feste.

Dem gesamten ISE, meinem Nachfolger undallen Freunden unseres Instituts wünsche icheine sonnige Zukunft.

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–7

Am 1. Juli 2006 übernahm ich die Leitung desFraunhofer ISE aus den Händen von Prof. Luther,und ich kann mit Freude feststellen, dass ich dasInstitut in einem sehr guten Zustand vorfand.Angesichts der sich abzeichnenden Klimakata-strophe sowie der Versorgungsknappheiten derfossilen Brennstoffe wird die Arbeit des ISE aufden Gebieten Erzeugung von Solarenergie undVerbesserung der Energieeffizienz in den nächs-ten Jahren national und international von größ-ter Bedeutung sein. Ich bin sicher, dass das ISEzu diesen Themen einen wichtigen Beitrag nichtnur in Forschung und Entwicklung leisten wird,sondern besonders auch im Transfer innovativerTechnologien in die praktische Anwendung.

Die Aufgabe der Leitung gerade einesFraunhofer-Instituts war für mich besondersinteressant, da diese Institute bei nur geringerGrundfinanzierung – im Fall des ISE im Jahr2006 unter 20% des Gesamtbudgets – die er-forderlichen Mittel in Form von Projekten imWettbewerb mit anderen Instituten und For-schungsgruppen einwerben, und gerade solcherWettbewerb ist es, der nach meiner Erfahrung inden USA die Kreativität stimuliert. Das ISE wirdsicher auch unter meiner Leitung weiterhinbemüht sein, der Industrie als ein verlässlicherPartner innovative Technologien anzubieten.

Das Institut ist im letzten Jahr wieder um sehrerfreuliche ca. 10% gewachsen und hat jetztinsgesamt fast 500 Mitarbeiter bei einem Budgetvon ca. 29 Millionen Euro. Herr Luther hat in sei-nem Beitrag bereits einige der hervorragendenLeistungen des Instituts in diesem Jahr beschrie-ben, die ja im Wesentlichen noch auf seinerLeitung bis Mitte des Jahres beruhen. Weiterebesondere Erfolge des Instituts sind auf Seite 14zusammengefasst. Ich möchte allerdings dieseGelegenheit nutzen, Prof. Dr. Willeke zu seinerErnennung zum Professor in Konstanz zu gratu-lieren, wo er bereits seit mehreren Jahren zahl-reiche Doktoranden des ISE betreut.

Für die Zukunft des ISE sehe ich eine wichtigeAufgabe darin, die sich in Deutschland sehrschnell entwickelnde Industrie im Bereich dererneuerbaren Energien durch ortsnah ausge-gründete Gruppen und Abteilungen zu unter-

stützen. Diese Labors dienen nicht nur derForschung an den Themen, die in der jeweiligenRegion besonders wichtig erscheinen, sondernwerden auch in der Ausbildung von Studentenaktiv sein, die dann an regionalen Firmen in dieser Branche interessante Stellungen erhaltenkönnen. Beispiele für diese Ausgründungen sinddas Labor und Servicecenter LSC in Gelsen-kirchen/NRW und das TechnologiezentrumHalbleitermaterialien THM in Freiberg/Sachsen(zusammen mit dem Fraunhofer IISB Erlangen).

Ein mir besonders wichtiges Thema unserer zukünftigen Arbeit auf dem Gebiet der Photo-voltaik soll auf der einen Seite die weitereVerbesserung der Effizienz von Solarzellen auskristallinem Silicium sowie aus III-V-Hetero-strukturen sein, sowie die Entwicklung vonguten Solarzellen aus gereinigtem metallurgi-schem Silicium »dirty Si«, ein Projekt, das zumTeil auch auf meinen Arbeiten in Berkeleybasiert. Mit dieser Entwicklung wollen wir nicht nur der augenblicklichen Knappheit vonReinstsilicium für die PV-Industrie begegnen,sondern langfristig zur wesentlichen Senkungder Kosten von Solarenergie sowie der zurHerstellung von Solarzellen erforderlichenEnergie beitragen.

Alle diese Leistungen werden nur durch die wei-tere, hervorragende Arbeit der Mitarbeiter desInstituts möglich sein, für die ich allen Mitarbei-tern ausdrücklich danken möchte. Mein Dankschließt auch unsere Kuratoren ein, die imNovember zu einer ersten Sitzung unter meinerLeitung kamen und die mir zum Abschluss derSitzung ausdrücklich zu der Qualität und demEnthusiasmus der ISE-Mitarbeiter gratulierten.Schließlich möchte ich auch unseren Auftrag-gebern aus Industrie, Ministerien sowie derEuropäischen Union für die kontinuierlicheUnterstützung unserer Arbeit danken. Ich erwarte, dass die nächsten Jahre besonders imArbeitsgebiet des ISE sehr spannend sein wer-den, und es wird mir eine große Freude sein, das Institut in dieser Zeit zu leiten.

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Kuratorium

8–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Dr. Franz KargAvancis GmbH, München

Prof. Werner KleinkaufGesamthochschule Kassel, Kassel

Ministerialrat Dr. Knut KüblerBundesministerium für Wirtschaft undTechnologie (BMWi), Berlin

Dipl.-Volkswirt Joachim Nick-LeptinBundesministerium für Umwelt, Naturschutzund Reaktorsicherheit (BMU), Berlin

Klaus-Peter PischkeKreditanstalt für Wiederaufbau, Frankfurt

Dr. Dietmar RothRoth & Rau Oberflächentechnik GmbH,Hohenstein-Ernstthal

Dipl.-Ing. Rainer SchildVaillant GmbH, Remscheid

Ministerialrat Hanno SchnarrenbergerMinisterium für Wissenschaft, Forschungund Kunst Baden-Württemberg, Stuttgart

Dr. Thomas SchottZentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW), Stuttgart

Prof. Paul SiffertLaboratoire de Physique et Applicationsdes Semiconducteurs CNRS, Straßburg

Das Kuratorium begutachtet die Forschungs-projekte und berät die Institutsleitung und denVorstand der Fraunhofer-Gesellschaft bezüglichdes Arbeitsprogramms des Fraunhofer ISE. Stand: 24.11.2006

VorsitzenderProf. Peter WoditschDeutsche Solar AG, Freiberg

Stellvertretender VorsitzenderDipl.-Ing. Helmut JägerSolvis Energiesysteme GmbH & Co. KG,Braunschweig

MitgliederDr. Hubert AulichPV Silicon Forschungs- und Produktions AG,Erfurt

Dipl.-Phys. Jürgen BergerVDI/VDE-IT Innovation+Technik GmbH, Berlin

Dr. Robert BrunnerCarl Zeiss AG, Jena

Dr. Gerd EisenbeißForschungszentrum Jülich GmbH, Jülich

Dr. Frank GüntertWirtschaftsministerium Baden-Württemberg,Stuttgart

Peter HertelW.L. Gore & Associates GmbH,Putzbrunn/München

Prof. Thomas HerzogTechnische Universität München, München

Dr. Winfried HoffmannSCHOTT Solar GmbH, Alzenau

Dr. Holger JürgensenAixtron AG, Aachen

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–9

»Auf zu neuen Ufern« – so lautete das Mottoder Abschiedsveranstaltung für Prof. JoachimLuther am 15. September 2006 im FreiburgerKonzerthaus. 350 internationale Gäste ausWissenschaft, Industrie und Politik nahmen anFestakt, Symposium und einer festlichen Abend-veranstaltung teil. Joachim Luther hatte zum1. Juli die Leitung des Fraunhofer-Instituts fürSolare Energiesysteme ISE an seinen NachfolgerProf. Eicke R. Weber abgegeben. Fraunhofer-Präsident Prof. Hans-Jörg Bullinger sprach anläss-lich der Abschiedsfeier vom »Glücksfall Luther«für die Fraunhofer-Gesellschaft. Dank seinerLeistungen könne die inzwischen boomendeNachfrage nach Solartechnologien in weitenBereichen mit Fraunhofer-Know-how bedientwerden. Stellvertretend für Joachim Luthersumfangreiches Wirken im Bereich der Erneuer-baren Energien sei die vierjährige Tätigkeit fürden »Wissenschaftlichen Beirat der Bundes-regierung Globale Umweltveränderungen« ge-nannt. Für seine Leistungen bei der Erforschungund Markteinführung solarer Energiesystemezeichnete ihn die Deutsche Bundesstiftung Um-welt (DBU) im vergangenen Jahr mit dem Um-weltpreis 2005 aus. An der Universität Freiburghielt Prof. Luther beliebte Vorlesungen undSeminare zu den Grundlagen solarer Energie-konversion und initiierte eine Arbeitsgruppe zurErforschung von Farbstoffsolarzellen und organi-schen Solarzellen. Innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft nahm Joachim Luther als Mitglieddes Senats sowie des European Advisory Boardund als Vorsitzender der Hauptkommission desWissenschaftlich-Technischen Rates zentraleFunktionen wahr.

Das Motto der Einladungskarte zur Verab-schiedung bringt zum Ausdruck, dass JoachimLuther mit dem Lebensalter 65 keinesfalls dasWort Ruhestand verknüpft. Er wird weiterhin alsBerater sowohl der Industrie, der Bundesregie-rung als auch des Fraunhofer ISE und in mehre-ren internationalen Gremien für die Solarenergieaktiv sein. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiterdes Fraunhofer ISE möchten sich auch an dieserStelle noch einmal herzlich für zwölfeinhalberfolgreiche und ereignisreiche Jahre bedankenund wünschen Joachim Luther alles Gute für seinen neuen Lebensabschnitt.

Ein Willkommensgruß gilt dem neuen Instituts-leiter Prof. Eicke R. Weber. Nach 23 Jahren For-schung in den USA kam er zurück nach Deutsch-land, um am 1. Juli 2006 die Leitung desFraunhofer ISE zu übernehmen. Der PhysikerEicke R. Weber lehrte seit 1983 Materialwissen-schaften an der University of California inBerkeley und hat sich weltweit einen Namen alsMaterialforscher für Defekte in Silicium und III-V-Halbleitern gemacht. Ein daraus resultierendesErgebnis ist die Idee, auch gereinigtes, metallur-gisches Silicium »dirty silicon« für die Herstellungvon Solarzellen zu verwenden.

Gleichzeitig mit der Leitung des Fraunhofer ISEübernimmt Eicke Weber den Lehrstuhl für An-gewandte Physik, Solarenergie an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Prof. Weber wurdemit zahlreichen Preisen ausgezeichnet. 1994erhielt er den Alexander von Humboldt Preis. Erwar Gründungspräsident des Berkeley Chaptersder Alexander von Humboldt Association ofAmerica (AvHAA) und 2001–2003 deren Präsi-dent. Seit vielen Jahren setzt er sich intensiv fürden Brückenschlag Deutschland – USA ein. So ister Gründungspräsident der 2003 entstandenenGerman Scholars Organization (GSO), einer Ver-einigung von im Ausland lebenden deutschenWissenschaftlern, besonders mit dem Ziel, Kon-takte zu potenziellen Arbeitgebern in Deutsch-land in Industrie, Forschungsinstituten und Uni-versitäten herzustellen. Im Juni 2006 erhielt Prof. Weber das Bundesverdienstkreuz am Bande.

Prof. Eicke R. WeberBild: Photon

Prof. Joachim Luther

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Die Organisationsstruktur des Fraunhofer ISE hat zwei parallele, sich wechselseitig ergänzende Hauptkomponenten: Abteilungen und Geschäftsfelder. FuE Marketing, die Außendarstellung desInstituts und vor allem unsere Strategieplanung sind entlang der sechs Geschäftsfelder des Instituts strukturiert.

Die fünf wissenschaftlichen Abteilungen sind für die konkreteArbeitsorganisation und den Laborbetrieb entscheidend. Die meistenMitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus den Bereichen Wissenschaftund Technik haben ihre Basis in den einzelnen Abteilungen.

10–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Institutsleitung Prof. Dr. Eicke R. Weber Prof. Dr. Joachim Luther (bis 30.6.2006)

Stellvertretende Institutsleitung Priv. Doz. Dr. Volker Wittwer

Abteilungen Elektrische EnergiesystemeDr. Günther Ebert +49 (0) 7 61/45 88-52 29

EnergietechnikDr. Christopher Hebling +49 (0) 7 61/45 88-51 95

Materialforschung und Angewandte Optik Priv. Doz. Dr. Andreas Gombert +49 (0) 7 61/45 88-59 83

Solarzellen – Werkstoffe und TechnologieProf. Dr. Gerhard Willeke +49 (0) 7 61/45 88-52 66

Thermische Anlagen und Gebäudetechnik Dr. Hans-Martin Henning +49 (0) 7 61/45 88-51 34

Kaufmännische und Technische Dienste Dipl.-Kaufm. Wolfgang Wissler +49 (0) 7 61/45 88-53 50

Presse und Public Relations Karin Schneider M.A. +49 (0) 7 61/45 88-51 47

Strategieplanung Dr. Thomas Schlegl +49 (0) 7 61/45 88-54 73

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Die Bilder zeigen den neuen und den 2006 verabschiedeten Institutsleitersowie den stellvertretenden Institutsleiter des Fraunhofer ISE, die Leiter derwissenschaftlichen Abteilungen und den Kaufmännischen Leiter.

Eicke R. Weber, Joachim Luther, Volker Wittwer Christopher Hebling, Hans-Martin Henning, Andreas Gombert Gerhard Willeke, Günther Ebert, Wolfgang Wissler

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–11

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Das Institut im Profil

12–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Forschungs- und Dienstleistungsangebot

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesys-teme ISE ist Mitglied der Fraunhofer-Gesell-schaft, einer als gemeinnützig anerkanntenOrganisation, die sich als Mittler zwischen uni-versitärer Grundlagenforschung und industriellerPraxis versteht. Es finanziert sich zu über 80%durch Aufträge in den Bereichen angewandteForschung, Entwicklung und Hochtechnologie-Dienstleistungen. Ob mehrjähriges Großprojektoder Kurzberatung, kennzeichnend für dieArbeitsweise ist der Praxisbezug und dieOrientierung am Kundennutzen.

Vernetzung des Fraunhofer ISE innerhalbder Fraunhofer-GesellschaftFachlich verwandte Fraunhofer-Institute oderAbteilungen von Instituten arbeiten in Verbün-den oder Allianzen zusammen und tretengemeinsam am FuE-Markt auf. Die Mitgliedschaften des Fraunhofer ISE:- Mitglied im Institutsverbund »Werkstoffe,

Bauteile« (Materialforschung)- Gastmitglied im Institutsverbund

»Oberflächentechnik und Photonik«- Mitglied im Themenverbund »Energie«- Mitglied im Themenverbund

»Nanotechnologie«- Mitglied der Allianz »Optisch funktionale

Oberflächen«

Das Fraunhofer ISE koordiniert das Fraunhofer-Innovationsthema »Mikroenergietechnik« imRahmen der »Perspektiven für Zukunftsmärkte«(Beitrag Seite 15).

Internationale Kunden, Auftraggeber und KooperationspartnerDas Fraunhofer-Institut für Solare Energie-systeme ISE arbeitet seit Jahren mit internatio-nalen Kooperationspartnern und Auftraggebernvieler Branchen und Unternehmensgrößen er-folgreich zusammen. Eine Auflistung unsererPartner finden Sie unter www.ise.fraunhofer.de/german/profile/index.html

Kurzportrait

Die Forschung des Fraunhofer-Instituts fürSolare Energiesysteme ISE schafft technischeVoraussetzungen für eine effiziente und um-weltfreundliche Energieversorgung, sowohl inIndustrieländern als auch in Schwellen- undEntwicklungsländern. Dazu entwickelt dasInstitut Materialien, Komponenten, Systemeund Verfahren in den Geschäftsfeldern: Ge-bäude und technische Gebäudeausrüstung,Optische Komponenten und Systeme,Solarzellen, Netzunabhängige Stromversor-gungen, Regenerative Stromerzeugung imNetzverbund und Wasserstofftechnologie. Zu weiteren – nicht solartechnischen – Kompe-tenzen zählen Displaytechnologie, Lichttechnikund Wasseraufbereitung.

Die Arbeit des Instituts reicht von der Erfor-schung der naturwissenschaftlich-technischenGrundlagen der Solarenergienutzung über dieEntwicklung von Produktionstechniken undPrototypen bis hin zur Ausführung von De-monstrationsanlagen. Das Institut plant, berätund stellt Know-how sowie technischeAusrüstung für Dienstleistungen zurVerfügung.

Seit März 2001 ist das Fraunhofer ISE nachDIN EN ISO 9001:2000 zertifiziert.

Das Institut ist in ein Netz von nationalen undinternationalen Kooperationen eingebunden,es ist u. a. Mitglied des ForschungsVerbundsSonnenenergie (FVS) und der EuropeanRenewable Energy Centers (EUREC) Agency.Besonders eng ist die Zusammenarbeit mit derAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg.

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Das Institut in Zahlen

Neue Reihe Nr. 14

Neue Reihe Nr. 15

Neue Reihe Nr. 16

2003 2004 2005 2006 2000(plan)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

440

480

520

0

Sonstige Befristete Stellen (TVöD) Unbefristete Stellen (TVöD)

Personal Finanzen

2003 2004 2005 2006(vorl.)

0

5

10

15

20

25

30

0

Mio Euro

Erträge

Kosten

2003 2004 2005 2006(vorl.)

0

5

10

15

20

25

30

0

Mio Euro

Sachkosten

Institutionelle Förder

Sonstige

Sachkosten Sonstiges Personal Eigenes Personal

Eine wichtige Stütze des Instituts bilden die»sonstigen« Mitarbeiter, welche die Arbeit inden Forschungsprojekten unterstützen und sowesentlich zu den erzielten wissenschaftlichenErgebnissen beitragen. Im Dezember 2006waren dies 62 Doktoranden, 66 Diplomanden,28 Praktikanten, 4 Auszubildende sowie 137wissenschaftliche Hilfskräfte. Das Fraunhofer ISEleistet auf diese Weise einen wichtigen Beitragzur Ausbildung.

Zusätzlich zu den in der Grafik angegebenenAusgaben tätigte das Institut im Jahr 2006Investitionen in Höhe von 3,7 Mio € (dazu kommen 12,8 Mio € aus dem BMU-Investitions-projekt PV-TEC, welches in den Jahren 2005 und 2006 realisiert wurde).

Die Finanzstruktur der Fraunhofer-Gesellschaftunterscheidet zwischen dem Betriebs- und demInvestitionshaushalt. Der Betriebshaushalt um-fasst alle Personal- und Sachaufwendungen so-wie deren Finanzierung durch externe Erträgeund institutionelle Förderung. Der integrierteFinanzplan der Fraunhofer-Gesellschaft erlaubtdie Mittelbewegung zwischen beiden Haushalten.

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–13

Neue Reihe Nr. 16

Neue Reihe Nr. 17

Neue Reihe Nr. 18

Neue Reihe Nr 19

Bund/Länder Industrie EU Sonstige Institutionelle Förderung

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FuE-Höhepunkte des Jahres 2006

14–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

- Weltweit erster dicht gepackter Konzen- trator-Photovoltaikreceiver – mit einer Größe von 10x10 cm2 und ausgelegt für eine 1000fache Sonnenkonzentration – erfolg-reich im Feld getestet

- Neue zweistufige Kontaktierungsverfahren für Siliciumsolarzellen mit hohem Wirkungsgrad- potenzial entwickelt

- Erfolgreiche Herstellung von 70 µm dünnen 125x125 mm2 multikristallinen Siliciumwafern durch optimiertes Drahtsägen

- Photovoltaik Technologie Evaluationscenter PV-TEC erfolgreich in Betrieb genommen. Basisprozesse für die Formate 125x125 mm2, 156x156 mm2 und 210x210 mm2 wurden eingerichtet. Auf multikristallinem Silicium werden Wirkungsgrade bis 16% und auf monokristallinem Silicium bis 17% erreicht

- Modul-Technikum zur Ergänzung des PV-TEC in Betrieb genommen

- Unter Verwendung von amorphem Silicium als Passivierung und lokal laserlegierten Rückseitenkontakten konnten Hocheffizienz- solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 21,7% hergestellt werden

- Diodenfreie Bypassschaltung für Solarmodule ermöglicht Verzicht auf aufwändige Kühl- maßnahmen auch bei hohen Modulströmen

- Indoor-Modulmessungen im ISE-Kalibrierlabor erlauben eine Genauigkeit von +/-2%

- ISE-Modulkalibrierlabor erhält den Status einesakkreditierten Labors

- Photovoltaik-Hybridstromversorgungen be- liefern geowissenschaftliche Messstationen auf dem Gelände des Umweltbundesamts am Schauinsland zuverlässig mit Strom

- Neues, patentiertes Verfahren zur Kataly- tischen Partiellen Oxidation (CPO) reformiert Diesel ohne Rußbildung

- Planare, selbstatmende und methanolbetrie-bene Mikrobrennstoffzelle im Komplettsystem (2 Wel) erfolgreich demonstriert

- Portabler, vollautomatisierter Elektrolyseur zur Wasserstofferzeugung (100 Nl/h bei 10 bar) imFeldtest erprobt

- Vollständig automatisiertes, reversibles Brennstoffzellensystem für eine autonome Stromversorgung entwickelt und erfolgreich getestet

Forschung und Entwicklung

- Teststand für Wirkungsgradkennlinien-messung bei Kollektortemperaturen bis 200 °C aufgebaut

- Drei neuartige Kompaktanlagen für die solarthermische Meerwasserentsalzung mit einer Tagesproduktion von 100 Litern sowie zwei größere Zweikreisanlagen mit 1000 Litern pro Tag erfolgreich installiert und in Betrieb genommen (Standorte: Jordanien, Marokko, Ägypten und Spanien)

- Solarkollektoren für die Integration in Fassaden entwickelt, die bei unterschied- licher Farbgebung und gleichzeitig hoher Energieeffizienz neue Perspektiven für die architektonische Gestaltung bieten

- Inbetriebnahme und Akkreditierung des Testzentrums für Photovoltaik

- Akkreditierung des Thermisch-Optischen Prüflabors

- Wärmedämmverbundsystem mit Vakuum- isolationspaneelen gemeinsam mit Industrie- partner maxit entwickelt und erfolgreich im Standsicherheitstest an einer Prüfwand getestet

- Demonstrations-Fresnelkollektor wird in Kooperation mit MAN/SPG in Almería gebaut

- Durchkontaktierte organische Solarzellen und monolithisch verschaltete Module erstmals hergestellt

- Farbstoffsolarzellenmodule mit ansprechen- dem optischen Design realisiert

- In-situ Abscheidung eines epitaktischen Emitters für kristalline Silicium-Dünnschicht-solarzellen mit vergleichbarer Performance, aber weniger als 1/10 der Prozesszeit eines Standardemitters

- Ersten Prototyp eines HyCon® Konzentrators zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von 18% demonstriert

- FLATCON® Konzentratormodule erreichen im Betrieb über 27% Wirkungsgrad

- Strahlungsharte 3- und 5fach Weltraum- Kaskadensolarzellen auf der Basis der III-V-Halbleiter entwickelt

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–15

Mit der Zielsetzung, die heimische Wirtschaft zufördern und den Standort Deutschland zu stär-ken, hat die Fraunhofer-Gesellschaft nationaleund internationale Forschungstrends untersucht,Roadmaps internationaler Unternehmen aus-gewertet und in einem Portfolioprozess diebesonderen Kompetenzen und Stärken derFraunhofer-Institute herausgearbeitet. Als Ergeb-nis dieses Prozesses wurden zwölf Technologie-felder mit besonders hohem marktrelevantenInnovationspotenzial identifiziert.

Eines dieser zwölf Themen, die unter dem Leitmotiv »Perspektiven für Zukunftsmärkte« fürdie Fraunhofer-Gesellschaft eine besondere stra-tegische Bedeutung haben, ist der Forschungs-schwerpunkt »Mikroenergietechnik«. Hierbeiwerden insbesondere Technologien zur effizien-ten Energiewandlung im niedrigen Leistungs-bereich, der elektronischen Energiespeicherung,der Energieübertragung sowie des Energie-managements verfolgt. Die Entwicklungen zielen auf optimierte Energiesysteme zurVerlängerung der Betriebszeiten netzfern betriebener elektronischer Geräte.

Antrieb für diese Entwicklungen ist der Trend,dass tragbare elektronische Geräte mit jederneuen Produktgeneration leistungsfähiger werden, der Energieverbrauch zusätzlicherFunktionsmerkmale jedoch zu einer merklichenVerkürzung der Nutzungsdauer führt.

Wandlertechnologien, die Energie ihrer lokalenUmgebung wie Licht, Wärme oder Bewegung inelektrische Energie umwandeln, sind Photo-voltaik, Thermoelektrik und Piezoelektrik. Sub-sumiert werden diese unter dem Begriff »EnergyHarvesting«, also dem passiven »Ernten« vonEnergie. Zudem gibt es Wandlertechnologienwie Mikrobrennstoffzellen oder Mikroturbinen,die aktiv mit einem chemischen Energieträgerbetrieben werden.

Das Fraunhofer ISE koordiniert die FuE-Aktivi-täten von zehn Fraunhofer-Instituten in diesemhochattraktiven Themenschwerpunkt, um einer-

seits dessen wirtschaftliches Potenzial zu adres-sieren und andererseits gemeinsam mit innova-tionsbereiten Industriekunden die Ergebnisse inden Markt zu überführen.

Neben einer Vielzahl von gemeinsamen Auf-tritten auf Industriemessen und Konferenzen hatdas Fraunhofer ISE im Oktober 2006 in Berlindas »Fraunhofer-Symposium Mikroenergie-technik« unter dem Leitmotiv »Power To Go«durchgeführt. Auf dem vom Präsidenten derFraunhofer-Gesellschaft Prof. Bullinger eröffne-ten Workshop präsentierten und diskutierten120 internationale Teilnehmer und Referentenden Stand der Technologie und stellten diesenden Anforderungen verschiedener Industrie-branchen gegenüber.

Auf Grund des großen Erfolgs dieser Veranstal-tung wird vom 27.–29. November 2007 inFreiburg das zweite Symposium »Mikroenergie-technik« stattfinden, das gemeinsam mit demerstmals in Europa stattfindenden »PowerMEMS«Workshop veranstaltet wird.

Weiterführende Informationen zu diesen Veranstaltungen finden Sie unter:www.microenergy-technology.com www.powermems.org

Dr. Christopher Hebling

Der Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft Prof. Hans-JörgBullinger eröffnet das Fraunhofer-Symposium Mikro-energietechnik in Berlin.

Power To Go – Energie für Unterwegs»Perspektiven für Zukunftsmärkte«: Mikroenergietechnik

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16–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

In Anerkennung seiner besonderen Verdiensteum die Fraunhofer-Gesellschaft erhielt Prof.Joachim Luther die Fraunhofer-Münze.Fraunhofer-Präsident Prof. Hans-Jörg Bullingerehrte den ehemaligen Leiter des Fraunhofer ISEmit dieser selten vergebenen Auszeichnunganlässlich seiner Abschiedsfeier.

Prof. Eicke R. Weber, seit 1. Juli 2006 neuerInstitutsleiter des Fraunhofer ISE, bekam am16.6.2006 das Bundesverdienstkreuz amBande verliehen, überreicht durch denGeneralkonsul in San Francisco.

Dr. Benedikt Bläsi wurde im Rahmen der 2006gestarteten Initiative »Deutschland – Land derIdeen« zu einem der »100 Köpfe von morgen«gewählt.

Dr. Oliver Schultz erhielt im September inDresden den von der SolarWorld vergebenenEinstein-Award für Nachwuchsforscher 2006.Außerdem wurde er als einer von »Elf derWissenschaft« ausgewählt, die kurz nach demStart der Fußballweltmeisterschaft von derZeitschrift »Bild der Wissenschaft« und demStifterverband für die Deutsche Wissenschaftpräsentiert wurden.

Dr. Andreas Schmitz wurde mit dem Innovations-preis des Deutschen Wasserstoff- und Brenn-stoffzellen-Verbands für seine 2005 an derTechnischen Universität Berlin abgeschlosseneDissertation zur »Systementwicklung miniaturi-sierter planarer Brennstoffzellen« ausgezeichnet.

Denis Erath erhielt den Preis des VerbandsDruck und Medien in Baden-Württemberge.V. als bester Absolvent im Studiengang Druck-und Medientechnologie. Außerdem wurde er fürseine Diplomarbeit »Optimierung der Vorder-seitenkontaktierung kristalliner Siliciumsolar-zellen im Siebdruckverfahren« mit dem Adolf I.Döpfert-Stiftungspreis für herausragendeDiplomarbeiten an der Stuttgarter Hochschuleder Medien ausgezeichnet.

Ehrungen und Preise

Oben: Dr. Oliver Schultz; Rede bei derPreisverleihung zum Einstein-Award fürNachwuchsforscher 2006 (Foto: SolarWorld AG).

Links: Dr. Benedikt Bläsi; einer der»Hundert Köpfe von morgen«(Foto: Niels Starnick/Bild am Sonntag).

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–17

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Optische Komponentenund Systeme

Solarzellen

Netzunabhängige Stromversorgungen

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

Wasserstofftechnologie

Servicebereiche

Ges

chäf

tsfe

lder

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Nachhaltige Gebäude schützen nicht nur dasKlima, sondern lassen sich auch besser vermark-ten. Insbesondere der Aspekt der Vermarktungwird durch die bevorstehende Einführung desGebäude-Energiepasses in seiner Bedeutungwachsen, da der Nutzer künftig ein Gebäudehinsichtlich seiner Energieeffizienz bewertenkann. Für Gebäude, die erneuerbare Energiennutzen und die eine hohe Energieeffizienz auf-weisen, werden leichter Käufer und Mieter zufinden sein. Dies gilt für Neubauten ebenso wiefür das Gebäude im Bestand, für gewerblicheBauwerke ebenso wie für das Einfamilienhaus.Gleichzeitig bieten nachhaltige Gebäude mehrNutzungskomfort: viel natürliches Licht ohneBlendung, angenehme Temperaturen das ganzeJahr hindurch und frische Luft ohneZugerscheinungen.

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 19

Gebäude und technischeGebäudeausrüstung

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Auch nach neuesten Erhebungen verbrauchenwir in Deutschland rund 40% der Endenergie fürdas Wohlbefinden in Gebäuden. Mit dieserEnergie wird geheizt, gekühlt, gelüftet undbeleuchtet. Rationelle Energienutzung reduziertden Energieeinsatz für diese Dienstleistungenund verbessert dabei oft den Nutzungskomfort.Dabei gilt: Je geringer der verbleibende Energie-bedarf, desto größer der Anteil, den erneuerbareEnergien sinnvoll decken können. Am Fraun-hofer ISE sind Gebäude und ihre technischeAusrüstung ein zentrales Geschäftsfeld. Wir sindimmer dann der richtige Ansprechpartner, wennganz neue Lösungen gesucht werden oderbesonders hohe Anforderungen zu erfüllen sind.So entwickeln wir Ideen, machen sie in Produk-ten oder Verfahren praxisreif und testen sie inDemonstrationsbauten. Oder wir unterstützenbei der Konzipierung anspruchsvoller Bauwerkemit Simulationswerkzeugen, die wir bei Bedarfselbst weiter entwickeln. Die Bearbeitungstiefeder Themen reicht dabei von der Grundlagen-entwicklung bis zur Markteinführung vonMaterialien, Komponenten und Systemen.

Für diese Aufgaben arbeiten viele Disziplinenzusammen – von der Materialforschung undSchichtentwicklung bis zur Komponenten- undSystementwicklung einschließlich der erforder-lichen Tests. Bei der Umsetzung in Bauprojektenbieten wir Planung, Beratung und Konzeptent-wicklung zu allen Fragen im Bereich Energie undNutzerkomfort an, ebenso wie die Implemen-tierung neuer Verfahren zur energieeffizientenBetriebsführung und Regelung. Darüber hinausbegleiten wir ausgeführte Projekte mit wissen-schaftlichem Monitoring.

Wichtige Themen unserer Arbeiten im Bereichder Gebäudehülle sind die Tageslichtnutzungund der Sonnenschutz. In Leichtbauten spielt dieWärmespeicherfähigkeit der Bausysteme einezunehmend wichtige Rolle, insbesondere umenergiesparende Kühlkonzepte zu verwirklichen.Hier entwickeln wir neue Verfahren und Systemeauf der Basis von Phasenwechselmaterialien.

Bei den Energie-Versorgungstechniken nehmenWärmepumpen für Gebäude mit niedrigemEnergieverbrauch sowie Systeme der Kraft-Wär-me-Kopplung – und im Weiteren auch der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung – einen zunehmendenStellenwert ein. Im Bereich des Einsatzes vonSolarenergie stellen neben der solaren Brauch-wassererwärmung und der Heizungsunter-stützung mit Solarenergie die Integration vonPhotovoltaik in die Gebäudehülle sowie die som-merliche Klimatisierung mit Solarenergie aus-sichtsreiche Anwendungen für die Zukunft dar.

Entscheidend für das Funktionieren der Gesamt-systeme – Gebäudehülle, Versorgungstechnikund Nutzer – ist die Betriebsführung. Mit Hilfeneuer modellbasierter Konzepte zur Betriebs-führung wird die Leistungsfähigkeit einzelnerKomponenten des Gebäudes permanent über-wacht, evaluiert und gegebenenfalls korrigiert.

Mit umfassender Messtechnik charakterisierenwir Materialien und Systeme. In Monitoring-projekten werten wir die Betriebserfahrungen anausgewählten Gebäuden aus und verbessern sounsere eigenen Konzepte und die unserer Kun-den. Nationale Demonstrationsprogrammebegleiten wir mit umfangreichen Analysen.

Im Team mit Architekten, Fachplanern und derIndustrie planen wir Gebäude von heute undentwickeln Gebäude für morgen. Dabei verfol-gen wir einen integralen Planungsansatz, umhinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienzund Nutzerkomfort optimierte Konzepte zu ver-wirklichen. Die internationalen Rahmenbedin-gungen hierfür gestalten wir durch unsereMitarbeit in Projekten der InternationalenEnergieagentur IEA mit.

Eine wachsende Bedeutung kommt der Langzeit-beständigkeit neuer Materialien und Komponen-ten zu. Deshalb haben wir diese Thematik weitervertieft und bieten Dienstleistungen an, dieneben der messtechnischen Charakterisierungauch die modellbasierte Prognose von Alterungs-prozessen umfassen.

20 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

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Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 21

Ansprechpartner

Gebäudekonzepte und Simulation Dipl.-Ing. Sebastian Herkel Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 17E-Mail: [email protected]

Solare Fassaden Dipl.-Phys. Tilmann Kuhn Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 97E-Mail: [email protected]

Gebrauchsdaueranalysen Dipl.-Phys. Michael Köhl Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 24E-Mail: [email protected]

Lichttechnik Dipl.-Ing. Jan Wienold Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 33E-Mail: [email protected]

Dr. Werner Platzer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 31E-Mail: [email protected]

Heizungs-, Lüftungs- Dr. Benoît Sicre Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 91und Klimatechnik E-Mail: [email protected]

Dr. Hans-Martin Henning Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 34 E-Mail: [email protected]

Sorptive und Phasenwechsel- Dipl.-Phys. Peter Schossig Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 30Materialien E-Mail: [email protected]

Thermische Solaranlagen Dipl.-Phys. Matthias Rommel Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 41E-Mail: [email protected]

Monitoring und Dipl.-Ing. Sebastian Herkel Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 17Demonstrationsprojekte E-Mail: [email protected]

Dipl.-Ing. Klaus Kiefer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 18E-Mail: [email protected]

Übergreifende Koordination

Gebäude und technische Dr. Hans-Martin Henning Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 34Gebäudeausrüstung E-Mail: [email protected]

Optische Komponenten Priv. Doz. Dr. Andreas Gombert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 83und Systeme E-Mail: [email protected]

Wasserstofftechnologie Dr. Christopher Hebling Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 95E-Mail: [email protected]

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22–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Mehr als 40% des europäischen Energiever-brauchs gehen zu Lasten des Gebäudesektors.Gleichzeitig liegt das Energie-Einsparpotenzial imBereich der Betriebsführung von Gebäuden –d. h. im Bereich nicht investiver bzw. geringinvestiver Maßnahmen – bei 5–30%. Dies giltinsbesondere für den Bestand an Nicht-Wohnge-bäuden. Umfangreiche Erfahrungen, die wir im Rahmen von Monitoring-Projekten wieEnBau:MONITOR (www.enbau-monitor.de)gesammelt haben, unterstreichen dies nach-drücklich.

Schwerpunkt unserer Arbeit im Bereich Betriebs-analyse von Gebäuden ist die Entwicklungmodellbasierter Verfahren, die Randbedingungender Praxis – wie geringe Datengrundlage undKostenbeschränkungen – berücksichtigen.Gleichzeitig sollen sie in der Lage sein, Fehler imGebäudebetrieb zu erkennen, mögliche Einspar-potenziale zu identifizieren sowie den optimier-ten Betrieb zu überwachen.

Einfache Verfahren zur Betriebsanalyse und -überwachung testeten wir im Rahmen desProjekts EnBau:MONITOR (Abb. 1). Darüber hin-aus haben wir mit dem Aufbau eines exergie-basierten Analyseverfahrens für die Energiever-sorgung komplexer Gebäude begonnen. DieEignung weiterer modellbasierter Ansätze unter-suchen wir im Rahmen mehrerer Forschungs-vorhaben.

Zielgruppe für solche Verfahren und Werkzeugesind die Anbieter von Facility und Energie-Management-Systemen sowie Firmen im Bereichdes »Performance Contracting«.

Sowohl EnBau:MONITOR als auch unser derzeiti-ges Projekt in Kooperation mit der FirmaEnnovatis GmbH werden vom Bundesminis-terium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)gefördert.

Modellbasierte Betriebsanalyse von Gebäuden

Derzeit ist es noch nicht gängige Praxis, tech-nische Anlagen für Gebäude im Hinblick aufeinen energieeffizienten Betrieb zu über-wachen. Einer der Gründe dafür ist derMangel an praxistauglichen Werkzeugen fürdie Optimierung des energetischen Gebäude-betriebs und dessen zeitnahe Überwachung.Die Entwicklung entsprechender Methodenund Werkzeuge ist der Fokus unserer Arbeit.

Christian Neumann, Sebastian Herkel,Christof Wittwer, Rainer Becker,Hans-Martin Henning

Abb. 2: Prinzipiell müssen Modelle zur Betriebsanalyse und -optimierung zunächstkalibriert werden. Mit Hilfe von Messdaten aus dem zu untersuchenden Gebäudewerden die Parameter des Modells so variiert, dass dieses in der Lage ist, das ener-getische Verhalten des Gebäudes abzubilden (Training Phase). Anschließend kanndas kalibrierte Modell dazu verwendet werden, den Gebäudebetrieb zu überwa-chen, indem die Messdaten aus dem aktuellen Betrieb (z. B. Heiz- oder Kühlener-gie) mit den berechneten Werten aus dem Modell verglichen werden (ContinuousEvaluation). Treten Abweichungen zwischen realem Gebäude und Modell auf, sokann daraus ein Handlungsbedarf abgeleitet werden. Im Idealfall erfolgt eine auto-matische Rückkopplung an die Leittechnik des Gebäudes. Bei geeigneter Modell-struktur kann das Modell weiterhin zur Identifizierung von Energie-Einsparpoten-zialen verwendet werden.

Abb. 1: Betriebsüberwachung mittels einfacher Kennlinienmodelle undrobuster Regression. Diese Energiesignatur eines Verwaltungsgebäudeszeigt den Zusammenhang zwischen Außentemperatur und Heizleis-tung. Deutlich zu erkennen ist das Ansteigen der notwendigen Heiz-leistung bei fallender Außentemperatur. Die roten Punkte markierendie gemessenen Werte, während die blauen Punkte das kalibrierteModell repräsentieren. Die Parameter des Modells werden mittels mul-tipler linearer Regression identifiziert. Da es sich um eine robusteRegression handelt, beeinflussen Ausreißer die Güte des Modells nurgering (die manuell eingefügten Messpunkte im obigen Diagrammzeigen keine Einwirkung auf die Güte des Modells. Der Bestimmt-heitsgrad liegt bei über 85%). Gleichzeitig können mit diesem Algo-rithmus die Ausreißer automatisch detektiert und dem Gebäude-betreiber gemeldet werden.

Ausreisser haben keinen wesentlichen Einfluss auf das Modell und werden detektiert

MesswerteModell

35

30

25

20

15

10

5

0

-15 -5 5 15 25Außentemperatur [°C]

Hei

zlei

stun

g [W

/m2 ]

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–23

Im Gegensatz zur solaren Stromerzeugung, beider in industrialisierten Ländern das Elektrizi-tätsnetz als Energiespeicher fungiert, ist dasProblem der Langzeitspeicherung von Wärmenach wie vor nicht gelöst. Vor diesem Hinter-grund sowie angesichts der Tatsache, dassDachflächen immer mehr von PV-Anlagen belegtwerden, widmen wir uns verstärkt der Ent-wicklung von architektonisch ansprechendenund technisch ausgereiften Fassadenkollektoren.Solarfassaden haben einen der Wärmenachfragebesser angepassten saisonalen Ertragsverlauf alskonventionelle Kollektoren und sie dienengleichzeitig als Wärmedämmung.

Gemeinsam mit neun Partnern aus Industrie undForschung betrachten wir die gesamte Kette vonder Materialauswahl bis hin zur architektoni-schen Integration:- Materialauswahl - Entwicklung von Korrosionsschutzbarrieren

auf der Basis von pyrolytisch abgeschiedenem Zirkonoxid

- farbig gesputterte Solarabsorberschichten - farbige Solarabsorberlacke (Abb. 1) - Entwicklung und Anwendung von gebrauchs-

daueranalytischen Verfahren - Korrosionsprüfungen - Entwicklung der unverglasten Absorberpaneele - Systemstudien - architektonische Gebäudeintegration

Der erste Prototyp eines farbigen Fassaden-kollektors – Solabs® – wurde auf der Intersolar2006 gezeigt. In Lausanne wurde bei der EPFL(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) mitSolabs® eine erste Demonstrationsfassade reali-siert (Abb. 2).

Das Projekt wird von der Europäischen Uniongefördert.

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Aktive Solarfassaden

Der größte Teil der in privaten Haushaltenbenötigten Energie dient der Heizung und derBereitstellung warmen Brauchwassers. Es bie-tet sich daher an, das Potenzial für die Ge-winnung von Solarwärme auszuweiten. Zieleines großen vom Fraunhofer ISE koordiniertenProjekts ist es, die Gebäudefassade als Quellefür Solarwärme nutzbar zu machen.

Michael Köhl, Markus Heck, Franz Brucker,Daniel Philipp, Hans-Martin Henning

Abb. 1: Die Integration des spektralen Reflexionsgrads von farbigen, von der Dicke unabhängigen selektivenSolarlacken ergab für den grünen Lack einen solaren Absorp-tionsgrad α = 0,844 bei einem Wärme-Emissionsgrad vonε(100 °C) = 0,361, für den roten Lack α = 0,832, ε(100 °C) = 0,395 und für den blauen Lack α = 0,805, ε(100 °C) = 0,322. Durch die Farbigkeit entstehen Einbußenbeim Absorptionsgrad und damit bei der solaren Deckungs-rate. Diese können durch den im Vergleich zu einem konven-tionellen Lack (ε > 0,9) verminderten Emissionsgrad mehr alskompensiert werden. Bei annähernd gleichen Werten derAbsorption und Emission der verschiedenfarbigen Lacke,kann der Architekt die Farbauswahl des Lacks nach reinästhetischen Gesichtspunkten vornehmen.

Refle

xion

sgra

d

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,01 10

Wellenlänge [µm]

Abb. 2: Die Demonstrationsfassade bei der EPFL (EcolePolytechnique Fédérale de Lausanne) vermittelt einen Eindruckvon den architektonischen und technischen Möglichkeiten derSolabs®-Fassade.

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24–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Um die Sonnenschutzwirkung von Fassadenbewerten zu können, haben wir eine Methodeentwickelt, die sich dadurch auszeichnet, dasssie sowohl unterschiedliches Nutzerverhalten alsauch die korrekte Winkelabhängigkeit für den g-Wert und die Transmission einbezieht. 2006wurde die Methode erfolgreich einem Auditnach DIN EN ISO/IEC 17025 unterzogen. Sie istseit Ende 2006 offiziell nach dieser Norm akkre-ditiert.

Für die Blendung am Arbeitsplatz haben wir einneues Kriterium, die »Daylight Glare Probability«(DGP) entwickelt. Im Gegensatz zu Verfahrennach heutigem Stand der Technik besteht beidiesem Verfahren eine sehr hohe Korrelationzwischen den subjektiven Antworten der Nutzerund dem DGP-Wert. Die Aussagekraft wurdedurch umfangreiche Studien mit vielen Pro-banden und unterschiedlichen Fassaden unterrealen Tageslichtbedingungen nachgewiesen.Diese Arbeiten erfolgten im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten ProjektsECCO-Build.

Bei Bürogebäuden mit einem hohen Glasanteil inder Fassade wurden in der Vergangenheit zahl-reiche Personen bei Terroranschlägen durchumherfliegende Glassplitter verletzt. Die heuteerhältlichen Splitterschutzbehänge vermindernden visuellen Komfort erheblich, insbesonderedurch Blendung der Nutzer. Gemeinsam mit demFraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMIhaben wir neue Sonnenschutzsysteme zumPatent angemeldet, die auch als Splitterschutz-behang dienen können. Die neuen Behängehaben zum Ziel, hohen thermischen und visuel-len Komfort mit einer zuverlässigen Splitter-schutzwirkung zu vereinen.

Nutzerfreundlicher und zuverlässigerSonnenschutz

Optimale Tageslichtnutzung und effizienterSonnenschutz sind zentrale Aspekte energie-optimierten Bauens. Die Entwicklung vonSonnenschutzsystemen stellt daher ebensoeinen Schwerpunkt unserer Arbeit dar wie dieErforschung und Optimierung von Methodenfür deren Bewertung.

Tilmann Kuhn, Jan Wienold,Hans-Martin Henning

Abb. 1: Unsere Methodik zur Sonnenschutzbewertung wirdvielfach bei Bauvorhaben sowie zur Produktcharakterisierungeingesetzt. Im Beispiel sieht man den geplanten »Prime Tower«in Zürich (Architekten Annette Gigon/Mike Guyer), an dessenFassadenplanung wir beratend und prüfend beteiligt waren.

Abb. 2: Mit unserer neuen Methode lässt sich vorher-sagen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dassPersonen am Arbeitsplatz geblendet werden. Die bis-herigen binären Ja/Nein-Kriterien für Blendschutz sindabgelöst durch ein kontinuierliches Kriterium. Damitlassen sich unterschiedliche Systeme wesentlich aus-sagekräftiger vergleichen.

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–25

Phase Change Slurries auf der Basis von mikro-verkapselten Paraffinen entwickeln wir schon seiteinigen Jahren in Kooperation mit der FirmaBASF. Bei den mikroverkapselten PCS sind diefein verteilten Paraffintröpfchen von einer festenPolymerhülle umgeben. Diese Kapseln machendas PCS gegenüber einwirkenden Scherkräftensehr stabil. Bei lang anhaltender Beanspruchungkönnen jedoch immer wieder Kapseln zerstörtwerden. Außerdem nehmen die Kapselhülleneinen Teil des Feststoffvolumens ein und verrin-gern so den möglichen thermisch wirksamenPCM-Anteil.

Bei Emulsionen wird auf eine feste Kapselwandverzichtet. Hier bleiben die einzelnen Tröpfchenaufgrund des zugesetzten Emulgators erhalten.Der Emulgator scheidet sich bevorzugt an derGrenzfläche zwischen dem hydrophoben Paraffinund der hydrophilen Trägerflüssigkeit ab. Durchdie Polarität im hydrophilen Teil des Emulgator-moleküls wird verhindert, dass sich die entstan-denen PCM-Tröpfchen aneinander anlagern können; hierdurch entsteht eine stabile Emulsionaus PCM und Trägerflüssigkeit.

Bei Emulsionen kann bei gleichem Anteil derTrägerflüssigkeit mehr Paraffin eingesetzt wer-den als bei einer Suspension, weil der Emulga-toranteil geringer sein kann als der Polymeran-teil, der für die Kapsel gebraucht würde. Diesführt zu höheren Wärmekapazitäten. Ferner istdavon auszugehen, dass sich die Emulsionenselbst regenerieren, da die Wirkungsweise desEmulgators erhalten bleibt. Auch dann, wennsich einzelne Paraffintröpfchen aneinander anla-gern sollten, könnten sie durch einwirkendeScherkräfte wieder von einander gelöst werden.

Erste Versuche zeigen bereits eine großeStabilität dieser Wärmeträgerflüssigkeiten unterScherbeanspruchung und bei Phasenwechsel. Inweiterführenden Arbeiten wollen wir diese PCSals Kältespeicherflüssigkeit einsetzen und in rea-len Kälteanlagen testen.

Die Entwicklung findet zusammen mit Partnernaus der Industrie statt. Das Projekt wird vomBundesministerium für Wirtschaft undTechnologie (BMWi) gefördert.

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Wärmeträgerflüssigkeiten auf der Basisvon Paraffin-Wasser-Emulsionen

Phase Change Slurries (PCS) sindWärmeträgerflüssigkeiten, die Phase ChangeMaterials (PCM) enthalten. Das PCM wird ineiner Trägerflüssigkeit in µm großen Partikelnfeinverteilt und erhöht so beim Schmelzen dieWärmekapazität bis zum Vierfachen. Um zuvermeiden, dass sich die einzelnen PCM-Partikel aneinanderlagern, können sie mit einerfesten Hülle umgeben sein (mikroverkapseltesPCM) oder als Emulsion stabilisiert werden.

Peter Schossig, Stefan Gschwander, Thomas Haussmann*, Hans-Martin Henning

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Abb. 1: Lichtmikroskopische Aufnahme einer Emulsion. Inder Aufnahme sind die Paraffintröpfchen zu erkennen, dietrotz fehlender Hülle auch unter Scherung erhalten bleiben.Die Abbildung zeigt auch die Größenverteilung: während dieEmulsion einzelne große Tröpfchen von etwa 20 µm enthält,liegt der Hauptanteil bei einem Partikeldurchmesser vonetwa 5 µm.

Abb. 2: Einfluss der Temperatur auf die Viskosität und dasErscheinungsbild einer PCS-Emulsion beim Wechsel derPhase von flüssig nach fest. Die lilafarbene bzw. schwarzeKurve zeigt die Viskosität der Probe bzw. die Temperatur derMessgeometrie über der Messzeit. In Abhängigkeit von derTemperatur ändert sich das Erscheinungsbild der Emulsion(Partikel werden kleiner, agglomerieren und zerfallen wie-der). Dieses Veränderungen spiegeln sich in der Viskositätder Emulsion wider.

TemperaturViskosität

0 500 1000 1500 2000Zeit [s]

dyn.

Vis

kosi

tät

[mPa

s]

Tem

pera

tur

[°C

]

3,2

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

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26–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Viele Niedrigenergie-Bürogebäude setzen aufpassive Kühlungskonzepte. Passive Kühlung ver-zichtet auf eine flächendeckende Klimatisierungder Büros und sie setzt die Minimierung bzw.Vermeidung von internen und solaren Wärme-lasten voraus. Unter Nutzung der thermischenSpeichermasse des Gebäudes können die verblei-benden Lasten über natürliche Wärmesenken(Außenluft, Grundwasser, Erdreich) abgeführtwerden.

Reicht die vorhandene thermische Speichermassenicht aus, ist die Kombination aktiv durchström-ter Bauteile mit PCM eine Alternative für dieGebäudekühlung. Sie birgt mehrere Vorteilegegenüber konventionellen Flächenheiz- undKühlsystemen. Die Zwischenspeicherung großerWärmemengen tagsüber im Phasenwechsel vonfest nach flüssig führt zu einer deutlichenReduzierung der Überschusswärme, die aktivüber ein Kühlsystem abgeführt werden muss.Kühlenergie wird eingespart und die Kälteanlagekann kleiner dimensioniert werden. Gleichzeitigreduzieren kürzere Laufzeiten den Pumpen-energiebedarf.

Neben der Energieeinsparung ermöglicht derzusätzliche Einbau eines verteilten Wärme- bzw.Kältespeichers in konventionelle Kühldeckenauch die Nutzung alternativer Wärmesenken,deren Leistung relativ teuer, jedoch zeitlich unbe-grenzt verfügbar ist (z. B. Erdsonden). Die ver-

Kühlung mit aktiv durchströmten Bauteilenund integriertem Latentwärmespeicher

Um sommerliche Überhitzung von Büroge-bäuden zu vermeiden und den Kühlenergie-bedarf zu reduzieren, entwickeln wir aktivdurchströmte Bauteile mit integriertenPhasenwechselmaterialien (PCM). Basierendauf bereits vom ISE mitentwickelten Bau-stoffen mit mikroverkapseltem PCM untersu-chen wir nun PCM-Kühldecken, die gegenüberkonventionellen Kühldecken einen deutlichreduzierten Kühlenergiebedarf aufweisen,regelbar sind und alternative Wärmesenkennutzen können.

Peter Schossig, Thomas Haussmann, Doreen Kalz, Hans-Martin Henning

Abb. 1: Phasenwechselmaterialien (PCM) können zurVermeidung sommerlicher Überhitzung und damit zurReduzierung des Kühlenergiebedarfs in Gebäuden einge-setzt werden. Tagsüber anfallende Überschusswärme wirdim Phasenübergang fest/flüssig latent gespeichert und inder Nacht wieder abgegeben. Erste vom ISE mitentwickelteBaustoffe mit mikroverkapseltem PCM – siehe Detail-aufnahme – sind auf dem Markt verfügbar.

Abb. 2: Besonders in den Übergangzeiten Frühling undHerbst kann durch das PCM in einer Kühldecke der Energie-bedarf für die Kühlung reduziert werden. Die vorliegendeMessung an Testkühldecken am ISE zeigt an drei aufeinanderfolgenden Tagen, dass nur die Referenz-Kühldecke (REF) ohnePCM (Werte in violett und blau) aktiv gekühlt werden musste,wohingegen die PCM-Kühldecke (Werte in schwarz und grün)rein passiv betrieben werden konnte.

Lufttemperatur REFLufttemperatur PCM

Volumenstrom REFVolumenstrom PCM

Volu

men

stro

m [

l/h]

Tem

pera

tur

[°C

]

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–27

18,2

31,6

26,2

24,9 24,5 24,6 24,8

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

ohne PCMPCM 21-24°CPCM 22-25°CPCM 23-26°C

Außenluft

ohne Konditionierung

Nachtlüftung, 4 h -

1

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

fügbare Kälteleistung kann über längere Zeit-räume im PCM in der Kühldecke akkumuliertwerden. Reicht im Tagesverlauf die Kälteleistungder Wärmesenke (Kältequelle) nicht aus, decktder zuvor akkumulierte Überschuss aus derPCM-Kühldecke den Restbedarf.

In Zusammenarbeit mit Projektpartnern untersu-chen wir Kühldecken, die auf vom FraunhoferISE mitentwickelten und auf dem deutschenMarkt erhältlichen PCM-Baustoffen basieren. DieMessungen reichen von der Materialcharakteri-sierung im DSC (Differential Scanning Calori-meter) über die Vermessung von Deckenmusternbis hin zur Vermessung ganzer Kühldecken inTesträumen am ISE. 2005 wurde zusätzlich einneuer Testraum für Flächenkühl- und Heiz-systeme aufgebaut, der Messungen unter kon-trollierten Bedingungen in Anlehnung anDIN 4715-1 und EN 14240:2004 ermöglicht.

Die Entwicklung eines auf Simulation basieren-den Auslegungswerkzeugs, das Planer undAnwender beim Einsatz von PCM am Bau unter-stützt, ist ein weiterer Schwerpunkt unsererArbeiten.

In detaillierten Simulationsstudien untersuchenwir Kapillarrohrmattensysteme mit integriertenPhasenwechselmaterialien hinsichtlich derLeistung, des Potenzials und des thermischenNutzerkomforts. Ein Fokus liegt dabei auf der

Volu

men

stro

m [

l/h]

Ope

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ratu

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C]

Abb. 3: Ein Vorteil der Kombination von Kühldecken mit PCMist die mögliche Reduzierung der Pumpenenergie. Die vor-liegende parallele Messung an einer PCM (schwarze Linie) und einer Referenz-Kühldecke (blaue Linie) in Testräumen amFraunhofer ISE zeigt, dass die Referenzdecke nicht nur zweiStunden früher aktive Kühlung benötigt, sondern auchwesentlich häufiger taktet.

Abb. 4: Messungen in einem Büroraum in Leichtbauweise: Zu sehen ist das Tagesmittel der operativen Raumtemperatursowie deren mittleres Maximum und Minimum für gewählteKühlstrategien. Zudem ist die Außentemperatur dargestellt.Die Konditionierung mittels Kapillarrohrmatten verbessertden thermischen Raumkomfort gegenüber einem Nacht-lüftungskonzept. Der Einsatz von PCM reduziert sowohl diemittlere als auch vor allem die maximalen operativenRaumtemperaturen.

ohne Konditionierung

Außenluft Kapilarrohrmatten

Nachtlüftung, 4 h-1

Bestimmung des optimalen Schmelzbereichs derPCM für die jeweilige Anwendung im Heiz- bzw.Kühlfall. Im Rahmen einer Simulationsstudie fürdie passive Kühlung eines Bürogebäudes habenwir gezeigt, dass:

- die Raumkonditionierung mit Kapillar-rohrmatten ein akzeptables Raumklima bereitstellt – vergleichbar mit der Konditionierung durch Betonkern-temperierung,

- der Einsatz von PCM eine Reduzierung der operativen Raumtemperatur bewirkt,

- die aktive, wassergeführte Durchströmung des PCM-Speichers zu dessen vollständiger Entladung führt,

- die gewählte Regelstrategie und Betriebsweise der Kapillarrohrmatten eine entscheidende Auswirkung auf den thermischen Komfort und die Leistung hat,

- für die aktive, wassergeführte Entladung des PCM-Speichers ein niedriger Schmelzbereich effektiver ist.

Das Forschungsvorhaben wird im Rahmen desLowEx-Verbunds vom Bundesministerium fürWirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

13:00 14:00 15:00 16:00 17:00Zeit[h]

600

500

400

300

200

100

0

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28–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Thermisch angetriebene Anlagen zur Sorptions-gestützten Klimatisierung (SGK) von Räumenarbeiten bereits mit Antriebstemperaturen von50–80 °C effizient. Vor diesem Hintergrundergeben sich interessante Kombinationsmöglich-keiten mit Solarwärme oder Abwärme. Auch dieMöglichkeit des Einsatzes im Kraft-Wärme-Kälte-Verbund besteht.

Im Rahmen von Monitoring-Projekten untersu-chen wir die Leistungsfähigkeit solcher Anlagenunter realen Einsatzbedingungen. Dabei erstellenwir Energie- und Kostenbilanzen und zeigenOptimierungspotenziale sowohl bezüglich derKonstruktion als auch im Bereich der Mess-,Steuer- und Regeltechnik auf.

Aktueller Schwerpunkt unserer Arbeit sindAnlagen mit flüssigen Sorbentien, die mit einerwässrigen Lithiumchloridlösung arbeiten.

In Zusammenarbeit mit der Firma MenergaApparatebau erstellten wir zwei Demonstrations-anlagen. Die größere der beiden Anlagen hateine Kapazität von 12 000 m3/h und ist imBereich der Medizinischen Klinik des Universitäts-Klinikums Freiburg installiert. Die Anlage wirdmit Fernwärme aus dem klinikeigenen Heizkraft-werk betrieben. Dank des intensiven Monitoringskonnten bereits zahlreiche Verbesserungen ander Anlage vorgenommen werden.

Das Projekt wird durch die badenova AG & Co.KG im Rahmen ihres Innovationsfonds Klima-und Wasserschutz gefördert.

Sorptionsgestützte Klimatisierung mit flüssigen Sorbentien

Die Klimatisierung von Gebäuden ist ein starkwachsender Markt. Thermisch angetriebeneAnlagen stellen im Vergleich zur derzeit domi-nierenden Kompressionstechnologie sowohlunter ökologischen als auch ökonomischenGesichtspunkten eine interessante Alternativedar. Das Fraunhofer ISE arbeitet mit Industrie-partnern an der Entwicklung und Markt-einführung solcher Anlagen.

Christian Neumann, Daniel Gessner, Till Mansfeld*, Carsten Hindenburg**, Hans-Martin Henning

* Solares Bauen GmbH, Freiburg** selbstständiger Berater

+

-

Desorber

Absorber

RekuperatorHeizregister

Sole-heizregister

Sole-Sole

W‰rmetauscher

Solek¸ hlung

Auflenluft AbluftZuluft FortluftFrischwasser Reichesole Armesole

Abb. 1: Projekt Liquisorp: Fertig installierte Anlage im Universi-tätsklinikum Freiburg. Das Bild zeigt den kompakten, rot-orangfarbenen Kubus des Klimageräts. Im Vordergrund sinddie Heizkreise für die Soleerwärmung im Regenerator(Sommerbetrieb) und für das Zuluft-Heizregister (Winter-betrieb) zu erkennen.

Abb. 2: Prinzipschema einer SGK-Anlage mit flüssigen Sor-bentien. Die Anlage dient der Bereitstellung von gekühlter undentfeuchteter Zuluft. Zunächst erfolgt die Kühlung der warmenund feuchten Außenluft in einem Wärmetauscher mittels adia-bater Befeuchtung der Abluft. Danach wird sie im Absorbermit einer hygroskopischen Lithiumchloridlösung entfeuchtet.Durch die Aufnahme der Luftfeuchtigkeit verringert sich dieKonzentration der Lösung. Um das Entfeuchtungspotenzial derLithiumchloridlösung wieder herzustellen, wird sie im Regene-rator erneut aufkonzentriert. Dort findet der umgekehrteProzess zum Absorber statt: Wasser wird aus der Sole aus-getrieben und an einen separaten Außenluftstrom abgegeben.Hierfür muss die Sole erwärmt werden. Diese Wärmezufuhrstellt den thermischen Antrieb des Prozesses dar.

Solekühlung

Außenluft

Wärmetauscher

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–29

Wärmepumpen ermöglichen es, in hohem MaßeUmweltenergie oder Solarwärme niedriger Tem-peratur zur Beheizung von Wohngebäuden undzur Trinkwassererwärmung zu nutzen. Bei elek-trischem Antrieb wird hierfür Strom eingesetzt,deshalb ist eine hohe Effizienz neben geringenHerstellungskosten und einem robusten Betriebunverzichtbar.

Das Fraunhofer ISE unterstützt Industriepartnerbei der Umsetzung innovativer Ideen und be-treibt auch eigene Geräte- und Patentent-wicklung. Durch die Kombination unterschied-licher Wärmequellen (Abluft, Außenluft, Erd-reich, Solarwärme) erweitern wir die Effizienzund die derzeitigen Einsatzgrenzen von Wärme-pumpen. Ebenso unterstützen wir die Umstel-lung von fluorierten Kohlenwasserstoffen aufnatürliche Kältemittel wie Propan oder CO2, dadies die Umweltbilanz von Wärmepumpen wei-ter verbessern kann.

Um eigene Prototypen oder neue Wärme-pumpen unserer Kunden zu vermessen, habenwir einen automatisierten Teststand mit zweiparallelen Testplätzen aufgebaut. Darin vermes-sen wir Lüftungs-Kompaktgeräte mit Abluft-wärmepumpe unterschiedlicher Hersteller.

Im Leitprojekt NEGEV (Neue Gesamtenergie-konzepte für Gebäude) des Bundeswirtschafts-ministeriums haben wir eine Propan-Wärme-pumpe entwickelt, die über eine Reihenschal-tung der Verflüssiger und eine besonders hoherLeistungszahl verfügt. Das Gerät wurde in unse-rem Teststand geprüft und anschließend imFeldversuch vermessen.

In zwei umfangreichen Projekten zur Feld-messung untersuchen wir derzeit die Effizienzvon 240 Wärmepumpen unterschiedlicherHersteller sowohl im Gebäudebestand als auchin neu gebauten Niedrigenergiehäusern. Dafürerfassen wir alle wichtigen Systemparameter inMinutenwerten und rufen diese per Funk vomInstitut aus ab. Aus der Analyse des System-verhaltens bei unterschiedlichen Randbedin-gungen leiten wir Empfehlungen für dieWeiterentwicklung der Geräte ab. Hieraus erge-ben sich Ansatzpunkte für gemeinsame Ent-wicklungsprojekte mit unseren Partnern.

Die Arbeiten werden mit Unterstützung desBundesministeriums für Wirtschaft und Tech-nologie (BMWi) sowie in Kooperation mitIndustriepartnern durchgeführt.

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Wärmepumpen für hohe Energieeffizienzin Wohngebäuden

Für den Einsatz in energieoptimierten Wohn-gebäuden entwickeln wir Wärmepumpen mithoher Effizienz. Dabei steht die Erschließungzusätzlicher Wärmequellen wie Solarenergieebenso im Fokus wie neuartige Kombinationenvon unterschiedlichen Wärmequellen. Außer-dem setzen wir natürliche Kältemittel ein. Aufunserem Teststand vermessen wir neu entwi-ckelte Wärmepumpen in Lüftungsgeräten undwir unterstützen unsere Projektpartner bei derWeiterentwicklung. In Feldmessungen unter-suchen wir den Einsatz der Geräte in Niedrig-energiehäusern und im Wohnungsbestand.

Andreas Bühring, Christel Russ, Marek Miara, Christian Bichler, Martina Jäschke*, Thore Oltersdorf, Rainer Becker, Jeannette Wapler*, Matthias Schubert, Daniel Kühn, Andreas Bruckbauer, Eva Müller, Christine Freudenberg, Robert Salignat,Hans-Martin Henning

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Abb. 1: Mit diesem neu entwickelten Kombiverdampfer1

können zwei Wärmequellen wie z. B. Abluft undSolarenergie gleichzeitig von der Wärmepumpe genutztwerden, ohne den Kältekreis dafür komplexer gestaltenzu müssen. Das Kältemittel im Ringspalt der Koaxialrohrekann Wärme von der Flüssigkeit im Innenrohr und gleich-zeitig von außen aus dem Luftstrom aufnehmen.1: Patentanmeldung des Fraunhofer ISE

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30–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Mit Hilfe von Strömungssimulationen unterstüt-zen wir unsere Kunden bei der Optimierung vonBauteilen in haustechnischen Anlagen. Dabeigeht es vor allem um Anlagen, bei denenWärme mit Luft- oder Flüssigkeitsströmungentransportiert wird oder in denen die Strömungenim Wärmeaustausch mit den Bauteilen stehen.

Durch eine Untersuchung in der virtuellenRealität kann der Aufwand für den Musterbaubeträchtlich gesenkt werden. Die Wirkung klei-nerer Optimierungen in der Simulation lässt sichohne neue Muster hinreichend untersuchen.Durch Messungen in unseren Testständen über-prüfen wir die Simulationen anhand ausgewähl-ter Varianten.

Je nach Aufgabenstellung setzen wir für dieSimulationen unterschiedliche Programme ein,beispielsweise Fluent und Ansys-CFX. Dabei nut-zen wir die verschiedenen zur Verfügung stehen-den mathematisch-physikalischen Modelle undergänzen diese bei Bedarf um selbst definierteSpezialfunktionen.

Schwerpunkte und Ergebnisse unserer Arbeitensind in den Abbildungen dargestellt.

Mit Strömungssimulationen zu besserer Haustechnik

Für die Optimierung der Bauteilgestaltung inhaustechnischen Komponenten entwickeln wirverschiedene Verfahren. Mit Hilfe unterschied-licher Programme zur Strömungssimulationuntersuchen wir Luftströmungen in Wärme-übertragern ebenso wie Verdampfungsvor-gänge in Wärmepumpen. Die Rauchgas-Anströmung von Wärmeübertragern imBrennraum eines Holzpelletkessels bilden wirin der Simulation ab und untersuchen dabeiverschiedene Designs des Brennraums hinsicht-lich Wärmeübertragung, Druckverlust undFeuerungsführung.

Andreas Bühring, Jörg Dengler, Rehan Yousaf*, Christian Bichler, Benoît Sicre,Thore Oltersdorf, Anant Narare, Tunc Askan,Hans-Martin Henning

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Temperatur Sole, K (im inneren Rohr)

Dampfanteil K‰ltemittel(im Ringspalt)

298.00

297.33

297.44

297.56

297.67

297.78

297.89 Abb. 1: Im Ringspalt des Kombiverdampfers strömt dasKältemittel von links nach rechts, erwärmt sich durchEnergieaufnahme aus dem Luftstrom außen und aus demsich dabei abkühlenden Solestrom im inneren Rohr. DenPhasenwechsel des Kältemittels von der flüssigen Phase(blau) über die Stufen der Verdampfung, Blasensieden undTropfensieden zur überhitzten gasförmigen Phase (rot)berechnen wir mit dem Programm CFX.

Abb. 2: Simulierte Luftströmungdurch einen Luft-Luft-Wärme-übertrager zur Wärmerückge-winnung aus der Abluft in einemLüftungsgerät. FarbcodierteStrömungsbänder stellen die Be-wegung der eintretenden Luft-ströme (links: kalte Außenluft,rechts: warme Abluft) durch dasSimulationsgebiet sowie ihreTemperaturen dar. Durch Varia-tion der Anströmgeometrie undder Gestaltung der wärmeüber-tragenden Oberflächen könnenwir mit dem Programm Fluent inder Simulation Optimierungendurchführen und überprüfen.

Abb. 3: Wir optimieren den Er-hitzerkopf eines mit Holzpelletsbetriebenen Stirlingmotors, derStrom und Wärme erzeugt. MitHilfe von Simulationen unter-suchen wir mögliche Optimie-rungen, um einen möglichstgroßen Anteil der Energie ausdem Rauchgas in den Stirling-prozess einzukoppeln und soden Anteil erzeugten Stroms zuerhöhen. Das Bild zeigt die fürden Einsatz in der CFD-Simu-lation vernetzte Geometrie desErhitzerkopfs.

Temperatur Sole, K(im inneren Rohr)

Dampfanteil Kältemittel(im Ringspalt)

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–31

Für unsere Kollektormessungen am FraunhoferISE betreiben wir sowohl einen Outdoor-Test-stand mit Tracker als auch einen witterungsun-abhängigen Indoor-Teststand mit Solarsimulator.Beide Teststände werden sowohl für Zertifizie-rungsmessungen als auch für Entwicklungs-arbeiten eingesetzt. Mit dem neuen Prozess-wärmekollektor-Teststand haben wir eine Zusatz-Einheit entwickelt, die in beiden Testanlagen ein-setzbar ist. So erweitern wir die experimentellenMöglichkeiten für die Entwicklung von Prozess-wärmekollektoren: Für konzentrierende Kollek-toren ist der Outdoor-Teststand wegen der not-wendigen Verfügbarkeit der Direktstrahlungunerlässlich, nicht-konzentrierende Kollektorenkönnen dagegen auch mit dem Indoor-Teststanduntersucht werden. Dies bietet insbesondere fürEntwicklungsarbeiten den Kosten sparendenVorteil zeitlicher Unabhängigkeit, einer besserenWiederholgenauigkeit sowie einer höherenFlexibilität für gezielte experimentelleUntersuchungen.

Als Wärmeträgerfluid verwenden wir Wasserunter Druck. Die Sattdampftemperatur vonWasser bei 200 °C beträgt 15,3 bar. Darausergaben sich die wesentlichen Anforderungen andie Komponenten der neuen Test-Einheit. Bislanghaben wir damit Wirkungsgradkennlinien vonFlachkollektoren, einem zweifach abgedecktenCPC-Flachkollektor sowie von Vakuumröhren-kollektoren mit CPC-Reflektor bei Kollektor-temperaturen bis 185 °C vermessen (Abb. 2).

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Neuer Teststand zur Entwicklung vonProzesswärmekollektoren

Bislang werden in den Testlaboren inDeutschland und in Europa die Kollektor-wirkungsgradkennlinien bei Kollektoreinlauf-temperaturen von maximal 100 bis 120 °Cgemessen. Für die Entwicklung und Bewertungvon Prozesswärmekollektoren ist dies nichtausreichend, da diese bei Betriebstempera-turen im Bereich von 80 °C bis 250 °C einge-setzt werden. Am Fraunhofer ISE haben wireinen neuen Teststand aufgebaut, mit dem wirgenaue Wirkungsgradkennlinienmessungen bis200 °C durchführen können.

Korbinian Kramer*, Stefan Mehnert, Matthias Rommel, Arim Schäfer, Thorsten Siems, Christoph Thoma,Hans-Martin Henning

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Abb. 1: Wirkungsgradkennlinienmessung eines Vakuum-röhrenkollektors mit CPC-Reflektor unter dem Solarsimulatordes Fraunhofer ISE. Links unten im Bild steht der neueTeststand, mit dem wir exakte Messungen bis 200 °C durch-führen können. Der Teststand ist transportabel konzipiert, sodass wir ihn auch mit dem Freiluft-Teststand mit Tracker undnatürlicher Solarstrahlung einsetzen können.

Abb. 2: Die Abbildung zeigt die gemessenen Wirkungs-gradpunkte und die sich daraus ergebende Kennlinie.Während der Messung betrug die Einstrahlung unter demSolarsimulator 934 W/m2 und die Umgebungslufttemperatur33 °C. Die mittlere Fluidtemperatur bei der Messung desletzten Messpunktes betrug 184 °C.

Wirk

ungs

grad

[-]

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

00 50 100 150 200 250

Tfluid - Tamb [°C]

Das Projekt wird vom Bundesministerium fürUmwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit(BMU) im Rahmen der IEA Task 33/4 des »SolarHeating and Cooling Programme« unterstützt.

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32–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Adsorbentien, wie sie in den heute im Markt verfügbaren Adsorptionswärmepumpen und -kältemaschinen eingesetzt werden, verdankenihre Konzeption und Synthetisierung einer ur-sprünglich anderen Zielsetzung (z. B. Gas-trennung oder Katalyse).

Speziell für die Anwendung in Kältemaschinenund Wärmepumpen bietet sich daher mit neuenMaterialien ein hohes Optimierungspotenzial. Im Rahmen eines Forschungsnetzwerk-Projektshaben wir neu entwickelte Adsorptionsmate-rialien am Fraunhofer ISE charakterisiert undbewertet.

Für die Wärmespeicherung kommen wegen derbenötigten Materialmengen nur kostengünstigeAdsorptionsmaterialien in Frage. Hierfür habensich chemisch hydrophilierte Aktivkohlen sowieauch Schichtsilikate als aussichtsreich erwiesen.Für beide Materialklassen sind weitere grund-lagenorientierte Forschungsarbeiten erforderlich,bevor eine Produktentwicklung sinnvollerscheint.

Für Wärmepumpen und Kältemaschinen habensich Aluminophosphate (AlPOs) und Siliko-Aluminophosphate (SAPOs) als besonders aus-sichtsreich gezeigt.

Adsorptionstechnik zum Heizen undKühlen: Materialien, Komponenten,Systeme

Gemeinsam mit universitären Partnern for-schen wir an neuen Adsorbentien für denEinsatz in thermisch angetriebenen Wärme-pumpen und Kältemaschinen sowie in Wärme-speichern. Gegenüber klassischen Zeolithenund Silikagelen wurden deutlich verbesserteAdsorbentien gefunden. Um höhere Leistungs-dichten bei Adsorptionswärmepumpen zuerreichen, entwickeln wir einen Adsorbens-Metall-Verbund mit hierarchischer Porosität.Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Ent-wicklung verbesserter Verdampferstrukturen.

Ferdinand Schmidt, Tomas Núñez, Stefan Henninger*, Lena Schnabel**, Ursula Wittstadt, Gerrit Füldner, Gunther Munz, Daniel Sonnekalb, Anna Jahnke, Benoit Reynier, Hans-Martin Henning

* Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

** Promotionsstipendiatin der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

Abb. 1: Gerüststruktur des Kupfer-BTCs (Benzoltricarboxylat),eines metallorganischen Gerüstmaterials, wie sie in einermolekularen Simulation benutzt wird. Das Cu-Atom ist magentafarben dargestellt, Kohlenstoff grün, Sauerstoff rotund die Wassermoleküle weiß-rot. Der Cu-BTC zeigt einehöhere Wasseradsorptionskapazität im nutzbaren Dampf-druckbereich als alle bisher untersuchten Adsorbentien.

Abb. 2: Vergleich des Beladungsumsatzes an adsorbiertemWasser für verschiedene untersuchte Adsorbentien ineinem Kältemaschinenzyklus (Temperaturniveaus: 140 °CDesorption bei 35 °C Kondensation, 30 °C Adsorption bei10 °C Verdampfung).

Silik

agel

(G

race

127

B)

Na-

Y Z

eolit

h

Akt

ivko

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Li-Y

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lith AIP

O-1

8

Cu-

BTC

Bela

dung

shub

[g(

H2O

)/g(a

ds.)]

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

0

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–33

Auch unter den Metallorganischen Gerüstma-terialien (MOFs), die hier erstmals auf ihre An-wendung in Adsorptionswärmepumpen hinuntersucht wurden, findet sich mit dem Kupfer-BTC (Benzoltricarboxylat) ein Vertreter mit exzel-lenten Wasser-Adsorptionseigenschaften.

Alle genannten neuen Materialien sind kostenin-tensiv und haben deshalb nur in Anwendungenmit vielen Tausend Adsorptionszyklen die Chanceeiner wirtschaftlichen Amortisation. Deshalb istdie Verkürzung der Zyklenzeit von Adsorptions-wärmepumpen durch eine Intensivierung desWärme- und Stofftransports ein wichtiges Zielfür uns. Eine weitere Motivation für dieErhöhung der Leistungsdichte ist die Einsparungwertvollen Bauraums. In einigen Anwendungenwie der Fahrzeugklimatisierung rückt eineNutzung von Adsorptionskältemaschinen über-haupt erst bei einer deutlich erhöhten Leistungs-dichte in den Bereich des Machbaren.

Die Arbeiten des vom Fraunhofer ISE koordinier-ten Forschungsnetzwerk-Projekts werden vomBundesministerium für Bildung und Forschung(BMBF) gefördert.

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Abb. 3: Verbund aus Aluminium-Schwamm und Zeolith(oben links) für Adsorber mit hoher Leistungsdichte. REM-Aufnahmen des Schwamms in verschiedener Vergrößerung(links unten und rechts) zeigen die dichte Belegung derSchwammoberfläche mit Zeolithkristallen. Schwamm-herstellung: Fraunhofer IFAM Bremen, Beschichtung undREM-Aufnahmen: Universität Erlangen, Prof. Schwieger

Abb. 4: Foto der Verdampferkammer des Messstandes. In dieser vakuumdichten Kammer werden die unterschiedlichenVerdampferstrukturen (geflutet, berieselt) eingebaut. Es kön-nen Strukturen bis zu 2 kW Kälteleistung vermessen werden.Die Bilanzierung der Kälteleistung erfolgt über die Fluidseite,die Zuführungen und Temperatursensoren hierfür sind auf derrechten Seite der Anlage am Deckel zu erkennen.

Schaugläser

Abspv. 7 Abspv. 8

Ablauf zum Messrohr

Stromdurch-führung

In einem ebenfalls vom ISE koordinierten Eigen-forschungsprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft(WISA-Programm) entwickeln wir gemeinsam mitden Fraunhofer-Instituten IFAM, ITWM und IVVVerbundstrukturen aus Adsorptionsmaterialienund offenzelligen Metallschwämmen und -faser-strukturen. Wir erwarten, dass der Einsatz dieserVerbundmaterialien mit hierarchischer Poren-struktur einen Sprung in der Leistungsdichte von Adsorbern ermöglicht.

Auch in den anderen Komponenten einerAdsorptionswärmepumpe steckt erheblichesOptimierungspotenzial. Aktuell betreiben wirprioritär die Entwicklung verbesserter Ver-dampfer. Als Voraussetzung bauten wir am ISEeinen Verdampfer-Teststand auf. Hier kann dieVerdampfung von Wasser bei niedrigen Tem-peraturen und Drücken (3 °C bis 20 °C, entspre-chend 6 bis 23 mbar) an kleinen Wärmeüber-tragerstrukturen vermessen werden. DieCharakterisierung unterschiedlicher Wärmeüber-tragerstrukturen und Betriebsweisen gibt Auf-schluss über Optimierungspotenziale derVerdampfereinheiten. Die zuletzt genanntenArbeiten werden im Rahmen des ProjektesSoCold von der Europäischen Union gefördert.

Abspv. 1

Abspv. 3

T 1

T 3

T 5

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Solare Energiesysteme wandeln Solarenergie, diein Form von elektromagnetischer Strahlung aufdie Erde trifft, in thermische, elektrische oderchemische Energie um. Wir entwickeln optischeKomponenten und Systeme, um die Solarstrah-lung je nach Anforderung besser zu transmittie-ren, zu reflektieren, zu absorbieren, zu filtern, zulenken oder zu konzentrieren.

Dabei stellt die große Bandbreite des solarenSpektrums mit Wellenlängen von 0,3–2,5 µmsowie die Notwendigkeit der großflächigen undkostengünstigen Herstellbarkeit von optischenKomponenten und Systemen eine Herausforde-rung dar. Um dieser zu begegnen, verfolgen wirneuartige Lösungsansätze, die ein Zusammen-führen von Materialforschung, optischem Designund Fertigungstechnik erfordern. Für die erfolg-reiche Umsetzung in neue Produkte der Solar-technik ist neben optischem Know-how undenger Zusammenarbeit mit unseren Kundenauch die umfassende Kenntnis solarer Energie-systeme erforderlich – eine Voraussetzung, dieam Fraunhofer ISE in Synergie besonders guterfüllt wird.

Das Geschäftsfeld »Optische Komponenten undSysteme« bedient als Querschnittsthema mehre-re Marktsegmente der Solartechnik: Fenster undFassaden, solarthermische Kollektoren, Photo-voltaik und solare Kraftwerke. Unsere Expertise

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 35Bes

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Optische Komponentenund Systeme

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wird aber auch bei Kunden geschätzt, die nichtaus der Solarbranche kommen. So unterstützenwir auch die Licht- und die Displaytechnik.

Schaltbare Beschichtungen auf Fensterscheibenerlauben es, die Transmission der Fenster zu ver-ringern, wenn Überhitzung des Gebäudes droht.Gaschrome Verglasungen, bei denen die Absorp-tion über weite Bereiche regelbar ist, sind bereitsin Demonstrationsfassaden erfolgreich getestetworden. Labormuster von photochromen undphotoelektrochromen Systemen zeigen sehr guteoptische Resultate und sind für Verglasungenäußerst vielversprechend. Die Klärung grundle-gender Mechanismen schaltbarer Spiegel erlaubtjetzt deren gezielte Weiterentwicklung. Mikro-strukturierte Oberflächen ermöglichen Sonnen-schutzsysteme, die unerwünschte direkte Solar-strahlung reflektieren und dennoch diffusesTageslicht durchlassen.

Das mikro-optische Know-how und die groß-flächige Interferenzlithographie haben für dasFraunhofer ISE ein Anwendungsgebiet außerhalbder Solartechnik groß werden lassen: die Display-technik. Hier arbeiten wir an mikrostrukturiertenKunststoff-Filmen, die eine höhere Helligkeit undeinen besseren Kontrast von Displays erlauben.Lichtlenkung ist zentrales Thema in der Licht-technik. Aufbauend auf unseren Arbeiten im Be-reich der Tageslichttechnik bieten wir unsere Ex-pertise zu optischen Material- und Oberflächen-eigenschaften auch für optisches Design in derKunstlichttechnik an.

Selektive Absorberschichten solarthermischerKollektoren (Temperaturen bis 230 °C) werdenvon uns seit Jahren entwickelt und in dieIndustrie transferiert. Als Beschichtungen inAbsorberrohren von solarthermischen Kraft-werken müssen solche Schichtsysteme aberwesentlich höhere Temperaturen von mehr als

400 °C dauerhaft aushalten. Dafür werdenabhängig von der Absorberrohr-Variante zusätz-liche Schichten als Diffusionsbarrieren in dasSchichtsystem integriert. In photovoltaischenKonzentrator-Modulen wird die Solarstrahlungauf kleinflächige Hochleistungssolarzellen kon-zentriert. Wir optimieren Konzentratoroptikenhinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten.

In den vergangenen Jahren haben wir unsereModellierungsverfahren kontinuierlich erweitert.Sie umfassen grundlegende physikalischeModelle wie Effektiv-Medium-Theorien, rigoroseund skalare Beugungstheorie, Streutheorien,Dünnschichtmethoden, geometrische und nicht-abbildende Optik sowie Planungswerkzeuge z. B.für die Leuchtenplanung. So können wir beiAnfragen unserer Kunden die Machbarkeit einergewünschten optischen Komponente schnellund effizient klären. Als Fertigungsverfahren stehen uns Vakuum-Beschichtungsverfahren und Mikrostrukturierungsverfahren zur Verfü-gung. Die verfügbaren Charakterisierungsmetho-den bieten neben den Standardverfahren auchspezialisierte Sonderaufbauten z. B. zur Bestim-mung bidirektionaler optischer Eigenschaften. In guter Zusammenarbeit mit anerkannten For-schungseinrichtungen innerhalb und außerhalbder Fraunhofer-Gesellschaft komplettieren wirunser Angebot, wann immer dies notwendigwird.

Besondere Einrichtungen:- Vakuumbeschichtungsanlage zur industrie-

nahen Herstellung großflächiger (140x180 cm2) komplexer Schichtsysteme

- Interferenzlithographieanlagen zur homogenenHerstellung von Mikro- und Nanostrukturen auf Flächen von bis zu 120x120 cm2

- Optische Messtechnik: Spektrometrie mit integrierenden Kugeln, Goniometrie, Streu-lichtmessung

36 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

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Messung der räumlichen Verteilung des von einer Verglasung mit mikrostrukturiertemLichtlenkelement transmittierten und reflektierten Lichts mit einem Photogoniometer. Es handelt sich um eine prismatische Struktur, die als Folie auf Glas laminiert und inVerglasungen integriert wird. Strukturen für Lichtlenkelemente oder zum saisonalenSonnenschutz werden am Fraunhofer ISE entwickelt, hergestellt und optimiert. Unter flachem Winkel einfallendes Licht wird an den beiden Flanken der Prismenstruktur ge-brochen und der einfallende Strahl wird in zwei Teilstrahlen zerlegt. Durch einen Trick wird der Strahlengang des Lichts auch im Foto sichtbar. Während flach einfallende Strahlung im Winter und helles Himmelslicht transmittiert wird, wird Licht der hoch stehenden Sommersonne von der Struktur reflektiert. Die saisonale Regelung zwischen Transmission und Reflexion übernimmt der sich ändernde Sonnenstand (Beitrag S. 42).

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 37

Ansprechpartner

Beschichtungen – Dipl.-Ing. Wolfgang Graf Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 46Technologie und Systeme E-Mail: [email protected]

Mikrostrukturierte Oberflächen Dr. Benedikt Bläsi Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 95E-Mail: [email protected]

Komponentenentwicklung Dr. Werner Platzer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 31Lichtlenkung und solare Konzentration E-Mail: [email protected]

Solare Kraftwerke Dr. Werner Platzer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 31Lichtlenkung und solare Konzentration E-Mail: [email protected]

Lichttechnik Dipl.-Ing. Jan Wienold Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 33E-Mail: [email protected]

Dr. Werner Platzer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 31E-Mail: [email protected]

Displaytechnik Dr. Benedikt Bläsi Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 95E-Mail: [email protected]

Übergreifende Koordination

Optische Komponenten Priv. Doz. Dr. Andreas Gombert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 83und Systeme E-Mail: [email protected]

Gebäude und technische Dr. Hans-Martin Henning Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 34Gebäudeausrüstung E-Mail: [email protected]

Solarzellen Prof. Dr. Gerhard Willeke Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 66E-Mail: [email protected]

Optische Komponenten und Systeme

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38–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

In solarthermischen Kraftwerken wird Sonnen-licht über Spiegel auf einen selektiven Absorberfokussiert. Bei linear konzentrierenden Systemenunterscheidet man Parabolrinnen- und Fresnel-spiegelsysteme mit Sekundärspiegel. DieBetriebstemperaturen liegen je nach System undAnwendung im Bereich von 300–500 °C. Austhermodynamischen Gründen möchte man mög-lichst hohe Temperaturen erreichen. Die bisheri-gen Schichtsysteme waren nur bei Temperaturenvon bis zu 400 °C langzeitstabil. Verwendet mantemperaturstabile Zusatzschichten, können dieSchichtsysteme gegen die dominierendenDegradationsprozesse Diffusion und Oxidationgeschützt werden (Abb. 2). Die Diffusion betrifftdas Austreten von Elementen aus dem Substratin die Schicht, aber auch die Diffusion vonElementen innerhalb des Schichtstapels. DieOxidation tritt vor allem bei Schichten an Luftauf, kann aber auch bei den Schichten imVakuum eine Rolle spielen, da hier Metalle inoxidierter und nichtoxidierter Form nebeneinan-der vorliegen. Das bevorzugte Beschichtungs-verfahren ist das Sputtern (Abb. 3).

Selektive Absorberschichten undSekundärspiegel für solarthermischeKraftwerke

Im Rahmen unserer Arbeiten zu solarthermi-schen Kraftwerken haben wir selektive Ab-sorberschichten und Spiegelschichten entwi-ckelt. Neben optischen Eigenschaften standdabei die Beständigkeit bei hohen Tempera-turen im Vordergrund. Die Entwicklungenbeziehen sich auf evakuierte Absorberrohre fürParabolrinnen-Kraftwerke, auf Absorberrohrean Atmosphäre für Fresnel-Kollektoren und auf Sekundärspiegel für Turmkraftwerke und Fresnel-Kollektoren (dazu auch BeitragSeite 87).

Andreas Georg, Wolfgang Graf, Christina Hildebrandt, Andreas Gombert

Stahl IR-Spiegel Cermet Deckschich

Abb. 1: Absorberrohrstück auf einem Spiegelelement. Abb. 2: Schematischer Schichtaufbau eines herkömmlichenSolarabsorbers mit metallischem Infrarot-Spiegel, absorbie-render Keramik-Metall-Mischschicht (Cermet) und entspie-gelnder Deckschicht. Darunter der Aufbau eines neuartigenSolarabsorbers mit zusätzlichen Schutzschichten für einehohe Temperaturbeständigkeit.

zusätzliche optionale Schutzschichten

Stahl IR-Spiegel Cermet Deckschicht

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–39

Für die selektiven Absorberschichten wurdenunterschiedliche Materialien und Schichtsystemeuntersucht und optimiert. Als weitere Parameterfür die Langzeitstabilität betrachteten wir dieZusammensetzung und die Vorbehandlung desStahlrohrs, insbesondere seiner Oberfläche.Neben der optischen Charakterisierung stand dieUntersuchung der chemischen Schichtstruktur inAbhängigkeit von der Temperaturbelastung imMittelpunkt. In den ersten Stunden der Tempera-turbelastung findet immer eine begrenzte Ver-änderung der Schichtstruktur statt. Diese ist aberreproduzierbar und kann im Herstellungsprozessberücksichtigt werden. Das bisher besteSchichtsystem verändert sich bei 500 °C an Luftin der solaren Absorption innerhalb der erstenStunde um 5%, in den folgenden 1800 Stundennur um 1%. In der Emission verändert es sich inder ersten Stunde um 3%, danach nur um 1%(bezogen auf einen Planck-Strahler mit 450 °C,der angestrebten Betriebstemperatur).

Die Spiegel wurden als Oberflächenspiegel aus-geführt, um eine hohe Reflexion zu erzielen. DieOberflächentemperaturen im Sekundärspiegelerreichen bis zu 300 °C. Auf das Glassubstratbringen wir eine Haft- und Barriereschicht auf,dann eine Silber-Spiegelschicht und schließlicheine Deckschicht. Die Haft- und Barriereschichtdient neben der Verbesserung der Schichthaf-tung der Unterdrückung von Diffusion vor allempositiver Ionen aus dem Glas in die Silberschichtund von Silber in das Glas. Die Deckschichtschützt das Silber vor Korrosion, vor allem gegenReaktion mit Sulfiden. Zusätzliche Haftschichtenkönnen zwischen Silber und Deckschicht einge-bracht werden. Sie sind vor allem für die Be-ständigkeit gegenüber Reinigungsprozessen vonBedeutung. Wesentliche Faktoren für die Stabili-tät des Schichtsystems sind die Auswahl derGlassorte sowie die Reinigung des Glassubstrats.Bisher erreichten wir eine solare Reflexion von95%. Bezieht man die Reflexion auf das Spek-trum des vom Primärspiegel reflektierten Lichts,so fällt sie um knapp 1% höher aus.

Die Arbeiten werden durch das Bundesminis-terium für Umwelt, Naturschutz und Reaktor-sicherheit (BMU) gefördert.

Optische Komponenten und Systeme

0,5 1,0 1,5 2,0Wellenl‰nge / µm

Abb. 3: Sputteranlage zur Beschichtung der Stahlrohre mitAbsorberschichten und der Gläser mit Spiegelschichten.

0,5 1,0 1,5 2,0Wellenlänge [µm]

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

Refle

xion

[-]

Abb. 4: Spektrum eines Oberflächenspiegels (Rsol=95%,schwarz). Ebenfalls gezeigt ist das Sonnenspektrum (AM1.5, grün).

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40–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Schaltbare Spiegel mit Magnesium-Nickel-Schichten

Mit dünnen Magnesium-Nickel (MgxNi)-Schichten lassen sich optisch schaltbareSpiegel herstellen. Dabei wird das spiegelndeMetall durch Einlagerung von Wasserstoffreversibel in ein transparentes Hydrid umge-wandelt. Anwendungsmöglichkeiten bietensich im Fensterbau speziell für den Überhit-zungs- und Blendschutz, insbesondere inKombination mit lichtlenkenden Strukturen.Für eine schnelle und vollständige Schaltung ist u. a. das Einstellen eines bestimmtenVerhältnisses von Magnesium zu Nickelwesentlich.

Jürgen Ell*, Andreas Georg, Wolfgang Graf,Andreas Gombert

* Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

MgxNi-Hy

Pd

Glas

HH H

MgxNi

Pd

Glas

HH H

MgxNi

MgxNi-Hy

MgxNi-Hy

H

H H O O

O

Pd

Glas

MgxNi

MgxNi-Hy

HH

H

H HO

Abb. 1: Mechanismus der Reaktion mit H2(links) und O2 (rechts) für MgxNi-Schichtenmit mittlerem Ni-Gehalt (4 < x < 8). DieGase werden jeweils am Palladium dissozi-iert und der Wasserstoff überschreitet dieeinzelnen Grenzflächen. Bei der Reaktionmit H2 beginnt die Hydridbildung am Sub-strat und läuft vollständig lagenförmig wei-ter. Die kinetisch dominierenden Teilschrittesind durch rote Pfeile gekennzeichnet.

Abb. 2: Mechanismus der Reaktion der MgxNi-Schicht mit H2 für Niund Mg reiche Schichten. Für Mg reiche Schichten (x > 8, links)wächst das Hydrid lagenförmig vom Substrat, aber es verbleibenmetallische Einschlüsse in der Hydrid-Schicht. Für Ni reicheSchichten (x < 4, rechts) wächst eine zusätzliche Hydridschicht mitmetallischen Einschlüssen von der Pd-Seite aus, die die Reaktionzum Erliegen bringt.

Schaltbare Spiegel haben ein großes wirtschaft-liches Potenzial, da mit ihnen die Transmissionvon Verglasungen über einen sehr großenDynamikbereich geschaltet werden kann. In derVorstufe einer Produktentwicklung haben wiruns mit dem Modell für den Schaltmechanismusbefasst.

Beim Überströmen mit verdünntem Wasserstoffreagieren dünne Schichten aus metallischemMgxNi – die einen Überzug aus Palladium (Pd)haben – und bilden ein transparentes Hydrid(Abb. 1). Mit verdünntem O2-Gas lässt sich dieReaktion umkehren. Typische Schaltzeiten liegenbei etwa einer Minute für die Hydrierung undetwa 10 Minuten für die Dehydrierung. Wesent-lich hierbei ist das lagenförmige Wachsen derHydridschicht von der Substratseite aus. DieBeweglichkeit von Wasserstoff im Hydrid ist imGegensatz zum Metall sehr gering. Bei einemWachstum des Hydrids von der Pd-Seite auswürde ein weiterer Transport des Wasserstoffsblockiert werden.

Die Keimbildung des Hydrids an der Substrat-seite kann zum einen durch ein günstiges Ver-hältnis von Magnesium zu Nickel begünstigtwerden. Aber auch besondere chemische undstrukturelle Eigenschaften der Pd-MgxNi und derMgxNi-Substrat-Grenzflächen spielen eine großeRolle. Für Magnesium reiche Schichten (Abb. 2,links) beginnt die Hydridbildung zwar auch vonder Substratseite aus, allerdings verbleibenmetallische Einschlüsse in der Hydridschicht, diedurch die blockierende Wirkung des Hydridsnicht weiter hydriert werden können. Für Nickelreiche Schichten (Abb. 2, rechts) wächst zusätz-lich eine Hydridschicht von der Palladium-Seiteaus. Nachdem sie eine bestimmte Dicke erreichthat, blockiert sie den weiteren Wasserstoff-Transport und die Reaktion kommt zum Erliegen.

Trotz deutlicher Verbesserung der Stabilität durchgeeignete Maßnahmen ist nach ca. 250 Schalt-zyklen immer noch eine leichte Oxidation desMgxNi feststellbar. Dies kann prinzipiell durcheffektive Schutzschichten oder durch einen sogenannten elektrochromen Aufbau vermiedenwerden, bei dem der Wasserstoff zwischen derMgxNi-Schicht und einer zusätzlichen Wasser-stoff-Speicherschicht durch Anlegen einerSpannung hin- und hergeschoben wird.

Die Arbeiten zu Metallhydriden wurden geför-dert durch das Bundesministerium für Wirtschaftund Technologie (BMWi).

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Hochfrequente Gitter für optischeAnwendungen

Hochfrequente Gitterstrukturen mit Perioden,die unterhalb der Lichtwellenlänge liegen, kön-nen für spezielle optische Effekte eingesetztwerden. Am Fraunhofer ISE haben wir Tech-nologien entwickelt, um entsprechende Struk-turen maßgeschneidert auf großen Flächen zu erzeugen. Durch Mikroreplikationsverfahrenkönnen solche funktionalisierten Oberflächenkostengünstig in Produkte eingebracht wer-den.

Benedikt Bläsi, Andreas Gronbach, Jörg Mick,Andreas Gombert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–41

Wenn Oberflächengitter Strukturperioden auf-weisen, die unterhalb der Lichtwellenlänge lie-gen, können diese Strukturen nicht mehr aufge-löst werden und wirken darum als effektivesMedium. Dies kann man für verschiedene optische Effekte nutzen: Kontinuierliche Profileführen zu einem Gradienten des effektivenBrechungsindex und wirken entspiegelnd.Lamellenartige Strukturen haben polarisationsab-hängige optische Eigenschaften und könnenz. B. als Phasenverzögerungselemente oderPolarisatoren eingesetzt werden. Wir simulierensolche Strukturen mit Näherungsverfahren(Effektiv-Medium-Theorie) sowie mit wellenopti-schen Werkzeugen (Rigorose Beugungstheorie).Dadurch sind wir in der Lage, die optischenEigenschaften gegebener Strukturen zu beschrei-ben und neue Strukturen kundenspezifisch zugestalten.

Optische Komponenten und Systeme

Abb. 1: Lineare Struktur mit hohem Aspektverhältnis für eine Anwendung als Phasenverzögerungselement.

Abb. 2: Das Fraunhofer ISE Interferenzlithographielabor. Hierkönnen Gitterstrukturen auf Flächen von bis zu 1,2 x 1,2 m2

homogen erzeugt werden.

Durch Interferenzlithographie können amFraunhofer ISE Oberflächenstrukturen mitPerioden ab 200 nm erzeugt werden. NeuesteEntwicklungen ermöglichen es, die Stabilität desBelichtungsaufbaus so gut zu kontrollieren, dasskontrastreiche Belichtungen über mehrere Stun-den möglich sind. Zusätzlich haben wir neuartigehochauflösende Photoresist-Systeme untersuchtund die Belichtungsprozesse so angepasst, dasswir Strukturen mit besonders hohen Aspekt-verhältnissen erzeugen können. So können wirjetzt anspruchsvolle Strukturen auch großflächigherstellen.

Mikroreplikationsverfahren ermöglichen das kos-tengünstige Einbringen solcher funktionalisiertenOberflächen in Massenprodukte. Mit diesen Ver-fahren hergestellte Antireflex-Oberflächen sowieFolien mit polarisationsabhängigen optischenEigenschaften sind damit insbesondere für dieDisplaytechnologie interessant.

Damit neue Entwicklungen schnell auf demMarkt umgesetzt werden können haben wir dieFirma holotools GmbH gegründet. Sie fertigtPrägewerkzeuge für die Produktion.

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42–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

In der Gebäudehülle stellen Fenster den Bezugzur Außenwelt her und regeln den Eintrag vonStrahlung in Form von Licht und Wärme insGebäude. Tageslicht verringert den Bedarf anKunstlicht, im Winter trägt die Sonnenstrahlungzur Raumheizung bei. Im Sommer dagegen führtzuviel Strahlung zu unkomfortabel hohen Raum-temperaturen bzw. zu erhöhtem Kühlbedarf.

Wir entwickeln saisonal wirksame Sonnenschutz-verglasungen, die das Licht der hoch stehendenSommersonne zurückwerfen, aber Tageslichtsowie Strahlung der tiefer stehenden Winter-sonne ins Gebäude hineinlassen. Dies gelingtdurch Umlenken (Brechung und Totalreflexion)von Strahlung in Prismen, die in Form einermikrostrukturierten Folie in die Verglasung integriert sind. Verglasungen mit integrierterLichtlenkung eignen sich für den Einsatz inBereichen, wo eine ungestörte Durchsicht nichtzwingend nötig ist, z. B. in Oberlichtern oder alsTeil von transluzenten Fassadenelementen. EineTeildurchsicht und ein schemenhafter Außen-bezug sind jedoch bei Bedarf möglich.

Sonnenschutzverglasungen auf der Basismikrostrukturierter Oberflächen

Im Sommer führen unverschattete Fenster zuhohen Raumtemperaturen oder hohem Bedarfan Kühlenergie, während im Winter Sonnen-licht einen wichtigen Beitrag zur Raumheizungleisten kann. Daher entwickeln wir Fenster mitsaisonaler Sonnenschutzfunktion, die auf derUmlenkung von Licht an Mikroprismen basie-ren. Eine in die Verglasung integrierte, mikro-strukturierte Folie sorgt dafür, dass Strahlender hochstehenden Sommersonne zurückge-worfen werden, während die tiefer stehendeWintersonne ins Gebäude hineingelangt.

Benedikt Bläsi, Jörg Mick, Peter Nitz, WernerPlatzer, Günther Walze, Andreas Gombert

Abb. 1: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM)einer interferenzlithographisch hergestellten Prismenstrukturmit saisonaler Sonnenschutzfunktion und übermodulierterStreuung, die als Höhenmodulation der Prismen sichtbar ist.Die Strahlengänge im Sommer (orange) und im Winter (blau)sind schematisch dargestellt.

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–43

Durch die Brechung an Prismenstrukturen wirddas weiße Sonnenlicht farblich aufgespalten. Um Farbeffekte im Raum zu verringern bzw. zuvermeiden, haben wir der Prismenfunktion eineleichte Streuung überlagert, die farblich getrenn-te Strahlen wieder zu weißem Licht mischt. Einesolche Streuung erreichen wir, indem wir dieMikrostrukturen in ihrer Periode oder Höheschwach modulieren. Eine entsprechendeHöhenmodulation ist bei der in Abb. 1 gezeigtenStruktur sichtbar. Durch die Streuung kann dieStruktur das Aussehen eines satinierten Glaseserhalten.

Die Urformen von Mikrostrukturen, die durchMassenreplikationsverfahren in Kunststoff abge-formt werden, lassen sich durch verschiedeneVerfahren herstellen. Wir haben am FraunhoferISE interferenzlithographisch erzeugte Strukturenmit durch Ultrapräzisionsbearbeitung (z. B.Diamantfräsen) hergestellten Strukturen ver-glichen. Letztere lassen sich direkt auf einePrägewalze schneiden, was bei der ReplikationVorteile bringt und die Abformung einer endlo-sen Folienrolle ohne Naht erlaubt.

Optische Komponenten und Systeme

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Abb. 2: REM-Aufnahme einer mikromechanisch herge-stellten Struktur mit saisonaler Sonnenschutzfunktion.Diese Struktur ist auf einer Größenskala moduliert, diewesentlich größer ist als die Strukturperiode. Daher istdie Modulation im Bild nicht sichtbar. SchematischeStrahlengänge analog zu Abb. 1.

Andererseits ermöglicht die interferenzlithogra-phische Herstellung eine einfache Modulationdurch Überlagern einer zweiten Belichtung (Abb. 1). Im Projektverlauf gelang es, auch mikro-mechanisch hergestellte Mikrostrukturen (Abb. 2)zu modulieren und die erwünschte Lichtstreuungzu erzielen. So stehen jetzt zwei Technologienzur Verfügung, die den speziellen Anforderungengemäß eingesetzt werden können.

Unsere Industriepartner aus dem Verglasungs-bereich konnten in Laminationsversuchen erfolg-reich strukturierte Folien auf Glas auflaminierenund damit Isolierverglasungen fertigen. Die saisonale Schutzfunktion von Verglasungsproto-typen äußert sich in der ausgeprägten einfalls-winkelabhängigen Transmission (Abb. 3). Um dieUmsetzung in Produkte zu erreichen, führen wirderzeit gemeinsam mit unseren IndustriepartnernStabilitätsuntersuchungen und Prozessopti-mierungen durch.

Die hier vorgestellten Arbeiten wurden in einemIndustrieverbundprojekt vom Bundesministeriumfür Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Abb. 3: Transmissionsgrad einer Verglasung mit saisonalerSonnenschutzfunktion als Funktion des Einfallswinkels in der Profilebene. Gezeigt sind die Messwerte für gerichtetesLicht (gestrichelt) und Solarstrahlung (durchgezogene Linie)einer Zweischeiben-Isolierverglasung mit integrierter Mikro-struktur aus Abb. 2 (ohne low-e-Schicht). Angedeutet sindaußerdem typische Sonnenstände für Freiburg 18°, 42° und66° (gepunktete Linien).

0 20 40 60 80Einfallswinkel [°]

hemisphärische Transmission

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

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Die Photovoltaik erlebt seit mehr als zehn Jahreninsbesondere durch die gezielten Marktein-führungsprogramme in Japan und Deutschlandeinen Boom: Die weltweit installierte Spitzen-leistung ist in diesem Zeitraum von wenigenhundert MW auf rund fünf GW angewachsen.

Über 90 Prozent der hergestellten Solarzellensind aus kristallinem Silicium. Preis/Leistungs-verhältnis, Langzeitstabilität und belastbareKostenreduktionspotenziale sprechen dafür, dassdieser Leistungsträger der terrestrischen Photo-voltaik noch deutlich länger als die nächstenzehn Jahre marktbeherrschend bleiben wird.

Seit Anfang 2006 betreiben wir eine neueService-Einrichtung für die Photovoltaik-Indus-trie, das Photovoltaik Technologie Evaluations-center PV-TEC. Realisiert wurde es mit der finan-ziellen Unterstützung des Bundesministeriumsfür Umwelt, Naturschutz und ReaktorsicherheitBMU (ca. 12 Mio Euro) sowie der Fraunhofer-Gesellschaft (2 Mio Euro). Auf 1200 m2 Labor-fläche wird der Photovoltaik-Industrie Forschung,Entwicklung und Service in einer neuen Dimen-sion angeboten, nämlich im Produktionsmaß-stab. Flexible Automatisierung von Prozessinselnerlaubt Experimente mit hoher statistischer Rele-vanz, bei Durchsätzen bis 1000 Wafern/Stundesowie bei Wafergrößen bis 210 mm Kantenlängeund Waferdicken deutlich unter 200 µm.

Seit November 2006 komplettiert das ISE Modul-Technikum die Zellfertigungslinie des PV-TEC.Das Technikum ermöglicht die Verarbeitungneuer Zellen und Materialien in aussagekräftigenStückzahlen und Formaten. Prozessschritte undAnlagentechnik für die Modulproduktion werdenbis zur Vorstufe einer Serienfertigung entwickelt.Kernstücke des Technikums sind ein flexibel ein-setzbarer Tabber-Stringer und ein Laminator,ergänzt durch eine Reihe von Mess- und Prüf-systemen.

Solarzellen

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 45Stro

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Page 48: Fraunhofer ISE - Jahresbericht 2006 · 2021. 1. 13. · Jahresbericht 2006 Jahresbericht 2006 Leistungen und Ergebnisse Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Heidenhofstraße

Um den Einsatz des relativ teuren und derzeitknappen Ausgangsmaterials (weitere Produk-tionskapazitäten werden gerade erst aufgebaut)zu reduzieren, werden die Siliciumscheibenimmer dünner. Durch angepasste Zellstrukturenerreichen wir dennoch konstant hohe, ja selbststeigende Wirkungsgrade mit abnehmenderWaferdicke. Wir sind Vorreiter bei Hochleistungs-solarzellen aus ultradünnen flexiblen 40 µm-Wafern, die in unserem Technikum bereits kom-plett prozessiert werden. Wir arbeiten bereits anVerfahren zur direkten Herstellung von dünnenWafern.

Bei der kristallinen Silicium-Dünnschichtsolarzelleforschen wir verstärkt am Konzept des Wafer-äquivalents. Dabei wird aus siliciumhaltigem Gaseine hochwertige Dünnschicht auf kostengünsti-gen Substraten abgeschieden. Das Resultat siehtaus wie ein Wafer und lässt sich in einer konven-tionellen Fertigungsstraße entsprechend zuSolarzellen verarbeiten. Das siliciumhaltige Gasist praktisch unbegrenzt verfügbar. Die experi-mentellen Ergebnisse sind vielversprechend.

Als zweites Materialsegment bearbeiten wir III-VHalbleiter wie Galliumarsenid. Es steht derzeitnoch für einen Spezialmarkt, der mit den Stich-worten Weltraum, optische Konzentration,Sonderanwendungen beschrieben werden kann.Für die extraterrestrische Anwendung arbeitenwir an strahlungsresistenten Tandem- undTripelzellen. Für den terrestrischen Einsatz entwi-ckeln wir Konzentratorzellen für höchste opti-sche Konzentrationsfaktoren. Mit unserer jüngs-ten Spin-off-Firma Concentrix Solar GmbH brin-gen wir in den nächsten zwei Jahren unserehöchsteffiziente FLATCON®-Konzentratortech-nologie in den Markt.

Ein drittes Materialsegment sind Farbstoff- undOrganische Solarzellen. Insbesondere die Tech-

nologie der Farbstoffsolarzellen hat sich in denletzten Jahren deutlich über den Labormaßstabhinaus entwickelt. Wir konnten zeigen, dass mitSiebdruck- und neuen VersiegelungstechnikenFarbstoffsolarzellen-Module in industrienahenTechniken gefertigt werden können. Neben derLangzeitstabilität muss aber auch die Skalier-barkeit dieser Technologie auf Modulflächen> 0,5 m2 noch gezeigt werden. Die im Stadiumder Grundlagenforschung befindlichen Organi-schen Solarzellen eröffnen unter anderem durchihre mechanische Flexibilität neue Einsatzgebiete.Aufgrund ihrer prinzipiell niedrigen Herstellungs-kosten eignen sie sich als Spannungsquelle fürkurzlebige Produkte. In Kombination mit ge-druckter organischer Elektronik bieten sieinteressante Integrationsmöglichkeiten in Ver-packungsmaterialien und Textilien. Mit erweiter-tem theoretischen Verständnis und einer auto-matisierten Charakterisierungslinie können wirjetzt diese neuartigen Solarzellen hinsichtlichEffizienz und kostengünstiger Herstellung opti-mieren.

Solarzellen müssen zum Schutz vor Umweltein-flüssen langzeitstabil gekapselt werden, einBereich, in dem deutliche Qualitätserhöhungs-und Kostensenkungspotenziale vorhanden sind.Wir arbeiten an neuen Modulkonzepten undMaterialkombinationen auch für dünnere undgrößere sowie nur rückseitig kontaktierteSolarzellen. Schlüsselrollen in unserem Beitragzur Qualitätserhöhung nehmen das vertiefteVerständnis von Alterungsmechanismen und dieVerfahren zu deren Nachweis ein.

Unsere Solarzellen-Aktivitäten am StandortFreiburg werden ergänzt durch das FraunhoferISE Labor- und Servicecenter in Gelsenkirchensowie das gemeinsam mit dem Fraunhofer IISBbetriebene Technologiezentrum Halbleiter-materialien THM in Freiberg, Sachsen.

46 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

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Ansprechpartner

Wafertechnologie Dr. Achim Eyer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 61E-Mail: [email protected]

Kristalline Silicium- Dr. Stefan Glunz Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 91Hocheffizienzsolarzellen E-Mail: [email protected]

Dr. Daniel Kray Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 55E-Mail: [email protected]

Dr. Oliver Schultz Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 65E-Mail: [email protected]

Kristalline Silicium- Dr. Stefan Reber Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 48Dünnschichtsolarzellen E-Mail: [email protected]

Solarzellen-Fertigungstechnologie/ Dr. Ralf Preu Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 60PV-TEC E-Mail: [email protected]

Dr. Daniel Biro Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 46E-Mail: [email protected]

Dr. Jochen Rentsch Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 99E-Mail: [email protected]

Dr. Stefan Rein Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 76E-Mail: [email protected]

Konzentrator-Technologie Dr. Andreas Bett Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 57E-Mail: [email protected]

III-V-Solarzellen und Epitaxie Dr. Frank Dimroth Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 58E-Mail: [email protected]

Farbstoff- und Organische Priv. Doz. Dr. Andreas Gombert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 83Solarzellen E-Mail: [email protected]

Charakterisierung von Dr. Wilhelm Warta Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 92Solarzellen und -material E-Mail: [email protected]

Photovoltaische Module Dr. Harry Wirth Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 93E-Mail: [email protected]

Labor- und Servicecenter Dr. Dietmar Borchert Tel.: +49 (0) 2 09/1 55 39-11Gelsenkirchen E-Mail: [email protected]

Technologiezentrum Prof. Dr. Roland Schindler Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 52Halbleitermaterialien THM, Freiberg E-Mail: [email protected]

1 kW Demonstrationsanlage eines PV-Konzentratorsystems mitFLATCON®-Modulen. FLATCON®-Konzentratorsysteme bündelndas Sonnenlicht und fokussieren es mit Hilfe von Linsen aufwinzig kleine Hochleistungssolarzellen auf der Basis von III-V-Halbleitern. Die Module werden zweiachsig der Sonne nachge-führt. Am Fraunhofer ISE wurde 2006 eine Pilotfertigungs-anlage zur Herstellung der Modulbodenplatten aufgebaut. Dieam ISE entwickelte Technologie wird derzeit von ConcentrixSolar GmbH, einem ISE Spin Off, in die Produktion überführt.2007 wird ein 500 kW Kraftwerk in der spanischen ProvinzCastilla La Mancha realisiert werden.

Solarzellen

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 47

Übergreifende Koordination

Solarzellen Prof. Dr. Gerhard Willeke Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 66E-Mail: [email protected]

Optische Komponenten Priv. Doz. Dr. Andreas Gombert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-59 83und Systeme E-Mail: [email protected]

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48–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Mehr als die Hälfte der aktuellen Solarzellen-produktion basiert auf multikristallinen Silicium-wafern als Ausgangsmaterial. Die Standarddickefür Solarzellen liegt in der Produktion derzeit bei240–270 µm. Mit dem Ziel der Kostensenkungstrebt die Industrie eine deutliche Reduzierungder Dicke der Solarzellen an. Für die Herstellungnoch dünnerer Wafer zur Umsetzung modernerSolarzellenkonzepte ist jedoch die Optimierungder eingesetzten Drahtsägetechnologie erforder-lich. Mit dieser Zielsetzung führen wir amFraunhofer ISE Testschnitte mit geringen Draht-abständen und Drahtdurchmessern durch.

Zur Evaluierung der dickenabhängigen Wafer-eigenschaften verwenden wir Drahtführungs-rollen mit variierendem Abstand, um benachbar-te Wafer mit unterschiedlicher Dicke erzeugenzu können (Abb. 1). Mit Hilfe dieses Verfahrensgelang es uns, Nachbarwafer mit Dicken zwi-schen 140 und 250 µm zu schneiden, wobei wirkeine erhöhte Streuung der Waferparameter beiabnehmender Dicke beobachten konnten. Damultikristallines Material stark ortsabhängigeEigenschaften hat (z. B. die Diffusionslänge),sind solche Wafersätze eine wichtige Voraus-setzung für die Durchführung von Material-untersuchungen oder Tests von Solarzellen-konzepten.

Vor dem Hintergrund Solarzellen mit höchstenWirkungsgraden auf immer dünneren Wafernherzustellen – insbesondere auf multikristallinemMaterial – forschen wir auch im Hinblick auf dieminimale Waferdicke. Durch einen angepasstenProzess konnten wir bereits drahtgesägte Wafermit 125x125 mm2 Fläche und einer Dicke vonnur noch 70 µm erfolgreich herstellen (Abb. 2).

Drahtsägen von dünnen multikristallinen Siliciumwafern

Der Markt für Solarmodule erfährt derzeitPreissteigerungen, teils aufgrund vermehrterNachfrage, aber auch durch die erhöhtenKosten für das Ausgangsmaterial Silicium. EinWeg, dieser Entwicklung entgegenzuwirken,ist die Vergrößerung der pro Siliciumkristallgewonnenen Solarwafer-Fläche. Mit dem Ziel,hochwertige und dünne Siliciumwafer zuerzeugen, optimieren wir die Drahtsägetech-nologie. Das stellt insbesondere bei multikris-tallinem Material eine große Herausforderungdar, da sich die Bruchraten im Prozess nichterhöhen dürfen.

Dominik Barucha, Markus Bergmann, Philipp Ettle, Achim Eyer, Daniel Kray, Kuno Mayer, Teresa Orellana, Akhil Ravi, Mark Schumann, Gerhard Willeke

Abb. 1: Durch eine stufenweise Berillung der Drahtführungs-rollen ist es uns gelungen, benachbarte Wafer mit variieren-der Dicke herzustellen. Damit konnten Wafer mit Dicken zwischen 140 und 250 µm geschnitten werden, z. B. fürTests von Solarzellenkonzepten auf multikristallinem Material.In der Grafik sind die gemessenen mittleren Waferdicken inAbhängigkeit der Waferposition auf der Drahtführungsrolleabgebildet. Die anvisierten Waferdicken, die durch die durch-gezogene Linie repräsentiert werden, konnten durchgängigerreicht werden.

Abb. 2: Wendet man bei Material mit geringenEigenspannungen schonende Prozesse an, können äußerstgeringe Waferdicken erreicht werden. So ist es uns gelungen,eine minimale Waferdicke von 70 µm für Wafer der Größe125x125 mm2 zu demonstrieren. Diese Prozesse müssen nunauf ihre Industrietauglichkeit hin überprüft werden.

120

140

160

180

200

220

240

260

280

cut #19

Position auf DrahtführungsrollePosition auf Drahtführungsrolle

Mitt

lere

Waf

erdi

cke

[µm

]

280

240

220

200

200

180

160

140

120

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Erzeugung lokaler Hochdotierung durch LCE-Verfahren

Neuartige Solarzellenkonzepte verlangen effi-ziente und flexible Mikrostrukturierungsver-fahren. Das von uns entwickelte LaserChemical Etching (LCE) kann hier neue Impulsefür eine lokale Hochdotierung, z. B. für dieHerstellung eines selektiven Emitters, geben.

Achim Eyer, Andreas Fell, Sybille Hopman,Takuro Kato, Daniel Kray, Kuno Mayer,Matthias Mesec, Christoph Ziegler, Gerhard Willeke

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–49

Höchsteffiziente Solarzellen besitzen so genann-te selektive Emitter, d. h. unterschiedliche Dotier-profile unter den Kontakten und an den nichtmetallisierten Bereichen. Diese verringern denKontaktwiderstand zwischen Silicium und Metallund erhöhen die Offenklemmspannung (Voc) derSolarzelle. Bisher war die Herstellung von selekti-ven Emittern nur mit aufwändigen mehrstufigenVerfahren möglich. Durch die Verwendung phos-phorhaltiger Ätzflüssigkeiten in unserem LCE-Verfahren haben wir eine Möglichkeit gefunden,in einem Schritt eine Mikrostrukturierung beigleichzeitiger Hochdotierung mit Phosphordurchzuführen. Mit Hilfe von Emissions-SRI(Sheet Resistance Imaging) konnten wir nachwei-sen, dass durch LCE lokale Hochdotierungen zuerreichen sind (Abb. 1), deren Schichtwider-stände durch die Laserparameter zwischen 15und 40 Ω/sq eingestellt werden können. AlsReferenz haben wir den wasserstrahlgeführtenLaser getestet und vermessen, wobei zwar eineschädigungsarme Mikrostrukturierung, nichtjedoch eine Dotierung sichtbar wurde (Abb. 2).Da für das LCE-Verfahren eine hohe Flexibilität inBezug auf die eingesetzte Dotierflüssigkeit unddie Laserparameter besteht, können wir dieErzeugung eines selektiven Emitters mit vorher-gehender Mikrostrukturierung der Antireflex-schicht auf der Solarzellen-Vorderseite wesent-lich vereinfachen. Wir erwarten zudem, dassdurch eine Anpassung des Flächenemitters derSolarzellen die Blauempfindlichkeit und derGesamtwirkungsgrad deutlich gesteigert werdenkönnen.

Solarzellen

Abb. 1: Emissions-SRI-Aufnahme von jeweils drei identischenLCE-Schnittgräben mit variierender Laserleistung. HellereFarben zeigen höhere lokale Dotierungen an. Mit variierenderLaserenergie lassen sich mittels LCE durch die Verwendungphosphorhaltiger Ätzchemikalien lokale Hochdotierungenerzeugen. Je nach Parameterwahl konnten wir bereitsSchichtwiderstände zwischen 15 und 40 Ω/sq messen. ImVergleich zu Abb. 2 kann die Dotierung eindeutig auf diephosphorhaltigen Flüssigkeiten zurückgeführt werden.

Abb. 2: Emissions-SRI-Aufnahme analog zu Abb. 1 unterVerwendung von Wasser als Medium. Es kann keineDotierung erzeugt werden. Die hellere Färbung spiegeltlediglich die schädigungsarme Mikrostrukturierung in denGräben wider.

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50–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Bei der Diffusion eines Emitters in Siliciumbestimmen die Diffusionsgesetze das Ergebnis:das Konzentrationsprofil wird eindeutig durchTemperatur, Zeit und Konzentration der Quellevorgegeben. Will man eine für die Produktionwünschenswerte kurze Prozesszeit, erhält maneinen nicht optimalen, weil sehr hoch dotiertenEmitter. Diffundiert man dagegen einen optima-len, etwa 1 µm tiefen »kastenförmigen« Emitter,sind die Prozesszeiten mit über einer Stunde un-wirtschaftlich lang. Zudem verbleibt immer einnur aufwändig zu entfernender Rest der Dotier-stoffquelle auf der Oberfläche. Um dieserProblemstellung innovativ zu begegnen, wende-ten wir das Verfahren der epitaktischen chemi-schen Gasphasenabscheidung (CVD) an. DiesesVerfahren nutzen wir seit langem für die Her-stellung der Basis (»p-Schicht«) von kristallinenSilicium-Dünnschichtsolarzellen.

Bei einer typischen Abscheiderate von 5 µm proMinute braucht man nur wenige Sekunden fürdie Abscheidung des optimalen Emitters mitjeder gewünschten Dotierungsart und -höhe. Diepraktische Anwendung zeigte zunächst, dass esauch in CVD-Anlagen für die Photovoltaik gutmöglich ist, dünne Siliciumschichten mit kasten-förmigem Profil für Emitter abzuscheiden. Diesekönnen sowohl für hocheffiziente Silicium-Wafersolarzellen, als auch für kristalline Silicium-Dünnschichtsolarzellen verwendet werden. Fürletztere Anwendung stellten wir in-situ pn-Strukturen mit sehr gutem Dotierprofil her, wieAbb. 1 zeigt. Solarzellen aus diesen Strukturenzeigten eine sehr gute Performance: Die besteLeerlaufspannung der Zellen von 646 mV ent-spricht exakt der konventionell diffundiertenReferenz, auch der Wirkungsgrad ist mit 14,8%ähnlich hoch wie die 14,9% der Referenz.Abb. 2 belegt, dass auch in den inneren WertenReferenz und epitaktischer Emitter gleichwertigsind. Letzterer benötigt jedoch nur ein Zehntelder Prozesszeit, ohne weiteren Ätzschritt.

Die Arbeiten werden zum Teil im Rahmen desEU-Projekts »Crystal Clear« gefördert.

In-situ Epitaxie von Emittern für kristallineSilicium-Dünnschichtsolarzellen

Emitter für Solarzellen, typischerweise die »n«-Schicht der »pn«-Diodenstruktur der Solarzelle,werden derzeit fast immer durch Diffusion hergestellt. Am Fraunhofer ISE haben wir einwesentlich schnelleres und flexibleresVerfahren für die Emitterherstellung unter-sucht: die chemische Gasphasenabscheidungvon Silicium. Damit konnten wir in nur einemZehntel der typischen Prozesszeit Emitter her-stellen, die in ihrer Qualität mit den diffundier-ten Referenzen vergleichbar sind.

Evelyn Schmich, Norbert Schillinger, Mira Kwiatkowska, Fabian Trenkle, Jochen Hees, Harald Lautenschlager, Stefan Reber, Gerhard Willeke

Abb. 2: Interne Quanteneffizienz der in Abb. 1 beschriebenenSolarzelle im Vergleich mit der herkömmlich diffundiertenReferenz. Es gibt fast keinen Unterschied der beiden Kurven, d. h. die Sammeleigenschaften der beiden Solarzellen sind nahezu gleich.

Abb. 1: Dotierprofil einer in-situ gewachsenen kristallinenSilicium-Dünnschichtsolarzelle. Im Inset ist das kasten-förmige Profil des Emitters gut zu erkennen, das für best-mögliche Solarzelleneigenschaften sorgt.

0 5 10 15 20 25 30 35 40Tiefe [µm]

hochdot.Substrat

p-Typ epitakt. Basis

pn-Übergang

Ladu

ngst

räge

rdic

hte

[cm

-3]

1019

1018

1017

1016

n-Typ epitakt. Emitter

epitakt. BSF

c-Si Dünnschichtsolarzelle mit:diffundiertem Emitterepitaktischem Emitter

400 600 800 1000 1200Wellenlänge [nm]

Inte

rne

Qua

nten

effiz

ienz

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

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Physikalische Gasphasenabscheidung fürkristalline Siliciumsolarzellen

Physikalische Gasphasenabscheidungsverfahrenwerden im Labor seit langem zur Kontak-tierung von hocheffizienten Solarzellen einge-setzt. Am Fraunhofer ISE konnten wir jetztzeigen, dass diese Verfahren die notwendigenBedingungen für eine kostengünstige Um-setzung in die industrielle Produktion erfüllen.

René Bergander, Jan Catoir, Gernot Emanuel,Frank Fleischhauer, Stefan Glunz, Andreas Grohe, Jürgen Kamerewerd, Ralf Preu, Philipp Richter, Oliver Schultz,Winfried Wolke, Gerhard Willeke

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–51

Solarzellen aus kristallinem Silicium werdenheute industriell überwiegend mittels metallhalti-ger Pasten kontaktiert. Diese werden im Sieb-druckverfahren aufgebracht und kurzzeitigerhitzt, um einen leitfähigen Halbleiter-Metall-kontakt zu erzeugen. Auf der Solarzellenrück-seite wird durch das Einlegieren einer alumini-umhaltigen Paste mit ca. 40 µm Schichtdicke dieDotierung der Siliciumscheibe derart erhöht,dass eine signifikante Passivierung der Ober-fläche erreicht wird.

Für hocheffiziente Laborsolarzellen setzen wir imGegensatz hierzu physikalische Gasphasenab-scheidungsverfahren (PVD) zur Abscheidung derMetallkontakte ein. Für die Solarzellenrückseitewird dabei vor der Aufbringung einer ca. 2 µmdicken Aluschicht eine ca. 0,1 µm dünne dielek-trische Schicht aufgebracht, die einer exzellentenPassivierung und Verspiegelung der Oberflächedient. Der eigentliche Kontakt wird durch lokales

Solarzellen

Einlegieren des Aluminiums mittels hochenergeti-scher Laserpulse erreicht. Mit dem Ziel derUmsetzung dieser Form der Kontaktierung habenwir die Randbedingungen für den industriellenEinsatz von drei inline-fähigen PVD-Verfahrenuntersucht: Kathodenzerstäubung, thermischesund Elektronenstrahl-Verdampfen. Durch dieHerstellung hocheffizienter Solarzellen konntenwir zeigen, dass für alle drei VerfahrenWirkungsgrade von 21% erreichbar sind.Weiterhin konnten wir beweisen, dass dieVerwendung sehr hoher Abscheideraten und ver-gleichsweise unreinen Aluminiums die Leistungder Solarzellen nicht negativ beeinflusst.Aufgrund der deutlich reduzierten Menge deraufgebrachten Schicht können deshalb imVergleich zu den aluminiumhaltigen Pasten auchdie Materialkosten deutlich gesenkt werden.

Die Arbeiten wurden in dem vom Bundesminis-terium für Umwelt, Naturschutz und Reaktor-sicherheit (BMU) geförderten Projekt INKA mitUnterstützung der Projektpartner AppliedMaterials GmbH, Alzenau, und Deutsche CellGmbH, Freiberg, durchgeführt.

Abb. 1: Kathodenzerstäubungsanlage zur inline-Abscheidungvon Aluminium und Siliciumnitrid.

Tabelle: Kennliniendaten für die untersuchten PVD-Verfahrenbeim Einsatz in hocheffizienten Solarzellen. Alle Verfahrenerreichen in etwa das gleiche hohe Wirkungsgradniveau vonca. 21%.

Rückseite VOC Jsc FF ηη[mV] [mA/cm2] [%] [%]

e-Strahl 675±5 39.4±0.3 78.5±2.3 20.9±0.8Thermisch 677±3 39.4±0.3 78.4±1.0 20.9±0.5Sputter 669±1 39.0±0.4 78.8±0.5 20.6±0.3

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52–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Nach der Evaluierung verschiedener Metallisie-rungskonzepte zeigte sich, dass das Wirkungs-gradpotenzial im Allgemeinen dann sehr be-grenzt ist, wenn die gesamte Kontaktlinie aufder Solarzellenvorderseite in einem Schritt aufge-bracht wird. Wesentlich Erfolg versprechender istdagegen der folgende zweistufige Prozess, derdie Grundlage für alle am Fraunhofer ISE ent-wickelten Verfahren bildet:

Aufbringen eines Kontaktmetalls mit einem neuartigen VerfahrenDiese Kontaktlinie dient dem Zweck, eine gutemechanische Haftung und einen guten elektri-schen Kontakt zur Emitterschicht der Solarzellezu gewährleisten. Sie dient weiterhin als»Saatlinie« für den nachfolgendenGalvanikschritt.

Verdicken der Kontaktlinie mit einem galvanischen ProzessDurch die galvanische Verdickung der dünnenKontaktlinien wird der Linienwiderstand derKontaktfinger stark reduziert. Für dieseTechnologie steht am Fraunhofer ISE die sogenannte lichtinduzierte Galvanik zur Verfügung,die den photovoltaischen Effekt der Solarzellenutzt (Abb. 1) und somit einfach industriellumsetzbar ist.

Durch die Aufteilung des Prozesses in zweiStufen können wir in jedem Schritt eine für diejeweilige »Aufgabe« (Kontaktbildung bzw.Leitfähigkeit) optimale Konfiguration (Metall,Geometrie u. a.) nutzen. Dieses zweistufigeVerfahren dient als Basis für die Metallisierunghöchsteffizienter Solarzellen am ISE, z. B. derWeltrekordzelle aus multikristallinem Silicium.

Zur Herstellung der Saatschicht haben wir vieraussichtsreiche Technologien entwickelt:- Tampondrucken von Siebdruckpasten- Kontaktloses Drucken von Metallaerosolen,

Metal Aerosol Printing (MAP)- Nickelabscheidung auf Oberflächen mit lokal

geöffneten dielektrischen Schichten- Lokales Schmelzen von Metallpulvern,

Local Laser Melting of Metal Powders (LAPO)

Neue Verfahren zur Herstellung von Solarzellenkontakten

Die in der Solarzellenindustrie derzeit am wei-testen verbreitete Technologie zur Herstellungvon Vorderseitenkontakten ist der Siebdruckvon Metallpasten. Dieses zwar robuste Ver-fahren hat jedoch wesentliche Nachteile imHinblick auf die Qualität der Solarzelle, wie zubreite Kontaktfinger, hohe Kontaktwiderständeund geringe Leitfähigkeit. Ziel einer umfangrei-chen Forschungsaktivität am Fraunhofer ISE istes daher, neue Herstellungsverfahren zu ent-wickeln, die industriell umsetzbar sind unddennoch ein hohes Wirkungsgradpotenzialaufzeigen.

Monica Aleman, Aleksander Filipovic, Stefan Glunz, Matthias Hörteis, Anke Herbolzheimer, Ansgar Mette, Peter Regenfuß*, Philipp Richter, Christian Schetter, Oliver Schultz, André Streck*, Gerhard Willeke

* Laserinstitut Mittelsachsen, Mittweida

Abb. 1: Funktionsweise der lichtinduzierten Galvanik. DieSolarzelle und die Silberopferanode (links) befinden sich ineinem elektrolytischen Bad. Die Rückseite der Solarzelle wirdgegenüber der Silberanode auf ein Schutzpotenzial gelegt.Durch das Beleuchten der Solarzelle wird eine zusätzlichenegative Spannung am Vorderseitenkontaktgitter generiert,so dass sich hier positive Silberionen abscheiden und dasKontaktgitter verstärken. Dieser Prozess ist industriellwesentlich einfacher umzusetzen als die direkte Kontak-tierung des filigranen Vorderseitenkontaktgitters.

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–53

Beim MAP-Verfahren wird aus einer Siebdruck-paste ein Metallaerosol generiert. Dieses Metall-aerosol wird durch einen speziell konzipiertenDruckkopf auf die Solarzelle geführt (Abb. 2).Dabei umgibt ein ringförmiger Fokussiergas-strom aus Stickstoff den Aerosolstrom, der verhindert, dass das Metallaerosol in Kontakt mit den Düsenwänden kommt und den Druckkopf verstopft. Durch diese Fokussierungkönnen Strukturen gedruckt werden, die unge-fähr um den Faktor 4 kleiner sind als der Düsen-durchmesser. So ist es uns bereits gelungen,Linienbreiten unter 50 µm mit Standardsieb-druckpasten zu erreichen. Mit klassischem Inkjet-Druck würde dies unweigerlich zu einerVerstopfung der Druckdüse führen. Die so hergestellten Solarzellen zeigen aufgrund derkleineren Abschattung einen Wirkungsgrad, der signifikant besser ist als der Wirkungsgradparallel hergestellter Solarzellen mit Standard-siebdruck.

Bei der LAPO-Technologie wird auf die Solar-zellenoberfläche ein Metallpulver aufgebracht,das mittels Laser linienförmig auf der Solarzelleaufgeschmolzen wird (Abb. 3). Das restlichePulver wird dann entfernt und kann recyceltwerden. Durch die Optimierung der Laserpara-meter in Zusammenarbeit mit dem LaserinstitutMittweida konnten wir eine Schädigung derSolarzellenstruktur, insbesondere des knappunter der Oberfläche liegenden pn-Übergangs,auf ein Minimum reduzieren. So können wirFüllfaktoren von über 78% erreichen. Besondersbemerkenswert ist das erfolgreiche Kontaktierenauch von Solarzellen mit Oberflächentextur unddielektrischer Oberflächenpassivierung.

Die hier vorgestellten Arbeiten wurden maßgeb-lich vom Bundesministerium für Umwelt, Natur-schutz und Reaktorsicherheit (BMU) im Rahmendes Vorhabens »KonVoi« gefördert.

Abb. 2: Druckkopf beim Aerosoldrucken (MAP). DasMetallaerosol wird mittels eines ringförmigen Gasstromsfokussiert. So wird ein Kontakt der relativ großen Metall-partikel mit den Druckkopfwänden verhindert. Die erreich-baren Strukturgrößen sind um den Faktor 4 kleiner als derDurchmesser der Düse.

Abb. 3: REM-Aufnahme einer Metallsaatschicht, die mittelsLaseraufschmelzen eines Metallpulvers (LAPO) erzeugtwurde. Im oberen Teil des Bildes ist die Verdickung dieserSaatschicht mittels lichtinduzierter Galvanik zu erkennen.

Solarzellen

Düse

MetallaerosolFokussiergas

Druckkopf

LasergeschmolzeneKontaktschicht

Galvanisierter Finger

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54–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Eine besonders elegante Variante höchsteffizien-ter Solarzellen ist die Rückseitenkontakt-Solar-zelle, bei der sich sowohl der negative als auchder positive Kontakt auf der Rückseite befinden(Abb. 1). Diese Zellen zeichnen sich durch einästhetisches Erscheinungsbild, einen hohenWirkungsgrad und eine einfache Modulver-schaltung aus. Allerdings ist die Trennung von p- und n-diffundierten Bereichen wesentlichkomplexer als bei Standardsolarzellen. Die Entwicklung der damit verbundenen Strukturie-rungstechnologie war eine der Hauptheraus-forderungen in einem Forschungsvorhaben zur Entwicklung einer industriell herstellbarenhocheffizienten Rückseitenkontakt-Solarzelle.Einerseits ist das Ziel ein hoher Wirkungsgrad,andererseits soll die Zelle hinreichend kosten-günstig für die industrielle Fertigung sein, eine Anforderung, die zum Beispiel Photolitho-graphieprozesse ausschließt.

Ein entscheidendes Kriterium ist die minimalerreichbare Strukturgröße. Vereinfacht gesagtgilt: Je feiner die Strukturen, desto größer dasWirkungsgradpotenzial, aber auch die Prozess-komplexität. Um eine quantitative Aussage überdie minimal notwendige Auflösung treffen zukönnen, haben wir zunächst zweidimensionaleSimulationen durchgeführt (Abb. 2). Die erziel-ten Ergebnisse zeigten auf, dass eine Struktu-rierung der p- und n-Bereiche auf der Rückseitebesonders effektiv mit einem Laser durchgeführtwerden kann. Eine wichtige Anforderung fürden Laserprozess ist allerdings, dass hierdurchkeine Schädigung in das Silicium eingebrachtwird. Mit den unter diesen Randbedingungenoptimierten Prozessen war es uns möglich, ohnedie Verwendung von Photolithographieschritteneine rückseitenkontaktierte Solarzelle ausCzochralski-Silicium mit einem Wirkungsgradvon 21% herzustellen.

Diese Ergebnisse entstanden im Rahmen einerZusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer ISE,dem Institut für Solarenergieforschung (ISFH),Hameln, und der Q-Cells AG. Das Projekt erfährtfinanzielle Förderung durch das Bundesministe-rium für Umwelt, Naturschutz und Reaktor-sicherheit (BMU) sowie die Q-Cells AG.

Industriell herstellbare hocheffizienteSiliciumsolarzellen

Siliciumsolarzellen mit Wirkungsgraden vonüber 20% können im Labormaßstab schon seit einigen Jahrzehnten hergestellt werden,spielen allerdings in der industriellen Fertigungbisher nur eine untergeordnete Rolle.Kostenrechnungen zeigen jedoch eindeutig,dass eine Erhöhung des Wirkungsgrads – insbesondere vor dem Hintergrund der derzeitigen marktbedingten Siliciumpreise –unabdingbar für die Reduzierung derEnergiegestehungskosten ist.

Stefan Glunz, Filip Granek, Daniela Grote,Andreas Grohe, Christian Harmel, Martin Hermle, Annerose Knorz, Norbert Kohn, Antonio Leimenstoll, Ralf Preu,Philipp Richter, Sonja Seitz, Oliver Schultz,Gerhard Willeke

Abb. 2: Ausschnitt aus einer zweidimensionalen numerischenSimulation des Löcherstromflusses (Pfeile) und der Quasi-Ferminiveau-Verteilung (Farben) in einer Rückseitenkontakt-Solarzelle.

Abb. 1: Struktur einer Rückseitenkontakt-Solarzelle. Positiveund negative Kontakte befinden sich auf der Rückseite derZelle. Die Vorderseite der Zelle ist texturiert und mit einerAntireflexschicht versehen, um die Lichteinkopplung zuverbessern.

p-Kontakt n-Kontakt

p-Kontakt n-Kontakt

300 400 500 600

p-Diffusion n-Diffusion

n-Typ Silicium

n-Diffusion

Antireflexschicht

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Kontaktierung dünner Solarzellen

Bei Waferstärken unterhalb 200 µm und stei-genden Zellströmen wird die Kontaktierungvon Solarzellen zunehmend anspruchsvoller.Wir entwickeln Technologien, um die mecha-nische Belastung der Zellen in Produktion undBetrieb zu minimieren. Im November 2006ging unser neues Modul-Technikum in Betrieb.Es ergänzt die Zellfertigung des PhotovoltaikTechnologie Evaluationscenters PV-TEC.

Harry Wirth, Marco Tranitz, Andreas Gombert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–55

Die Kontaktierung von Solarzellen spielt eineentscheidende Rolle für den Ertrag und die Be-ständigkeit eines PV-Moduls. Insbesondere beidünnen Zellen führen Mängel in der Prozess-kontrolle oder im Materialdesign zu erhöhtenZellbruchraten.

Wir untersuchen neue, schonende Kontak-tierungsmethoden, die weniger Spannungen indie Kontaktstelle und in das Zellmaterial einbrin-gen. Eine interessante Option bietet das Laser-löten. Mit seiner punktuellen, dosierten Wärme-zufuhr können thermo-mechanische Span-nungen zwischen Zellverbinder und Wafer ver-ringert werden. Außerdem ermöglicht die hoheLeistung schnelle Taktzeiten pro Lötstelle. Abb. 1zeigt einen Zellstring-Prototypen, dessen Zell-verbinder mit einem Laser auf die Zelle gelötetwurde.

Im November 2006 ging am ISE das neue Photo-voltaik Modul-Technikum in Betrieb. Abb. 2 zeigteine Innenansicht. Mit dem Technikum schließenwir die Lücke zwischen Laborentwicklung undindustrieller Produktionstechnologie. Wir unter-stützen unsere Kunden bei der Prüfung undWeiterentwicklung ihrer Produkte, seien es neueZellen, Materialien oder Prozessschritte. DasModul-Technikum ermöglicht die Verarbeitungvon aussagekräftigen Stückzahlen und Forma-ten. Eine Übertragung der Erkenntnisse in dieindustrielle Serienproduktion ist unmittelbarmöglich. Kernstücke des Technikums sind einTabber-Stringer der Firma Somont mit vollauto-matischer und experimenteller Linie, ein Lami-nator und verschiedene Analysetechnologien zurQualitätssicherung (Abb. 2).

Solarzellen

Abb. 1: Lasergelöteter Zellstring mit 156-mm-Zellen aus derPV-TEC Fertigungslinie.

Abb. 2: Photovoltaik Modul-Technikum mit Tabber-Stringer(im Vordergrund) und Laminator (links).

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56–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Die Nachfrage von FuE-Leistungen im Bereichder Produktionstechnologien für Solarzellen hatin den letzten Jahren sehr stark zugenommen.Forschungsleistungen, die direkt in die Produk-tion Einzug finden sollen, sind dabei von be-sonders großem Interesse.

Das Fraunhofer ISE veranstaltete aus diesemGrund im Oktober 2004 einen Workshop, zudem alle größeren in der Photovoltaikindustriepositionierten Unternehmen eingeladen wurden.Gegenstand des Workshops war die Sammlungvon Anforderungen an ein neu zu errichtendes,speziell auf die Bedürfnisse der PV-Industrie ab-gestimmtes Forschungszentrum. Um den finan-ziellen Rahmen der anzubietenden Forschungs-leistungen abschätzen zu können, erfolgteergänzend zum Workshop eine Abfrage unver-bindlicher Absichtserklärungen bei den beteilig-ten Firmen. Die Industrie stellte eine jährlicheGesamtauftragssumme von über 2 MillionenEuro in Aussicht.

Vor dem Hintergrund dieser Rahmenbedin-gungen bewilligte das Bundesministerium fürUmwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit(BMU) dem Fraunhofer ISE gut 12 Millionen Eurofür die Erstausstattung des Zentrums. DieFraunhofer-Gesellschaft ergänzte diese Summeum zusätzliche zwei Millionen Euro für Infrastruk-turmaßnahmen. Ende 2005 konnte das im SolarInfo Center – in der Nähe des Fraunhofer ISEHauptgebäudes – angesiedelte neue Forschungs-zentrum »Photovoltaik Technologie Evaluations-center PV-TEC« in Betrieb genommen werden.Im Beisein von Bundesumweltminister SigmarGabriel erfolgte im März 2006 die Einweihung.Die äußerst positive Auftragslage des PV-TECbestätigt unsere Erwartung, dass mit dem Auf-bau eines solchen Zentrums der Technologie-transfer vom Labor in die expandierende Solar-industrie deutlich beschleunigt werden kann.

Photovoltaik Technologie Evaluationscenter PV-TEC

Das Photovoltaik Technologie Evaluations-center PV-TEC ist seit März 2006 vollständig inBetrieb. Mit modernsten Prozess- und Analyse-geräten auf 1200 m2 Laborfläche bietet dieEinrichtung umfangreiche Serviceleistungenan. Erstmals besteht hier für die Photovoltaik-forschung die Möglichkeit, komplexe Experi-mente bei hohem Anlagendurchsatz durchzu-führen. Das Zentrum bietet seine Forschungs-leistungen Herstellern von Solarzellen, Anlagenund Materialien sowie Forschungsinstituten an.

Daniel Biro, Ralf Preu, Gernot Emanuel, Stefan Glunz, Stefan Rein, Ingo Brucker*,Jochen Rentsch, Clemens Faller, ThomasFaasch, Norbert Kohn*, Udo Belledin*, Heike Furtwängler*, Christian Harmel, Denis Erath, Martin Zimmer, Florian Clement,Nicola Mingirulli, Albrecht Weil*, René Bergander, Andreas Grohe, Gerhard Willeke

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Abb. 1: Im PV-TEC stehen modernste Fertigungsanlagen zurVerfügung. Zur Grundausstattung gehören: Batch Multi-funktionsnasschemieanlage, in-line Texturanlage, Rohr-diffusion/-oxidation, Plasmaunterstützte Gasphasenab-scheidung (PECVD), Sputterbeschichter, Siebdrucklinie,Laseranlage, Solarzellentester und -sorter. Schnelle Inline-Messgeräte sind in die Anlagen integriert.

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–57

Das dem neuen Zentrum zugrunde liegendeKonzept ist mehrstufig. Eine automatisierteBasisprozesskette mit einer Kapazität von etwa200–1000 Wafern pro Stunde bildet die Grund-stufe. Die darin aufgebauten Prozesse dienen alsVergleichsgrundlage für neue Technologien,Prozessfolgen oder Materialien. Alle Geräte wur-den zusätzlich zu Ihrer jeweiligen Funktion in derBasisprozesskette mit innovativen Komponentenausgestattet, um umfangreiche FuE-Möglich-keiten bieten zu können. Die gesamte Anlage istauf die Waferformate 125, 156 und 210 mmKantenlänge ausgerichtet.

Neben der Basisprozesskette verfügt PV-TECüber freie Flächen, auf denen im KundenauftragGeräte vorübergehend aufgestellt werden kön-nen, um Prozessentwicklungen durchzuführen.

Ein wesentlicher Baustein der Dienstleistungen inPV-TEC sind die Charakterisierungsmöglich-keiten. So steht ein umfassendes Charakteri-sierungslabor zur Verfügung, zudem wurden verschiedene Charakterisierungsgeräte in dieAutomatisierungseinheiten integriert, um eineschnelle Inline-Charakterisierung zu ermöglichen.

Die PV-TEC Serviceleistungen umfassen:

- Prozessentwicklung und Technologieevaluation- Fertigung und Charakterisierung von

Solarzellen und Halbzeug- Qualitätsprüfung von Silicium und anderen

Materialien- Schulung von Fremdpersonal

Solarzellen

Abb. 2: Im PV-TEC Charakterisierungslabor können verschie-dene hochauflösende Messungen durchgeführt werden. Diewichtigsten Messplätze sind: Infrarot-Multifunktionsmessplatz,großflächige Externe Quanteneffizienz, ortsauflösendeLebensdauermessung, Schicht- und Kontaktwiderstandstopo-graphie, Reflexion spektral aufgelöst. Inline-Messgeräte sindin die Anlagen integriert.

Abb. 3: Es stehen verschiedene Systeme im Bereich derBeschichtungstechnologie zur Verfügung (PECVD, Sputtern,thermische Oxidation). Die Vielzahl der Prozesse schließt ins-besondere die Abscheidung von Siliciumnitrid, Siliciumoxid,amorphes Silicium und Aluminium ein.

Abb. 4: Der Nasschemie-Cluster besteht aus einer Inline- undeiner Batch-Vielzweckanlage sowie einem Chemikalienver-sorgungsmodul. Neben den Standardätzverfahren für mono-und multikristallines Silicium sind innovative Funktionen wieeinseitiges Ätzen integriert. Die hierfür zur Verfügung ste-hende Analytik umfasst Titration, Chromatographie, Infrarotund Ultraviolett-Spektroskopie.

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58–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Um die zu einer Wirkungsgradverschlechterungführenden Positionen auf einer Solarzelle identi-fizieren zu können, setzen wir das LBIC (lightbeam induced current)-Verfahren ein. Bei diesemVerfahren wird die Solarzelle zeilenweise miteinem Laserstrahlpunkt beleuchtet und dabeigleichzeitig der erzeugte Kurzschlussstrom alsFunktion des Beleuchtungsorts gemessen. DieserStrom wird durch sorgfältige Kalibrierung in dieexterne Quanteneffizienz umgerechnet, welchedem Anteil der von der Solarzelle genutztenPhotonen entspricht.

Die in Gelsenkirchen aufgebaute Anlage (Abb. 1)besitzt außerdem ein aufwändiges System ausReflexionsdetektoren, die zusätzlich ein Topo-gramm des Reflexionsfaktors der Solarzelle liefern. Aus beiden Ergebnissen wird ein Topo-gramm der internen Quanteneffizienz (IQE)berechnet (Abb. 2), welche dem Anteil der imInneren der Solarzelle genutzten Photonen ent-spricht.

Die Messung eines Topogramms mit typischer-weise 500x500 Messpunkten dauert ca. 2 Stun-den bei Ortsauflösungen von bis zu 6 µm. Eskönnen Solarzellen mit annähernd 30x30 cm2

Größe vermessen werden. Durch die hoheOrtsauflösung kann der Einfluss ausgewählterSolarzellenprozessschritte auf einzelne Defekt-typen des Ausgangsmaterials verfolgt werden.Im Labor- und Servicecenter Gelsenkirchen bietenwir diese Messungen als Service an.

Hochauflösende Kurzschlussstrom-topographie am Labor- und ServicecenterGelsenkirchen

In unserem Labor- und Servicecenter Gelsen-kirchen haben wir ein LBIC-System zurMessung der internen Quantenausbeute (IQE)bei einer Wellenlänge von 830 nm mit einerOrtsauflösung von 6 µm aufgebaut. LBIC stehtfür »light beam induced current«. Mit derAnlage wird der Einfluss wirkungsgradreduzie-render Defekte wie Korngrenzen, Verset-zungen oder Ausscheidungen in Solarzellenpräzise quantifiziert. Damit können wir denEinfluss von Parametern des Solarzellenpro-zesses auf einzelne Defekte gezielt untersu-chen.

Dietmar Borchert, Daniel Dopmeier, Martin Hermenau, Stefan Müller, Maik Pirker,Markus Rinio, Marco Rossow, Kathrin Schmidt, Mark Scholz, Christian Staubach, Gerhard Willeke

Abb. 1: LBIC-Anlage zur Messung der internen Quanten-effizienz von Solarzellen mit bis zu 6 µm Ortsauflösung.Hierzu wird die Solarzellenprobe (links im Bild) zeilen-weise mit einem Laserstrahl abgetastet. Gleichzeitig wirdmit mehreren Detektoren (Bildmitte) ortsaufgelöst derReflexionsfaktor der Probe gemessen.

Abb. 2: Topogramm der internen Quanteneffizienz einer mul-tikristallinen Solarzelle bei 830 nm Wellenlänge. Die geboge-nen dunklen Linien entsprechen Korngrenzen, an welchen diePhotonenausbeute reduziert wird. Schlierenartige dunkleBereiche dazwischen zeigen elektrisch aktive Versetzungs-cluster. Die drei horizontalen Linien sind die Kontaktfinger derSolarzelle.

96 %

92 %

87 %

82 %

77 %

72 %

67 %

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Qualifizierung von Silicium-Ausgangs-material durch Untersuchung derHaftstellenverteilung

Um anhand der Qualität des multikristallinenAusgangsmaterials die spätere Leistung einerfertig prozessierten Solarzelle vorausberechnenzu können, verfolgen wir einen neuen Ansatz.Bislang war eine solche Vorhersage nur ein-geschränkt möglich, weil sich das Silicium-material im Solarzellenprozess abhängig von lokalen Eigenschaften stark verändert. Mit der Haftstellenverteilung, die wir mit Hilfeeiner IR-Kamera aufnehmen, haben wir nuneinen Parameter im Ausgangsmaterial identifi-ziert, der in Korrelation zu den wirkungsgrad-begrenzenden Gebieten der Zelle steht.

Martin Schubert*, Wilhelm Warta,Gerhard Willeke

* Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–59

Die Diffusionslänge von Minoritätsladungs-trägern in Solarzellen ist ein bestimmenderFaktor für deren Wirkungsgrad. Sie kann mit derSpectrally Resolved Light Beam Induced Current(SR-LBIC)-Methode bestimmt werden (Abb. 2).

Um aus den Eigenschaften des Silicium-Aus-gangsmaterials die spätere Diffusionslänge in derSolarzelle abzuschätzen, stand bisher nur dieBestimmung der Trägerlebensdauer am Aus-gangsmaterial zur Verfügung. Die dafür not-wendigen Präparationsschritte sind aufwändig.Außerdem zeigt sich, dass durch verschiedeneProzessschritte die Lebensdauer während desProzesses stark verändert wird.

Mit Hilfe der Carrier Density Imaging (CDI)-Methode können wir, mit kurzer Messzeit undohne vorherige Probenpräparation, ein Maß fürdie Haftstellenverteilung im Ausgangsmaterialgewinnen (Abb. 1). Haftstellen werden temporärmit Ladungen besetzt, bewirken so ein Mess-signal, jedoch keine Rekombination. Aus dieserMessung lässt sich bei bekanntem Prozess undvergleichbarem Material eine Vorhersage derDiffusionslänge der Solarzelle direkt aus demAusgangsmaterial bestimmen (Abb. 3). Insbe-sondere die den Wirkungsgrad bestimmendenBereiche niedriger Diffusionslänge lassen sichdurch eine hohe Haftstellendichte identifizieren.

Abb. 1: Verteilung der Haftstellenin einer Scheibe aus multikristalli-nem Ausgangssilicium. HoheWerte (in beliebigen Einheiten)bezeichnen hohe Messwerte derscheinbaren Lebensdauer, dienicht von geringer Rekombination,sondern von einer hohen Dichtean Haftstellen hervorgerufen wer-den. In vorhergehenden Arbeitenkonnten wir nachweisen, dassdiese wiederum mit der Dichte anKristallversetzungen korrelieren.

Solarzellen

τapp [µs]

Leff,SR-LBIC [µm]

Leff,prediction [µm]

Wir stellen mit dieser Methode ein neues Krite-rium zur Beurteilung von Silicium für Solarzellenbereit, das geeignet erscheint, materialbedingteBeschränkungen des Zellwirkungsgrads aufzu-zeigen.

Die Arbeiten werden vom Bundesministerium fürBildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Abb. 2: Im Bild der effektivenLebensdauer, gemessen an derfertig prozessierten Solarzelle, zeigen sich Bereiche niedrigerMaterialqualität (blau). Durch sie wird der Wirkungsgrad derSolarzelle begrenzt. Genau dieseBereiche korrelieren aber gut mitsolchen hoher Dichte der Haft-stellen im Ausgangsmaterial(gelb/rot in Abb. 1).

Abb. 3: Mithilfe eines linearenModells ist es uns gelungen, ausder Haftstellenverteilung imSilicium-Ausgangsmaterial eineVoraussage der Diffusionslänge inder Solarzelle zu berechnen.

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60–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Für Weltraumsolarzellen ist das Verhältnis vonerzeugter elektrischer Leistung zum Gewicht einbedeutender Faktor, da der Transport von Massein den Weltraum teuer ist. Hohe Wirkungsgradeund ein geringes Gewicht der Solarzellen sinddaher wichtige Parameter für die Entwicklung.Zudem werden die Solarzellen im Weltraumhochenergetischer Elektronen- und Protonen-bestrahlung ausgesetzt. Solarzellen unter diesenBedingungen noch beständiger zu machen, istTeil unserer Arbeit. So generieren unsere Tripel-solarzellen aus GaInP/GaInAs/Ge nach einer typi-schen Bestrahlung mit 1 MeV Elektronen(1015 cm-2) heute noch 88% ihrer Ausgangs-leistung, 8% mehr als noch vor zwei Jahren. Wiruntersuchen zudem neuartige 5fach Solarzellenaus AlGaInP/GaInP/AlGaInAs/GaInAs/Ge undkonnten zeigen, dass damit sogar Werte von93% erreichbar sind. Abb. 2 zeigt die gemesse-ne externe Quanteneffizienz einer solchen Solar-zelle vor und nach der Elektronenbestrahlung.Die Tabelle zeigt, um welchen Faktor die Kenn-parameter einer Tripel- und einer 5fach-Solar-zelle heute noch degradieren.

Für spezielle Missionen im Weltraum, zumBeispiel zu Mars, Jupiter oder Venus, führen wirUntersuchungen hinsichtlich der am bestengeeigneten Solarzellen durch. Hierfür simulierenwir die Einstrahlungs- und Umgebungsbedin-gungen, die wir dann in unserem Sonnensimu-lator nachbilden. Bei diesen Untersuchungenzeigte sich, dass eine am Fraunhofer ISE ent-wickelte 3fach-Solarzelle, bestehend ausGa0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge, den höchstenEnergieertrag auf dem Mars liefert.

Unsere Arbeiten zu Weltraumsolarzellen werdendurch AZUR Space Solar Power, ESA-ESTEC undDLR (Bonn)/BMBF finanziell untersützt.

Untersuchungen und Entwicklungsarbeitenan Weltraumsolarzellen

Im Weltraum werden derzeit nur noch seltenSiliciumsolarzellen eingesetzt. Stattdessennutzt man monolithische 3fach Kaskaden-solarzellen aus GaInP/GaInAs/Ge. Diese Zellenerzielen höhere Wirkungsgrade und zeigen einbesseres Verhältnis von Leistung und Gewicht.Wir arbeiten daran, derartige Zellen zu ver-bessern, indem wir weitere pn-Übergänge ein-führen. Außerdem passen wir die Solarzellen-strukturen für spezielle Missionen an, zumBeispiel für den Flug zum Mars oder zumJupiter.

Carsten Baur, Andreas Bett, Armin Bösch,Frank Dimroth, Wolfgang Guter, Martin Hermle, Raymond Hoheisel*, Astrid Ohm, Eduard Oliva*, Manuela Scheer,Gerald Siefer, Jan Schöne, Gerhard Willeke

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Abb. 1: ExoMars istein geplanter europäi-scher Mars-Rover, derim Rahmen desAurora-Programms2013 von Kourou ausgestartet werden soll.Die Stromversorgungdes rund 190 kgschweren Roverserfolgt über III-VMehrfachsolarzellen.

Tabelle 1: Die »Remaining«-Faktoren einer Triple- und 5fach-Solarzelle im Vergleich. Die Zellen wurden mitElektronen (1 MeV, 1E15 cm-2) bestrahlt.

VOC Jsc FF ηη3-junction 0.95 0.96 0.97 0.88J1: GaInP 0.98J2: GaInAs 0.85

5-junction 0.95 0.98 1.00 0.93J1: AlGaInP 0.99J2: GaInP 0.94J3: AlGaInAs 0.99J4: GaInAs 0,95

Abb. 2: ExterneQuanteneffizienz(EQE) einer 5fach-Solarzelle vor (gefüllteSymbole) und nach(leere Symbole) einerElektronenbestrahlung(1 MeV, 1E15 cm-2).Die Germaniumzellewurde nach derBestrahlung nichtgemessen.

AlGaInP GaInP AlGaInAs GaInAsJ1 J2 J3 J4

GeJ5

300 400 500 600 700 800 900 1000Wellenlänge [nm]

EQE

[%]

#187

2

0.97

0.97

100

80

60

40

20

0

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Hocheffiziente Produktion von solarem Wasserstoff

Wasserstoff ist ein interessanter Energie-speicher, der in vielen Bereichen eingesetztwerden kann. Wir arbeiten an einem konzen-trierenden Photovoltaiksystem (HyCon®), dasWasserstoff direkt und sehr effizient ausSonnenenergie erzeugen kann. Unser ersterHyCon® Prototyp weist mit über 18% einenhohen Wirkungsgrad auf.

Frank Dimroth, Beatrice Hacker, Gerhard Peharz*, Achim Rastelli, Tom Smolinka, Ursula Wittstadt,Gerhard Willeke

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–61

In einer nachhaltigen Energieversorgung, dieWasserstoff als Energieträger nutzt, ist es unab-dingbar, dass dieser mit Hilfe erneuerbarer Ener-giequellen hergestellt wird. Die energie- undkosteneffiziente Wasserstoffproduktion stelltdabei eine große Herausforderung dar. Wirhaben ein neuartiges System zur direkten solarenWasserstofferzeugung entwickelt, den HyCon®

Konzentrator. In diesem System wird dasSonnenlicht durch Linsen auf winzige Kaskaden-solarzellen aus III-V Halbleitern konzentriert.Diese sind jeweils verbunden mit einem PEM(Polymer-Elektrolyt-Membran)-Elektrolyseur fürdie Wasserstoffproduktion. Unser sehr kompak-tes, integriertes System benötigt im Gegensatzzu herkömmlichen, nicht integrierten Photo-voltaik-Elektrolyse-Kopplungen keine Leistungs-elektronik.

Die verwendeten Solarzellen sind hocheffizienteIII-V Mehrfachsolarzellen. Jede einzelne produ-ziert genügend Spannung, um unabhängig vonden übrigen Zellen Wasserstoff herstellen zukönnen. Elektrische Verluste durch die Verschal-tung der Solarzellen werden so vermieden.HyCon® Konzentrator-Systeme können beliebigskaliert werden und eignen sich insbesondere fürdie lokale Wasserstoffproduktion in Regionenmit hoher Direktstrahlung.

Im Rahmen eines institutsinternen Projektshaben wir einen ersten HyCon® Prototypen miteiner aktiven Fläche von 96 cm2 realisiert(Abb. 1). Dieser Prototyp erzeugt unter Außen-bedingungen Wasserstoff mit einem Wirkungs-grad (Solarenergie → Wasserstoff) von über 18%(Abb. 2). Für die Weiterentwicklung diesesKonzepts bis zur Marktreife suchen wir derzeitFördermittel.

Solarzellen

Abb. 1: HyCon® Prototyp zur Erzeugung von solaremWasserstoff bei der Außenmessung.

Abb. 2: Dargestellt ist der Wirkungsgrad der Wasserstoff-erzeugung im HyCon® Prototyp, bei einer Außenmessungüber einen Zeitraum von 1,5 Stunden.

Wirk

ungs

grad

[%

]

19,0

18,5

18,0

17,5

17,0

16,5

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50Zeit [Stunden]

HyCon® Wirkungsgrad: Solarenergie - Wasserstoff

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62–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Organische Solarzellen eignen sich aufgrundihres großen Gestaltungspielraums in der Formsowie des geringen Gewichts und der effektivenVerschaltung zu Modulen für den Betrieb solarversorgter Kleinsysteme. Potenzielle Anwen-dungen sind die Versorgung energieautarkerMikrosysteme und Sensornetzwerke sowie ein-facher elektronischer Schaltungen, basierend auf organischen Halbleiterbauelementen.

Die monolithische Verschaltung der Solarzellenzu Modulen ermöglicht die optimale Abstim-mung der Solarzelle auf den Verbraucher unterden jeweiligen Umgebungsbedingungen.

Bei der Entwicklung energieautarker Klein-systeme stehen Energiebilanz und Integrationder Einzelkomponenten zu einem Gesamtsystemim Vordergrund.

Ziel des Fraunhofer-Forschungsprojekts »SmartPlastics« ist die Entwicklung eines energieautar-ken Systems, das organische Solarzellen, organi-sche Leuchtdioden und eine energieeffizienteLadeelektronik für einen Speicher inklusive Sensorik zu einem Messsystem vereint. Am

Organische Solarzellen für mobile energieautarke Systeme

Organische Solarzellen stellen einen neuenSolarzellentyp dar. Die photoaktive Schichtbesteht aus einem Nanokomposit organischerHalbleitermaterialien. Der geringe Material-verbrauch und die Anwendung kosteneffizien-ter Produktionstechnologien eröffnen einhohes Potenzial für eine kostengünstigeHerstellung organischer Solarzellen. WeitereVorteile sind die mechanische Flexibilität auf-grund der eingesetzten Foliensubstrate unddas geringe Gewicht. Erste Anwendungensehen wir in der Energieversorgung mobilerenergieautarker Systeme.

Markus Glatthaar*, Jan Haschke, Peter Hänni, Melanie Schumann*, Moritz Riede, Birger Zimmermann*, Michael Niggemann,Andreas Gombert

* Freiburger Materialforschungszentrum FMF, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Abb. 1: Modul einer organischen Solarzelle auf einemGlassubstrat. Durch eine monolithische Verschaltung können22 Einzelzellen seriell miteinander verbunden werden.

Abb. 2: Strom-/Spannungs-Kennlinien eines organischenSolarzellenmoduls mit 22 in Serie geschalteten Einzelzellen unter Schwachlichtbeleuchtung (500 Lux und 1000 Lux).

Stro

m [

mA

]

0,05

0,00

-0,05

-0,10

-0,15-2 0 2 4 6 8

Spannung [V]

500 Lux

1000 Lux

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–63

Fraunhofer ISE entwickeln wir hierfür ein Solar-zellenmodul, das unter Schwachlichtbedin-gungen bei Innenraumanwendungen die für denBetrieb von organischen Leuchtdioden erforderli-che Spannung von 5 V erreicht und einen Akku-mulator speist. Mit 22 in Serie verschaltetenSolarzellen (Abb. 1) kann unter Bürobeleuchtungeine hinreichend hohe Spannung erzeugt wer-den (Abb. 2). Unter solaren Einstrahlungsbe-dingungen (100 mW/cm2) erreichen wir einesolare Effizienz von über 2% auf der aktivenFläche. In einem nächsten Schritt soll diesesModul auf einem flexiblen Substrat aufgebautund in das Gesamtsystem integriert werden.

Für die Produktion kostengünstiger Solarzellenmüssen zwei notwendige Voraussetzungenerfüllt werden: Geringe Materialkosten und derEinsatz kosteneffizienter Herstellungstechno-logien. Um diese Anforderungen zu erfüllen,entwickeln wir neue Solarzellenarchitekturen, indenen die teure transparente Indium ZinnoxidElektrode (ITO) ersetzt wird. Für die Herstellungdieser Solarzellen können effiziente Rolle-zu-Rolle Beschichtungstechnologien und Struk-turierungen eingesetzt werden.

Abb. 3: Durchkontaktierte organische Solarzelle auf einemflexiblen Substrat. Die Verschaltung der Solarzelle über Löchererlaubt den Einsatz kostengünstiger transparenter Elektrodenmit geringer Flächenleitfähigkeit. Dieses Solarzellenkonzeptvereint die Ansprüche an kostengünstige Materialien und eineeffiziente Herstellbarkeit im Rolle-zu-Rolle Verfahren.

Solarzellen

Abb. 4: Strom-/Spannungs-Kennlinie einer durchkontaktiertenorganischen Solarzelle mit einer Fläche von 2 cm2. Untersolarer Beleuchtung wird eine Effizienz von 2% erreicht(Solarsimulator 100 mW/cm2).

A = 2 cm2

Voc = 553 mVFF = 0.48η = 2 %

Isc = 14,8 mA

Eine »ITO-freie« Solarzelle, die wir amFraunhofer ISE entwickeln, basiert auf demErsatz der ITO-Elektrode durch eine transparentepolymere Elektrode. Verschaltet ist die Zelledurch Löcher eines perforierten Substrats(Abb. 3). Um eine effiziente Herstellbarkeit zugewährleisten, haben wir die Schichtreihenfolgeder Solarzelle invertiert. Die photoaktive Schichtwird auf ein metallisiertes Substrat aufgebracht,danach folgt die transparente, polymere Anode.Diese transparente Elektrode mit geringerFlächenleitfähigkeit wird durch Löcher in derSolarzelle auf die Rückseite des perforiertenSubstrats geleitet, wo eine zweite Metallschichtdie Flächenleitfähigkeit der transparenten Anodeunterstützt. Auf diese Art entsteht eine skalier-bare Parallelverschaltung. Auf einer Fläche von2 cm2 konnten wir mit diesem Konzept einesolare Effizienz von 2% erreichen (Abb. 4).Höhere Spannungen können ebenfalls durcheine serielle Verschaltung über Löcher erzieltwerden.

Stro

m [

mA

]

5

0

-5

-10

-15

-20-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

Spannung [V]

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Zwei Milliarden Menschen in ländlichen Regio-nen, unzählige technische Anlagen in der Tele-kommunikation, Umweltmesstechnik und Tele-matik sowie vier Milliarden tragbare Elektronik-geräte haben eines gemeinsam: Sie alle brau-chen eine netzunabhängige Stromversorgung.Hierfür werden zunehmend regenerative Ener-gien oder andere innovative Energiewandler ein-gesetzt.

Knapp 20 Prozent der weltweit verkauftenPhotovoltaikmodule gehen in diese Märkte, diesich zum Teil bereits ohne Fördermittel ökono-misch selbst tragen. Die Stromversorgung mitder Sonne ist heute in vielen Fällen betriebswirt-schaftlich sinnvoller als Einwegbatterien, Netz-ausbau oder Versorgung mit Dieselgeneratoren.

Über eine Milliarde Menschen ohne Zugang zusauberem Trink- und Brauchwasser benötigenzudem Technologien zur dezentralen Wasser-entsalzung und -entkeimung. Wir versorgen sol-che Systeme mit erneuerbaren Energien, verbes-sern ihre Energieeffizienz und reduzieren denWartungsbedarf.

NetzunabhängigeStromversorgungen

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 65Stro

m ü

ber

all

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bar

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Sowohl in der ländlichen Elektrifizierung als auchbei der Stromversorgung von technischen An-lagen hat sich die Qualität der Komponentenund der Systeme in den letzten Jahren spürbarverbessert, es gibt aber immer noch großeEntwicklungspotenziale. Deshalb unterstützenwir Unternehmen sowohl bei der Komponenten-entwicklung als auch bei der Systemplanung undder Markterschließung. Unsere Kompetenzfelderumfassen insbesondere hocheffiziente Leistungs-und Regelungselektronik, Ladestrategien vonBatterien, Anlagenbetriebsführung, Energie-management und Systemsimulation.

Weiterhin bieten wir auch Analysen und Bera-tungen zu sozialen und ökonomischen Rahmen-und Marktbedingungen für eine erfolgreicheEinführung von Energietechnologien an. Denninsbesondere in der ländlichen Elektrifizierungsind neue Geschäftsmodelle und angepassteStrategien zur Markterschließung wichtig. Nur sokönnen der nachhaltige Aufbau von Vertriebund Service – und damit der langfristige Betriebder aufgebauten Systeme – gesichert werden.

Dorfstromversorgungsanlagen bekommen einenzunehmenden Stellenwert bei der ländlichenElektrifizierung. Im Rahmen internationalerKooperationen führt das Fraunhofer ISE Moni-toring an neu installierten Systemen durch. An-hand der gewonnenen Messdaten können dieQualität und die Einsatzbereitschaft der Systemegetestet werden. Bei gleichzeitiger Vermittlungdes Monitoring-Know-hows werden die Ergeb-nisse mit Fachpersonal vor Ort diskutiert, ummittelfristig die Unabhängigkeit der Länder beimAufbau und Betrieb der Anlagen zu erreichen.

Für tragbare Geräte haben insbesondere Mikro-brennstoffzellen ein großes Potenzial. Hierfürentwickeln wir die Technologie einschließlich derzugehörigen Leistungs- und Regelungselektronik.

Der Vorteil der Mikrobrennstoffzellen gegenüberkonventionellen Batteriesystemen ist die hoheEnergiedichte ihres Energiespeichers für Wasser-stoff oder Methanol. Dadurch können bei glei-cher Baugröße oder gleichem Gewicht dieBetriebszeiten der Geräte wesentlich verlängertwerden. Weitere Aktivitäten in diesem Umfeldwerden im Geschäftsfeld »Wasserstofftech-nologie« dargestellt.

Für unsere Entwicklungsarbeiten stehen unsunter anderem folgende Einrichtungen zurVerfügung:

- Wechselrichterlabor- hochpräzise Leistungsmessgeräte für

Wechselrichter und Laderegler- Präzisionsmessgeräte zur Charakterisierung

induktiver und kapazitiver Bauelemente - Messkabine für elektromagnetische Verträg-

lichkeit (EMV)- Burst- und Surge-Generatoren- programmierbare Solarsimulatoren und

elektronische Lasten- Entwicklungsumgebungen für Mikrocontroller

und Digitale Signalprozessoren (DSP)- Lichtmesslabor- Entwicklungsumgebungen für Regelungen auf

der Basis von »embedded systems«- temperierte Teststände für vielzellige Batterien

und Hybridspeicher- Teststände für Brennstoffzellen im Betrieb mit

Wasserstoff und Methanol- ortsaufgelöste Charakterisierung von

Brennstoffzellen - Kalibrierlabor für Solarmodule- Freiland-Testfeld zur Erprobung von

Solarkomponenten- Pumpenteststand- Test- und Entwicklungslabor für Trinkwasser-

aufbereitungssysteme.

66 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

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Der Bedarf an netzunabhängigen Stromver-sorgungen für technische Anlagen wächst stetig.Dazu gehören Stationen zur Umweltbeobachtung,zur Waldschadensforschung, zur Klimaforschungsowie geowissenschaftliche Messstationen, Ein-richtungen für die Telekommunikation, die Verkehrs-technik und die Sicherheitstechnik. Für diesen Marktentwickelt das Fraunhofer ISE kostengünstige, zuver-lässige und maßgeschneiderte Lösungen auf derBasis von Photovoltaik-Hybridanlagen mit integrier-ten Energiemanagementsystemen.

Das Spektrum unserer Arbeiten reicht von der Kon-zeption »mobiler Energiepakete« für Kurzeinsätzebis zu robusten stationären Systemen. Für die mobileAnwendung sind Photovoltaikmodule auf dem Dachund an den Seiten eines Hängers angebracht, dieBrennstoffzellen und Batterien befinden sich imInnenraum (nebenstehendes Bild). Bei stationärenAnwendungen bringen wir Photovoltaikmoduledirekt am Mast an (Bild S. 64) und stellen einenSchaltschrank mit Zusatzstromerzeugern undBatterien auf (Beitrag S. 68).

Netzunabhängige Stromversorgungen

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 67

Ansprechpartner

Systeme zur netzunabhängigen Dr. Matthias Vetter Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-56 00Stromversorgung E-Mail: [email protected]

Leistungselektronik und Dr. Bruno Burger Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 37Regelungstechnik E-Mail: [email protected]

Elektrische Speichersysteme Dr. Rudi Kaiser Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 20E-Mail: [email protected]

Brennstoffzellensysteme Dr. Carsten Agert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 46E-Mail: [email protected]

Wasserstofferzeugung Dr. Thomas Aicher Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 94und -speicherung E-Mail: [email protected]

Systeme und elektrische Verfahren zur Dr. Matthias Vetter Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-56 00Wasserentsalzung und -entkeimung E-Mail: [email protected]

Thermische Solaranlagen, Verfahren zur Dipl.-Phys. Matthias Rommel Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 41Wasserentsalzung und -entkeimung E-Mail: [email protected]

Photovoltaische Module Dr. Harry Wirth Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 93E-Mail: [email protected]

Marketing Dr. Harald Schäffler Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-54 27E-Mail: [email protected]

Übergreifende Koordination

Netzunabhängige Stromversorgungen Dr. Günther Ebert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 29E-Mail: [email protected]

Wasserstofftechnologie Dr. Christopher Hebling Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 95E-Mail: [email protected]

Solarzellen Prof. Dr. Gerhard Willeke Tel.: +49 (0) 7 61/45 088-52 66E-Mail: [email protected]

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68–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Wettervorhersagen, Katastrophenwarnungen,Verkehrsmeldungen – niemand will heute aufaktuelle Informationen verzichten. Von Hoch-wasser Betroffene wollen erfahren, wie hoch derPegel steigen wird, Wissenschaftler brauchengenaue Umweltdaten zur rechtzeitigen Warnungvor Naturkatastrophen wie beispielsweiseLawinen, Investoren verlangen nach Winddatenvom Standort eines geplanten Windparks. Vor-aussetzung für die Ermittlung all dieser Daten istein engmaschiges Netz von automatisch arbei-tenden Messstationen. Doch dieses Netz hatLöcher, weil an vielen Orten die Energie für denBetrieb der Geräte fehlt. Derzeit werden netzfer-ne Messstationen häufig durch Solarzellen ver-sorgt, die allerdings den Energiebedarf nichtimmer decken können: Vor allem im Winter,wenn sich Schnee und Eis auf die Module legenund zusätzliche Energie zum Beheizen der Sen-soren benötigt wird, reicht die Solarenergie nichtaus. Lückenhafte Datensätze und hoheWartungskosten sind die Folge.

Im Rahmen des Projekts »EVEREST – HybrideEnergieversorgung von autarken Messstationen«entwickeln wir ein modulares Energieversor-gungssystem, das eine kostengünstige undzuverlässige Lösung darstellt, die auch unterextremen Umweltbedingungen Energie liefert:Die so genannten »EVEREST«-Boxen kombinie-

»EVEREST« versorgt Messstationen zuverlässig mit Strom

Geowissenschaftliche Messstationen sind oftextremen Umweltbedingungen ausgesetzt.Unser gemeinsam mit 14 Forschungs- undIndustriepartnern aus Deutschland, Österreich,der Schweiz und Italien entwickeltes Energie-versorgungssystem »EVEREST« gewährleisteteine ganzjährig zuverlässige und zudem kos-tengünstige Stromversorgung solcher Daten-ermittlungseinheiten.

Matthias Vetter, Norbert Pfanner, Harald Schäffler, Simon Schwunk, Robert Thomas, Friedemar Schreiber, Günther Ebert

Abb. 1: Autonomes Windmesssystem »Meteo-32« mitDatenlogger »Wicom« der Firma Ammonit (links). Versorgtwird diese Messstation mit der »EVEREST«-Minibox (rechts),bestehend aus einem Photovoltaik-Generator mit einerLeistung von 100 Wp, einer Direktmethanol-Brennstoffzellemit einer Leistung von 65 W und Batterien mit einer Kapazitätvon 660 Ah.

Abb. 2: »Doppler-Sodar-Messsystem PCS.2000- 24« derFirma Metek. Versorgt wird diese mobile Messstation mitder »EVEREST«-Maxibox (Abb. 3).

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–69

ren Photovoltaik-Anlagen und Batterien mit Zu-satzstromerzeugern wie Stirling-, Wind- oderthermoelektrischen Generatoren sowie Brenn-stoffzellen in unterschiedlichen Leistungsklassen.Herzstück dieser Energieversorgung ist ein inno-vatives Energiemanagementsystem (EMS), dasdie einzelnen Energieerzeuger miteinander ver-netzt und bedarfsgerecht steuert. Dabei werdenneue Verfahren zur verbesserten Ladezustands-bestimmung der Batterie eingesetzt. Ebensowerden Ladestrategien und Betriebsführungs-konzepte auf Basis von Energieerzeugungs- undVerbrauchsprognosen an die Bedürfnisse vonMessstationen angepasst. Abhängig vom Lade-zustand der Batterie und den aktuell verfügba-ren Erzeugungskapazitäten wird darüber hinausdurch eine Priorisierung der einzelnen Verbrau-cher (Datenlogger, Sensoren, Modem, Mastbe-feuerung, Heizung) sowie ein gezieltes Last-management die Versorgungssicherheit erhöht.Gleichzeitig lässt sich damit der Energiever-brauch der Messstationen minimieren.

Derzeit befinden sich zwei Ausführungen der»EVEREST«-Box im Rahmen eines Feldtests aufdem Gelände des Umweltbundesamtes auf demSchauinsland bei Freiburg im Einsatz. Die Mini-box-Variante (Abb. 1) besteht aus einem Photo-voltaik-Generator, einer Direktmethanol-Brenn-stoffzelle und einer Batterie. Sie versorgt ein

Windmesssystem mit Datenlogger, Modem,Schalenkreuz-Anemometer, Windfahne, Tempe-ratur- und Feuchtemessung und Mastbe-feuerung. Die maximale Last ohne Heizungbeträgt nur 8 W, im Heizfall steigt diese aller-dings auf bis zu 60 W an.

Die »Everest«-Maxibox (Abb. 3) besitzt einePhotovoltaik-Anlage, ein Brennstoffzellensystemund Batterien mit höherer Leistung als dieMinibox. In einem zweiten Feldtest soll diesesSystem um eine Windkraftanlage erweitert wer-den. Versorgt wird mit dieser Variante einDoppler-Sodar-Messsystem (Abb. 2), das zurErmittlung von Windprofilen auf der Basis vonSchallimpulsen eingesetzt wird. Die Last ohneHeizung beträgt bei diesem System 75 W, mitHeizung steigt sie auf ca. 350 W an (Abb. 4).

Neben geowissenschaftlichen Messstationen lassen sich mit »EVEREST«-Boxen auch Einrich-tungen der Telekommunikation, der Verkehrs-technik und der Sicherheitstechnik versorgen.

Die Entwicklungsarbeiten werden im Rahmendes InnoNet-Programms durch das Bundes-ministerium für Wirtschaft und Technologie(BMWi) gefördert.

Netzunabhängige Stromversorgungen

Abb. 3: »EVEREST«-Maxibox, bestehend aus einer Photo-voltaik-Anlage (960 Wp) auf dem Dach bzw. an der Seitedes Hängers sowie einer Direktmethanol-Brennstoffzelle(325 W) und Batterien mit einer Kapazität von 1320 Ah imInnenraum. Für den Transport des Messsystems (Abb. 2) immobilen Einsatz ist die Maxibox als Hänger konstruiert.

Abb. 4: Systemsimulation der »EVEREST«-Maxibox. Gründargestellt ist die Last, deren Heizungsanteil abhängig vonder Umgebungstemperatur getaktet wird. Die Einsatzdauerdes Brennstoffzellensystems (rote Kurve) ist abhängig vomEnergieangebot der Photovoltaik- (hellblaue Kurve) und derWindkraftanlage (schwarze Kurve).

06. Jan 07. Jan 08. Jan 09. Jan 10. Jan

600

500

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70–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

In autarken PV-Hybridsystemen zur Stromver-sorgung netzferner Messstationen oder Dörfersteuert ein Energiemanagementsystem (EMS) dasZusammenspiel von PV, Zusatzstromerzeugern,Batterie und Verbrauchern. Bisherige EMS beru-hen auf rein technischen Kriterien, so z. B. demLadezustand der Batterie oder dem prognosti-zierten Verlauf von Ertrag und Verbrauch. Sieerfordern eine individuelle Einstellung derRegelparameter, insbesondere bei Vorhandenseinmehrerer Zusatzstromerzeuger und steuerbarerLasten. Beruhend auf dem Ansatz eines Börsen-modells entwickeln wir ein neues EMS, das füreinen kostengünstigen Betrieb unter Berück-sichtigung der technischen Randbedingungensorgt. Dabei ist der ermittelte Preis zunächst reinvirtuell, könnte aber auch als Abrechnungs-grundlage genutzt werden.

Unser Ansatz gliedert sich im Wesentlichen inzwei Stufen, einen so genannten »Day-Ahead«-Markt und einen »Spot«-Markt. Beim »Day-Ahead«-Markt werden Prognosen für die Ener-gieerzeugung sowie für die Kosten der einzelnenErzeuger und Informationen über die einzelnenLasten (Zeitfenster, Prioritäten etc.) genutzt, umdaraus einen kostenoptimalen Fahrplan unterBerücksichtigung der technischen Restriktionenfür 24 Stunden zu erstellen. Die Batterie wird indiesem Schritt lediglich als Verbraucher betrach-tet. Im zweiten Schritt, dem »Spot«-Markt, wirddie Batterie als Erzeugungseinheit betrachtet, dieim folgenden Handelstakt dann eingesetzt wird,wenn sie günstiger Strom liefern kann als dievom »Day-Ahead«-Markt eingeplanten Genera-toren. Erste Ergebnisse zeigen, dass bei deutlichgeringerem Parametrieraufwand die technischenRandbedingungen, wie rasche Aufladung derBatterie, gut eingehalten werden.

Die Arbeiten erfolgen im Rahmen des vomBundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderten Pro-jekts »Universal Energy Supply Protocol UESP«.

Kostenoptimiertes Energiemanagement fürautarke Photovoltaik-Hybridsysteme

Um das Energiemanagement für autarke PV-Hybridsysteme möglichst einfach parametrisie-ren, das System kostenoptimal betreiben undeinfach erweitern zu können, setzen wir einBörsenmodell ein. Die Kostenfunktionen fürErzeuger und Verbraucher sind so gestaltet,dass technische Randbedingungen wie z. B.die rasche Vollladung der Batterie gewährleis-tet werden.

Georg Bopp, Julien Gout, Rico Werner,Michael Zillgith, Christof Wittwer, Matthias Vetter, Günther Ebert

Abb. 1: Dieser Demonstrationskoffer zeigt ein voll funktions-fähiges PV-Hybridsystem mit dem Universal Energy SupplyProtocol UESP. Die Einzelkomponenten sind über einen CANBus miteinander verbunden und führen über ein standardi-siertes herstellerunabhängiges Protokoll das kostenoptimierteEnergiemanagement durch.

Abb. 2: Verlauf des Ladezustands SOC (rot), der Zusatz-generatorlaufzeit (grün) und einer verschiebbaren Last (rosa),bei vorgegebener solarer Einstrahlung (gelb) und einer nichtverschiebbaren Last (blau). Die Kostenfunktionen sind sogestaltet, dass die Batterie rasch geladen und die verschieb-bare Last bei hoher Solareinstrahlung oder bei gestartetemZusatzgenerator eingeschaltet wird.

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[W

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Photovoltaik-Dorfstromversorgung für Mittelmeeranrainerstaaten

Um das Potenzial für photovoltaische Dorf-stromversorgungsanlagen zu ermitteln, haben wir zusammen mit lokalen Partnern die Elektrifizierungssituation in den LändernMarokko, Algerien, Jordanien und Libanondetailliert untersucht. Beispielhaft haben wir in einem Dorf in Marokko den Strombedarferhoben und eine PV-Dorfstromversorgungs-anlage dimensioniert.

Georg Bopp, Sebastian Gölz, Carolin Schenuit, Matthias Vetter, Günther Ebert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–71

Ergebnis unserer Untersuchungen ist, dass es inMarokko und Algerien noch ca. 5000 Dörfersowie in Jordanien ca. 5000 Einzelhäuser ohneNetzanschluss gibt. Im Libanon sind alle Dörferan das öffentliche Stromnetz angeschlossen.Dort sind jedoch sowohl die Kraftwerks- als auch die Netzkapazitäten begrenzt oder teil-weise zerstört, so dass die Stromversorgung an vielen Tagen für mehrere Stunden ausfällt.

Bis auf Marokko, das auch Kohle nutzt, basiertdie Stromerzeugung in den untersuchtenLändern fast ausschließlich auf Gas und Öl.Durch die stark steigenden Ölpreise und die mitAusnahme von Algerien kaum vorhandeneneigenen Ölressourcen besteht ein starkes Inte-resse an regenerativen Energien. In Marokko und Algerien ist mit insgesamt ca. 5000 Dörfernohne Netzanschluss das Potenzial für photovol-taische Dorfstromversorgung besonders hoch.

In Marokko führt der Stromversorger ONEbereits ein großes Programm zur ländlichenStromversorgung mit Solar Home Systemendurch. Ziel des von der EU geförderten Projekts»CRESMED« ist es, ONE mit der Technik undOrganisation einer zentralen photovoltaischenDorfstromversorgung vertraut zu machen.Hierfür soll eine Demonstrationsanlage aufge-baut werden. In Zusammenarbeit mit dem loka-len Partner Afrisol führten wir in dem BerberdorfTiouardersine im Südosten von Marokko einedetaillierte Vorortuntersuchung zur Ermittlungdes dortigen Strombedarfs und zur Dimen-sionierung einer PV-Anlage durch. Ergebnis istdie Planung einer Photovoltaik-Anlage mit 6 kWp,die künftig den täglichen Bedarf von 14 kWhdecken wird. Zusätzlich wird eine photovoltai-sche Trinkwasserversorgung installiert.

Netzunabhängige Stromversorgungen

Abb. 1: Das marokkanische Dorf Tiouardersine liegt aufeinem Hochplateau des mittleren Atlasgebirges. Die Zufahrtvon der nächst größeren Stadt ist 44 km lang, davon sind26 km unbefestigt und nur mit einem geländegängigenFahrzeug zu befahren. Es leben 17 Familien, d. h. 80 bis 100 Personen im Dorf, ihr Haupterwerb ist nomadischbetriebene Viehzucht.

Abb. 2: Typische Wohnsituation mit Tageslichtbeleuchtungdurch eine Öffnung im Dach. Die Vorortbefragung ergab folgende Prioritäten für die Elektizitätsversorgung: erstensWasserversorgung, zweitens Beleuchtung, drittens Fernsehenund Radio. Daraus ergibt sich für Tiouardersine ein täglicherBedarf von 14 kWh, der mit einer 6 kWp Photovoltaik-Anlage gedeckt werden kann.

Abb. 3: Der bisherige Brunnen liegt 250 m vom Dorf ent-fernt und ist 7 m tief. Bis heute transportiert jede Familieihren täglichen Bedarf von 50 l mit Eseln ins Dorf. In Zukunft wird das Wasser mit einer Photovoltaik-Anlage ins Dorf gepumpt.

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72–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Der wichtigste Aspekt im Rahmen des Aufbausländlicher Elektrifizierung mit erneuerbarenEnergien ist der wirtschaftliche Anreiz, den dieAnlage dem Betreiber bietet. Wird ein profitablerAnlagenbetrieb ermöglicht, hat der Betreiber ein»natürliches« Interesse an der Funktionstüchtig-keit der Systeme. Im Rahmen eines von unsbegleiteten Projekts schafft der Private-Public-Partnership-Ansatz hierfür die Voraussetzungen.Dabei finanziert die öffentliche Hand die dauer-haft zu installierenden Komponenten – »fixedassets« – für die Dorfstromversorgung, wie z. B.das Netz oder Gebäude für die Erzeugung. Dietransportablen Komponenten oder »moveableassets«, wie Generatoren, Batterien, etc. werdenhingegen von einem privatwirtschaftlichenBetreiber finanziert. Dieser muss auch für denErsatz von Komponenten, wie beispielsweise dieBatterie, sorgen.

Der zweite Aspekt ist die gezielte Förderung pro-duktiver Energienutzung durch die Dorfgemein-schaft. Der Strombetreiber sucht zusammen mitseinen Kunden nach wirtschaftlichen Anwen-dungen, mit denen aus Strom ein Mehrwerterwirtschaftet wird, zum Beispiel Wasserpumpenoder Mühlen. Die Kunden verdienen so nicht nurdas Geld für den Strombezug, sondern schaffenauch die Voraussetzung für eine wirtschaftlicheEntwicklung und Erweiterung der Anlagen. Sokönnen sie erste Schritte aus der Armut herausschaffen.

Private-Public-Partnership zur ländlichenElektrifizierung in Mekong-Staaten

Im Rahmen eines Projekts zur ländlichen Elektrifizierung in den Mekong-StaatenVietnam, Laos und Kambodscha haben wireine kosteneffiziente Lösung für Dorfstrom-anlagen entwickelt. Mit Hilfe eines Public-Private-Partnership-Ansatzes soll mittelfristigerreicht werden, dass nicht Einzelanlagengeplant werden, sondern die Entstehung eines Marktes unterstützt wird. Betreiber und Kunden sollen gemeinsam Anlagen nach ihren individuellen Bedürfnissen kon-zipieren und betreiben können.

Sebastian Gölz, Matthias Vetter, Gisela Vogt,Christoph Weber, Günther Ebert

Abb. 2: Geldfluss einer Dorfstromanlage. Nach dem bisheri-gen Modell entstehen Kosten (gelbe Balken), mit demneuen Modell dagegen Erträge (rote Balken), wobei derStrom für die ländliche Bevölkerung mit 30 US Cent/kWhbezahlbar ist und dem Betreiberunternehmen dennoch einprofitables Geschäft ermöglicht wird. Dies gelingt durcheine optimierte Systemdimensionierung, gekoppelt mit einerangepassten Betriebsstrategie.

Gel

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US

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100080006000

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0-2000-4000-6000-8000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Betriebsjahr

Abb. 1: Ermittlung eines Lastprofils für eine Dorfstromver-sorgung auf der Basis einer Bedarfsanalyse. Für die Folgejahrenach Installation des PV-Hybridsystems wird eine Zunahmedes Energiebedarfs durch die Etablierung von Produktiv-An-wendungen sowie durch einen höheren privaten Konsumerrechnet.

Last

[kw

/h]

7,00

6,00

5,00

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00

4-Jahres Lastprofil (Trockenzeit September – Mai)

1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–73

Der Einsatz von so genannten PV-Hybrid-Mini-Grids ist für diesen Ansatz bestens geeignet. DieHerausforderung liegt bei einer technisch opti-malen und kosteneffizienten Auslegung und derErmittlung eines für den Betreiber profitablenund für die Endnutzer bezahlbaren Tarifs. Durchunsere Betriebserfahrung von über 15 Jahren mitPV-Hybrid-Systemen sowie durch den Einsatzmodernster Simulationswerkzeuge ist es unsgelungen, im Rahmen einer Machbarkeitsstudiefür die laotische Provinz Luang Prabang umsetz-bare Konzepte für Dorfstromsysteme zur Ver-sorgung von 1700 Haushalten zu erarbeiten.Unter Berücksichtigung aller verfügbaren techni-schen, sozialen und ökonomischen Daten war esdabei möglich, eine optimale Lösung auf Basisder erneuerbaren Energieressourcen vor Ort zuentwickeln.

Durch eine an die lokalen Randbedingungenangepasste Konzeption der Anlagen, bestehendaus Photovoltaik, Dieselgenerator und Batterien,wird eine drastische Senkung des Erzeugungs-preises möglich. Der Anteil der Photovoltaik ander Gesamtversorgung wurde stark vergrößert,die Batteriekapazität stark verkleinert (Redu-zierung der Autonomiezeit auf einen statt dreiTage). Der photovoltaisch erzeugte Strom wirdgrößtenteils tagsüber in gewerblichen Anwen-dungen genutzt.

Besondere Aufmerksamkeit in der simulationsba-sierten Auslegung und der Entwicklung desdazugehörigen Businessplans wurde auf dieBetriebsstrategien des PV-Hybrid-Mini-Gridsgelegt. Dadurch konnte sowohl der kostspieligeDieselbetrieb reduziert als auch die Lebensdauerder Batterie durch angepasste Ladestrategiendeutlich gesteigert werden. Ein Ersatz wird erstnach sieben Jahren notwendig.

Die Arbeiten entstanden im Rahmen des von derEC-ASEAN Energy Facility geförderten Projekts»DELTA PRO RES«.

www.energies-renouvelables.org/deltaprores

Netzunabhängige Stromversorgungen

Abb. 3: Simuliertes Betriebsverhalten (Tagesgang) eines PV-Hybridsystems zur Dorfstromversorgung. Die Photovoltaik-Anlage versorgt die Last (v. a. Produktivanwendungen) tags-über, der Betrieb des Dieselgenerators ist auf die Abend-stunden (Lastspitzen durch private Verbraucher) limitiert.Die Ergebnisse dieser Simulationsrechnungen über einenZeithorizont von 15 Jahren werden als Basis für Lebens-dauerkostenanalysen und zur Erstellung von Businessplänengenutzt.

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[kw

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Abb. 4: Schema zur Private-Public-Partnership für dieLändliche Elektrifizierung. Öffentliche und private Investoren speisen einen kommerziellen »Rural Electri-fication Fund«, der Privatbetreibern die Finanzierung von Dorfstromanlagen (aufgeteilt in bewegliche und feste Anlagengüter) ermöglicht.

»Rural Electrification

Fund«

PrivateBetreiber

PrivateInvestitionen

ÖffentlicheInvestitionen

»Moveable Assets«

Bewegliche Anlagen-güter wie Solarmodule,Generator, Batterien,Wechselrichter

Feste Anlagengüterwie Dorfnetz,Generatorgebäude,Anschlüsse

»Fixed Assets«

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74–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Um den Feldtest unter realen Bedingungen inentlegenen ländlichen Gebieten zu ermöglichen,haben wir für das photovoltaisch versorgteSystem zur Wasserförderung und Trinkwasser-aufbereitung WATERpps ein robustes, autarkarbeitendes und einfach zu bedienendesMonitoringsystem entworfen (Abb. 1).

Zur Erfassung und Bewertung des Systemver-haltens werden sämtliche relevanten technischenGrößen aufgezeichnet. Im Einzelnen sind diesdie Solarstrahlung, die momentane Leistung desPV-Moduls, die Leistungsaufnahme der Pumpe,die Batteriespannung und die Entnahmevolu-mina von Brauch- beziehungsweise Trinkwasser.Das Durchflussvolumen kann zusätzlich visuell aneiner einfachen Wasseruhr abgelesen werden.Ziel des Feldtests ist die Identifikation des techni-schen Optimierungspotenzials des Systems einer-seits sowie das Erlernen des typischen Nutzer-verhaltens in ländlichen Gebieten andererseits.

Nach erfolgreich abgeschlossenem Feldtest isteine Vermietung der WATERpps-Systeme analogzur Vermietung von Solar Home Systemen durchlokale Partner geplant.

Neben technischen Größen bewerten wir dieSysteme zusätzlich anhand sozio-ökonomischerKriterien, die für eine erfolgreiche Entwicklungund Implementierung photovoltaisch versorgterTrinkwasseraufbereitungsanlagen von zentralerBedeutung sind. Ziel ist es dabei, die Entwick-lung eines Marktes für dezentrale Wasserauf-bereitungssysteme in ländlichen Regionen voran-zutreiben, um damit einen wesentlichen Beitragzur Verbesserung der Lebensumstände derBewohner zu leisten.

Das WATERpps-System wurde gemeinsam mitder Solar-Fabrik AG entwickelt, unterstützt durchden »Innovationsfonds Klima und Wasserschutz«der badenova AG & Co. KG. Weiterer Partner imFeldtest und für die Umsetzung vor Ort ist dielaotische Firma Sunlabob.

Monitoring dezentraler PV-betriebenerWasseraufbereitungssysteme in Laos

Das photovoltaisch versorgte System zurWasserförderung und TrinkwasseraufbereitungWATERpps (Water Pumping and PurificationSystem) wird derzeit an drei Orten in Laosgetestet. Für diesen Feldtest entwickelten wireine robustes Monitoringsystem. Zudembegleiten wir die Feldtestphase mit einer wis-senschaftlichen Auswertung.

Joachim Went, Matthias Vetter, Thomas Graf,Ansgar Rau*, Thomas Link*, Andy Schröter**, Günther Ebert

* Solar-Fabrik AG, Freiburg** Sunlabob Solar Energy Systems, Vientiane, Laos

Abb. 1: Monitoring-Konzept für den derzeit in Laos durchgeführten Feldtest des photovoltaisch versorgten Systems zur Wasserförderung undTrinkwasseraufbereitung WATERpps.

Abb. 2: Einführung unserer laotischen Partner in das Systemzur Wasserförderung und Trinkwasseraufbereitung WATERppsin Vientiane/Laos.

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Autarke Anlagen zur solaren Meer-wasserentsalzung im realen Betrieb

Bereits heute werden weltweit täglich 50 Millionen m3 Trinkwasser aus Meer- oderBrackwasser gewonnen. Die zum Einsatz kom-menden, technisch ausgereiften Entsalzungs-technologien sind fast ausnahmslos auf dieVersorgung infrastrukturell gut erschlossenerBallungsräume ausgerichtet. Am FraunhoferISE arbeiten wir an Entsalzungssystemen, diesolarthermisch und photovoltaisch versorgtund damit vollkommen energieautark sind, umin infrastrukturell schwachen Gebieten zurAufbereitung kleiner Trinkwassermengen ein-gesetzt werden zu können.

Martin Hermle, Joachim Koschikowski*, Georg Mülhöfer, Matthias Rommel, Moritz Siegfried, Marcel Wieghaus*, Hans-Martin Henning

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–75

Für kleine, dezentral einsetzbare Entsalzungs-anlagen besteht ein erheblicher Entwicklungs-bedarf, da die für großtechnische Anwendungeneingesetzten, konventionellen Entsalzungsver-fahren nicht ohne weiteres auf Anlagen mit klei-nen Produktionskapazitäten herunter skaliertwerden können. Außerdem besteht bei derNutzung von regenerativen Energiequellen wieSolar- oder Windenergie das Problem der diskon-tinuierlichen Energieversorgung.

Bei den am Fraunhofer ISE entwickelten solarbetriebenen Entsalzungssystemen setzen wirdeshalb spezielle, an diese Bedingungen ange-passte Entsalzungsmodule ein, die nach demPrinzip der Membrandestillation arbeiten. DieseModule werden am ISE sowohl weiterentwickeltals auch für Prototypenanlagen gefertigt. Wirunterscheiden zwischen »Kompaktanlagen« fürKapazitäten bis 150 l pro Tag und Einheit und»Zweikreissystemen«, die je nach BaugrößeKapazitäten zwischen einem und zehn m3 proTag abdecken können.

Während die Kompaktanlagen einen direkt vomSalzwasser durchströmten Solarkollektor haben,ist beim Zweikreissystem ein Wärmetauscherzwischen Kollektorkreis und Salzwasserkreisgeschaltet. Zudem verfügt das Zweikreissystemim Gegensatz zur Kompaktanlage über einenWärmespeicher, der überschüssige Energie ausden Mittagsstunden für die einstrahlungsärme-ren Tageszeiten und die Nacht vorhält.

Seit 2005 sind fünf von uns entwickelte undgebaute Kompaktanlagen sowie zweiZweikreissysteme mit einer Tageskapazität von0,8 bzw. 1,5 m3 in verschiedenen Ländern inBetrieb. Die daraus gewonnene Erfahrung zeigt,dass die Anlagen auch über einen längerenZeitraum weitgehend autark und wartungsfreiarbeiten.

Die Arbeiten wurden von der EuropäischenUnion unterstützt.

Netzunabhängige Stromversorgungen

08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 4:00 8:00 0

20

40

60

80

100

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140 2100

1800

1500

1200

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300

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], V

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T_Koll_ein

T_Wt_prim_ein _Destillat

_Ents_Mod _Speisew

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Abb. 1: 24 Stunden Messung an einem Zweikreissystem aufGran Canaria. Es ist zu erkennen, dass die für den Entsal-zungsprozess bereitgestellte Betriebstemperatur von 80 °C(blaue Linie) durch ein spezielles Speicher- und Regelungs-konzept sehr schnell nach Sonnenaufgang erreicht wird unddurch die Beladung des Speichers über Tag, bzw. Entladungdes Speichers während der Nacht sehr konstant gehaltenwerden kann. An diesem Tag wurde ein Trinkwasserertragvon 1240 Litern erzielt.

T_Koll_aus

T-Wt_prim_einT_Ents_Mod

V_Destillat

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I_Gt•

Abb. 2: Bei der Zweikreisanlage auf Gran Canaria sind fünfEntsalzungsmodule in Betrieb. Das Kollektorfeld hat eineGröße von 90 m2 und besteht aus Flachkollektoren mit einer doppelten, antireflexbeschichteten Glasabdeckung.Hierdurch kann auch bei hohen Betriebstemperaturen von80–100 °C noch ein guter Wirkungsgrad von 50–60%erreicht werden. Der thermische Speicher hat ein Volumenvon 4 m3.

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Der Bau netzgekoppelter Anlagen ist heute derweltweit größte Markt der Photovoltaikbranche.Gut ausgestattete Markteinführungsprogrammevor allem in Japan, Deutschland und einigenStaaten der USA, aber auch in europäischenLändern wie Spanien, Italien und Portugal sor-gen für hohe Wachstumsraten. Um diesesMarktwachstum weiter aufrecht zu erhalten,müssen bei sinkender Förderrate auch dieKosten für die Systemtechnik – wie Wechsel-richter, Montage- und Verkabelungssysteme –kontinuierlich gesenkt werden. Gleichzeitigsteigt die Erwartung an die Qualität und dieLebensdauer der Komponenten.

Wechselrichter zur Netzeinspeisung erreichenheute bereits eine hohe Qualität. Neue Schal-tungskonzepte, digitale Regelungstechnik, Fort-schritte bei Leistungshalbleitern sowie bei passi-ven Bauelementen bieten jedoch weitere erhebli-che Verbesserungspotenziale, die ausgeschöpftwerden können. Hierzu bieten wir spezifischesKnow-how an, insbesondere in den BereichenSchaltungsdesign und -auslegung sowie Dimen-sionierung und Implementierung von analogenund digitalen Reglern.

RegenerativeStromerzeugung im Netzverbund

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 77Stro

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Die Qualitätssicherung und die Betriebsüber-wachung von PV-Anlagen spielen eine immerwichtigere Rolle, vor allem bei großen, kommer-ziellen Anlagen. Deshalb entwickeln wir verbes-serte Messverfahren und leistungsfähigere Simu-lations- und Informationstechnologien, die eineQualitäts- und Ertragssicherung auf allen Ebenenermöglichen. Dazu beraten wir bei der Anlagen-planung, charakterisieren Solarmodule und füh-ren die technische Bewertung und Leistungs-prüfung von PV-Anlagen durch. Unsere Ertrags-prognosen bieten höchste Genauigkeit und gel-ten als Referenz.

Neben großflächigen photovoltaischen Anlagenkönnen mittelfristig auch konzentrierende pho-tovoltaische Systeme und solarthermische Kraft-werke einen wichtigen Beitrag zur umwelt-freundlichen Stromerzeugung leisten. Zur Er-reichung höherer Dampftemperaturen forschenwir an der Verbesserung sowohl von Konzen-tratoroptiken mit Fresnellinsen- und Spiegel-systemen als auch von Absorberschichten insolarthermischen Kraftwerken. Wir unterstützendie Industrie mit unseren optischen und thermi-schen Messdienstleistungen zur Qualifizierungder Kollektorfelder ebenso wie mit Simulationenzur Auslegung und Optimierung von Gesamt-systemen. Mit unserem Partner PSE GmbH erar-beiten wir neue Konzepte zur Steuerung derSpiegel für Fresnelkollektoren. Mit modernerLeistungselektronik und Regelungstechnik opti-mieren wir den Betrieb der Konzentrator-PV unddie Trackeransteuerung.

Optisch konzentrierende PV-Systeme haben dasPotenzial, die Stromgestehungskosten für großeKraftwerkseinheiten an sonnenreichen Stand-orten erheblich zu senken. Für zweiachsig derSonne nachgeführte Konzentratormodule entwi-ckeln wir Hochleistungssolarzellen, die in Kom-bination mit preisgünstig hergestellten Fresnel-linsen Modulwirkungsgrade von 26 Prozenterzielen. Die jüngste Ausgründung aus demFraunhofer ISE, die Firma Concentrix SolarGmbH, wird im Jahr 2007 ein erstes Kraftwerkmit dieser Technologie realisieren.

Wegen der Liberalisierung der Strommärkte undder Markteinführung klimaschonender Energie-technologien zur Stromerzeugung, steigt derAnteil von PV-Anlagen und anderer dezentralerStromerzeuger wie Blockheizkraftwerke kontinu-ierlich an. Viele kleine Erzeuger und beeinfluss-bare Lasten agieren miteinander und zum Teilauch mit den Gebäuden, in die sie integriertwerden. Dies führt zu völlig neuen Anforde-rungen an Regelung, Betriebsführung, Kommu-nikation und Datenmanagement von Strom-netzen und von Gebäuden. Wir arbeiten anSteuerungs- und Regelungskonzepten, neuenSimulations- und Managementtechnologiensowie an Planungswerkzeugen für dieseSysteme. Fragen der Kosten, der Betriebs- undVersorgungssicherheit sowie der Spannungs-qualität stehen dabei im Vordergrund.

Für unsere Arbeiten im Geschäftsfeld »Regenera-tive Stromerzeugung im Netzverbund« greifenwir unter anderem auf folgende Ausstattungzurück:

- Wechselrichterlabor - hochpräzise Leistungsmessgeräte für Wechsel-

richter und Laderegler - Präzisionsmessgeräte zur Charakterisierung

induktiver und kapazitiver Bauelementen - Messkabine für elektromagnetische Verträg-

lichkeit (EMV)- Burst- und Surge-Generatoren- programmierbare Solarsimulatoren und

elektronische Lasten- Entwicklungsumgebungen für Mikrocontroller

und Digitale Signalprozessoren (DSP)- Kalibrierlabor für Solarmodule- Freiland-Testfeld zur Erprobung von Solar-

komponenten - Entwicklungsumgebungen für Regelungen auf

der Basis von »embedded systems« - Labor zur Entwicklung von Lade- und

Betriebsstrategien für Batterien- Prüfeinrichtungen für Batterien in weitem

Strom-, Spannungs- und Temperaturbereich

78 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

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Eines der weltweit größten Solarkraftwerke ist auf dem Dach des BMW-Konsolidierungslagers inDingolfing an der Isar realisiert. Der Solargenerator besteht aus mehr als 18 000 Modulen undhat eine Gesamtleistung von 3,3 Megawatt. Das Fraunhofer ISE führte umfangreiche Messungenzur Sicherstellung der Leistung und Qualität der Anlage durch. Dazu gehören vor allem:- Bewertung der technischen Ausführung der Anlage (Unterkonstruktion, Anschlussdosen,

Unterverteiler, Leitungsquerschnitte, Einhaltung der gängigen Normen).- Durchführung der Kennlinienmessung von ausgewählten Teilgeneratoren und Strängen des

Solargenerators zur Ermittlung der Leistung und der Funktion.(Beitrag S. 81)

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 79

Ansprechpartner

Verteilte Erzeugung Dr. Thomas Erge Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 37E-Mail: [email protected]

Leistungselektronik und Dr. Bruno Burger Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 37Regelungstechnik E-Mail: [email protected]

Elektrische Speichersysteme Dr. Rudi Kaiser Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 20E-Mail: [email protected]

Monitoring und Dipl.-Ing. Klaus Kiefer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 18Demonstrationsprojekte E-Mail: [email protected]

Solare Kraftwerke Dr. Werner Platzer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 31E-Mail: [email protected]

Marketing Dr. Harald Schäffler Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-54 27E-Mail: [email protected]

Übergreifende Koordination

Regenerative Stromerzeugung Dr. Günther Ebert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 29im Netzverbund E-Mail: [email protected]

Solarzellen Prof. Dr. Gerhard Willeke Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 66E-Mail: [email protected]

Gebäude und technische Dr. Hans-Martin Henning Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 34Gebäudeausrüstung E-Mail: [email protected]

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

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80–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Wie groß ist die installierte und zu bezahlendePV-Leistung in einer PV-Anlage tatsächlich? Wiehoch ist der zu erwartende mittlere Jahresertrag?Wie werden garantierte Erträge verifiziert?

Bestehende Messvorschriften und Normen zurBeantwortung dieser Fragen stammen zum gro-ßen Teil aus der Zeit erster großer Demonstra-tionsanlagen und beschränken sich auf PV-Module aus kristallinen Silicium-Solarzellen. DieAnforderungen des Marktes sind jedoch inzwi-schen gewachsen. Zum einen werden PV-An-lagen aus Dünnschicht-Modulen in großemUmfang gebaut. Zum anderen rechnen sich beiallen Modultechnologien Toleranzen von mehre-ren Prozent in der installierten Leistung oder imzu erwartenden Ertrag in merkliche Summenum, wenn es um viele MW statt um einige kWgeht.

Im Projekt »Performance« überarbeiten underweitern wir relevante Messverfahren, -Vor-schriften und -Normen. Hierbei geht es räumlichum neun Größenordnungen von der einzelnenSolarzelle bis hin zur Charakterisierung von Ein-satzorten in ganz Europa. Im Zeitbereich erstre-cken sich acht Größenordnungen von Milli-sekunden in der Wechselrichter-Regelung bis hin zur Modul-Lebensdauer von 25 und mehrJahren.

Speziell für die neu auf den Markt drängendenDünnschichttechnologien a-Si, CdTe, CuInGaSeund CuInS sollen Bewertungstoleranzen erreichtwerden, die jenen für die eingeführte kristallineSiliciumtechnologie vergleichbar sind. Dies giltsowohl für die Vermessung von Modulen alsauch für die richtige Bewertung des Anlagen-ertrags. Ebenso werden Fragen zur Alterung vonModulen eingeführter und neuer Technologienuntersucht. Dabei entwickeln wir Labor- undFreiluft-Testverfahren, die auch bei zukünftigenModulkonstruktionen verlässliche Daten inBezug auf die zu erwartende Lebensdauer liefern.

Das von der Europäischen Union geförderteProjekt »Performance« hat eine Laufzeit von vierJahren und wird in enger Kooperation mit derEuropean Photovoltaic Industry Association EPIAsowie zahlreichen Einzelfirmen durchgeführt.

»Performance«: Spielregeln für einen transparenten Photovoltaik-Markt

Die Überarbeitung, Erweiterung und Normungvon Verfahren zur Charakterisierung von PV-Zellen, -Modulen und -Systemen ist Gegenstand des umfangreichen Projekts»Performance«. Dabei konzentriert sich einwesentlicher Teil des Arbeitsprogramms aufunterschiedliche Typen von Dünnschicht-solarzellen und -modulen. Die Angleichung der im Testlabor erzielbaren Messgenauig-keiten an den Produktionsmaßstab ist ebensoein Thema wie die Verfahrensentwicklung fürLebensdauertests.

Christian Reise, Michael Köhl, Günther Ebert

Abb. 1: Im Kalibrierlabor des Fraunhofer ISE werden PV-Zellen und -Module mit hoher Präzision vermessen. Für die kristallinen Silicium-Module liegt die Messgenauigkeit bei +/-2%. Für Dünnschicht-PV-Zellen und für Messungen inder Produktion sollen vergleichbare Genauigkeiten erreichtwerden.

Abb. 2: Wieviele kWp PV-Leistung sind hier installiert? Die hochgerechnete Datenblattleistung, die Modul-Einzel-messungen des Herstellers oder Stichproben zertifizierterMesslabore ergeben stets unterschiedliche Werte. »Per-formance« wird dazu beitragen, klare Spielregeln bei der Bewertung von großen PV-Anlagen einzuführen.

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Ertragsoptimierung bei netzge-koppelten Photovoltaik-Anlagen

Bei steigendem Kostendruck für die Photo-voltaik-Anlagen spielt Effizienz eine zunehmendwichtige Rolle, denn jeder Prozentpunkt Leis-tungseinbuße wirkt sich unmittelbar auf dieRendite der Projekte aus. Eine im Vergleich zurPlanung zu geringe Modulleistung ist eine derhäufigsten Ursachen für niedrige Anlagener-träge. Zunehmend werden auch Schadens-analysen für fehlerhafte Module gefordert. Wirhaben die Verfahren zur Vorortanalyse ent-sprechend weiter entwickelt, um für Inves-toren und Betreiber fundierte Aussagen zuLeistung und Funktion der Solarmodulemachen zu können.

Andreas Steinhüser, Frank Neuberger, Klaus Kiefer, Günther Ebert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–81

Ertragsprognosen stützen sich auf die Angabender Hersteller von Solarmodulen. In verschiede-nen Testreihen konnten wir feststellen, dass dieModulleistungen sich zwar oft innerhalb der ga-rantierten Toleranzen bewegten, bei mehr alsder Hälfte der getesteten Module aber deutlichunter dem vom Hersteller angegebenen Nenn-wert lagen. Für Investoren und Betreiber bietenwir daher eine statistisch repräsentative Prüfungder Solarmodule an. So kann sichergestellt wer-den, dass die gelieferten Module im Durch-schnitt tatsächlich die Leistung liefern, mit derdie Rendite berechnet wurde. Denn über eineBetriebszeit von 20 Jahren bedeutet ein Prozentgeringere Modulleistung bei einer Megawatt-anlage bereits einen Verlust von rund100 000 Euro. In unserem Kalibrierlabor könnenwir Einzelmodule mit einer sehr hohe Messge-nauigkeit von +/-2% messen.

Zur Leistungsüberprüfung großer Solarkraft-werke sind Vorortmessungen der Kennlinien vonTeilgeneratoren bzw. von einzelnen Strängen desSolargenerators erforderlich. Mit unserer mobilenMessausrüstung können wir die Leistung vonTeilgeneratoren bis zu 100 kWp und 1000 VoltSpannung ermitteln. Mit präzisen Sensoren fürdie Messung der solaren Einstrahlung und einersorgfältigen Erfassung der Modultemperaturenan verschiedenen Stellen des Solargenerators lassen sich belastbare Ergebnisse erzielen. ZurErkennung von schadhaften Modulen – zum

Beispiel der Hot-Spot-Effekte – vermessen wirden gesamten Solargenerator mit einer hochauf-lösenden Thermokamera. Mit diesem Verfahrenkönnen die Temperaturverläufe innerhalb einesModuls oder innerhalb größerer Modulfeldersichtbar gemacht werden. Ebenso ist es möglichz. B. die Kabeldimensionierung der Solargenera-torverschaltung und der Wechselrichterbelegungzu überprüfen. So können Gegenmaßnahmengetroffen werden bevor Schäden durch zu hoheStrombelastungen entstehen.

Mit unseren am Fraunhofer ISE entwickeltenAnalyse-Methoden untersuchten wir im letztenJahr mehr als 40 Anlagen mit einer Gesamt-leistung von mehr als 20 Megawatt.

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

Abb. 1: Bei der Thermographieaufnahme eines großen Solar-generators wurden Module mit Hot-Spot-Effekten entdeckt.

Abb. 2: Fraunhofer ISE-Experten bei der Leistungsvermessungder 3 MW-Anlage auf dem Dach der Produktionshalle desBMW-Werks Dingolfing.

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82–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Alterungsvorgänge im Modul werden hauptsäch-lich von folgenden Faktoren beeinflusst: ultravio-lette Strahlung, mechanische Belastung durchSchnee, Wind, innere Spannungen infolge unter-schiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizientensowie Diffusion von Wasser und Sauerstoff.

Wir konzentrierten uns daher zunächst auf Ver-fahren zur Ermittlung relevanter Materialkenn-größen und auf die Entwicklung von Simula-tionsprogrammen, mit deren Hilfe dann dasZusammenwirken neuer Materialien im Modulund deren Alterungsbeständigkeit modelliertwerden konnte (Abb. 1 und 2).

Für die Validierung der Simulationsergebnisseund der beschleunigten Gebrauchsdauer-prüfungen haben wir kommerzielle Module undTestmodule mit innovativen Materialkombi-nationen in arider, tropischer, alpiner und urba-ner Umgebung zur Freibewitterung ausgesetzt.Die klimatische Beanspruchung wurde einemkontinuierlichen Monitoring unterzogen. Weitereinteressante Materialien und Module mit Dünn-schichttechnik stehen noch zum Test aus.

Zielsetzung ist es, gemeinsam mit unseren Pro-jektpartnern einen beschleunigten Test zur Be-stimmung der Lebensdauer von Solarmodulen zuentwickeln und ihn mittels Outdoor-Messungenzu verifizieren.

Das Clusterprojekt »Zuverlässigkeit von PV-Modulen« wird vom Bundesministerium fürUmwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit(BMU) gefördert. Die Arbeiten im Rahmen desintegrierten Projekts »Performance« werden zum Teil von der EU finanziert.

Zuverlässigkeit und Beständigkeit vonPhotovoltaik-Modulen

Hersteller von Solarmodulen geben derzeiteine Leistungsgarantie von 20 Jahren undmehr. Dies ist nur möglich, weil für die ver-wendeten Materialien entsprechendeErfahrungen über die Gebrauchsdauer vorlie-gen. Wer alternative, preiswertere Materialieneinsetzen möchte, kann ihre Zuverlässigkeitnur schwer einschätzen. Um hierfür neueMöglichkeiten zu schaffen, entwickeln wirgemeinsam mit Projektpartnern einenbeschleunigten Lebensdauertest fürSolarmodule.

Michael Köhl, Odon Angeles, Franz Brucker,Markus Heck, Tilmann Kuhn, Daniel Philipp,Marco Tranitz, Karl-Anders Weiß, Harry Wirth,Hans-Martin Henning

Abb. 2: Modellierung der Verteilung der Wasserkonzentra-tion im Einbettungsmaterial eines PV-Moduls. Die Moment-aufnahme aus einer dynamischen Simulation zeigt die örtlichverteilte Wasserkonzentration im Einkapselungsmaterial.

Abb. 1: Die Falschfarbendarstellung zeigt die modellierten Spannungen ineinem Modul mit 4 mm Verglasung bei einer Belastung mit 2 400 Pa. Manerkennt die Druckspannungen an der Glasoberfläche und Zugspannungen ander Glasunterseite sowie an den Solarzellen. Die Farbskala von dunkelblaunach dunkelrot spiegelt den zunehmenden Betrag der Spannungen wieder.

Max

Min0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8x [m]

0,005

0

-0,005

-0,01

-0,015

-0,02

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

Glas

x10-3

Einkapselung

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16x[m]

4.5

4

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

Si-Zelle

Rückseiten-folie

Wasser Aufnahme: g Wasser/g Polymer

y[m

]

y [m

]

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Diodenfreie Bypassschaltung fürSolarmodule

Bypassdioden schützen Solarzellen, wennAbschattungen des Generators auftreten soll-ten. Aufgrund zunehmender Zellgröße sowiezunehmender Zellwirkungsgrade erreichenZellströme inzwischen einen Bereich von 10 bis15 Ampere. Bei derart hohen Strömen ist esschwierig, die in Folge von Abschattung in denDioden entstehende Abwärme abzuführenund die Vorschriften nach IEC 61215 einzuhal-ten. Gemeinsam mit Industriepartnern entwi-ckelten wir eine diodenfreie Bypassschaltung,welche die Wärmeentwicklung auf ein unkriti-sches Maß reduziert.

Bruno Burger, Heribert Schmidt, Günther Ebert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–83

Bypassdioden sind Bestandteil nahezu aller Solar-module. Sie sind antiparallel zu einer Gruppevon Solarzellen geschaltet und im Normalbetriebstromlos. Werden Zellen der Gruppe abgeschat-tet, so wird die Bypassdiode leitend und schütztdie abgeschatteten Zellen vor einer Schädigungdurch eine zu hohe Sperrspannung und Erwär-mung (Hot Spot). Bislang werden konventionelleSilicium p-n-Dioden und auch Schottky-Diodenals Bypassdioden eingesetzt. Der bei Abschat-tung durch sie fließende Generatorstrom rufteine deutliche Erwärmung aufgrund ihrer Durch-lassspannung von ca. 0,4 V bis zu 1 V hervor.Mit zunehmender Zellgröße und Effizienz derZellen und somit steigenden Zellströmen wird esimmer schwieriger, die entstehende Abwärmeaus den Bypassdioden abzuführen. Bereits bei8 bis 10 Ampere muss ein erheblicher Aufwandbetrieben werden, um die von der IEC 61215zugelassenen Grenztemperaturen der Diodeneinzuhalten.

Mit unserer neuartigen diodenfreien Bypass-schaltung kann die Wärmeentwicklung bei einer16-A-Schaltung um den Faktor 10 gegenüberkonventionellen Lösungen reduziert werden.Diese geringe Wärmeentwicklung wirkt sichzudem positiv auf deren Lebensdauer aus undermöglicht es, mehrere solcher Schaltungen ineiner konventionellen Anschlussdose unter-zubringen. Die Schaltung besteht aus wenigen,großzügig dimensionierten Bauteilen. Dank integrierter Schutzkonzepte zeichnet sie sich im Vergleich zu konventionellen Bypassdiodendurch eine hohe Robustheit gegenüber Über-spannungen aus. Dadurch wird die diodenfreieBypassschaltung auch für Module mit kleineremNennstrom interessant.

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

Abb. 1: Diodenfreie Anschlussschaltung DIODLESS mit einemNennstrom von 16 A für zwei Untergruppen von Solarzellen.Unser Industriepartner plant die Entwicklung einer durch-gängigen Familie von diodenfreien Anschlussschaltungennach dem neuen Konzept.

Abb. 2: Die diodenfreie Anschlussschaltung ist elektrischkompatibel mit konventionellen Bypassdioden. Das Bypass-element wird über eine Ansteuer- und Schutzschaltung ausdem Spannungsabfall über der Diode versorgt. Zukünftigkönnen auch Sonderfunktionen, zum Beispiel Kurzschließendes Moduls, über geeignete Schnittstellen realisiert werden.

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84–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Das neu entwickelte EnergiemanagementsystemPoMS (Power Flow and Power Quality Manage-ment System) hilft, die stetig steigende Zahldezentraler Erzeugungsanlagen in bestehendeEnergieversorgungsnetze zu integrieren und zumanagen. Die Zielkriterien für das optimierteManagement können dabei ganz unterschiedlichsein, z. B. Kostenminimierung des Netzbetriebs,Reduzierung des Bedarfs an Regelenergie, Mini-mierung des Primärenergieeinsatzes, Minimie-rung von CO2-Emissionen. PoMS kann zusätzlichaktiv die Spannungsqualität mit vorhandenenNetzkomponenten verbessern. So können z. B.Unter- oder Überspannungen reduziert werden;gleichzeitig erlaubt das System die kontinuierli-che Überwachung der Spannungsqualität.

Die entscheidende Neuerung bei PoMS ist dieBerechnung optimierter Fahrpläne für die steuer-baren Komponenten. Wir haben dabei Metho-den der gemischt-ganzzahligen linearen Opti-mierung verwendet. Deren großer Vorteil ist dieGarantie, ein globales und nicht nur ein lokalesOptimum zu finden. Auch in anderen Industrie-branchen findet dieser Ansatz zunehmend Ver-wendung.

Unser Partner bei der Entwicklung und beim Testvon PoMS ist der Energieversorger MVV Mann-heim. Von September bis Dezember 2005 wurdedas System in einem Niederspannungsnetz in derNähe von Karlsruhe getestet. Dabei zeigte sich,dass im Vergleich zum konventionellen Netzbe-trieb Einsparungen im Bereich von mehreren tau-send Euro pro Jahr möglich sind. Ein Ergebnis,das Amortisationszeiten für das System von nurdrei bis vier Jahren erwarten lässt. Aufgrund derviel versprechenden Ergebnisse wird die MVVMannheim das System nun einem Langzeittestbis Juni 2007 unterziehen.

Aktives Management von dezentralenStromerzeugungsanlagen

Immer mehr dezentrale Erzeugungsanlagenspeisen Strom ins Netz und erhöhen die An-forderungen an die Planung und Betriebs-führung von Energieversorgungsnetzen. Aufder Basis eines Algorithmus, der zur Erreichungvielfältiger Zielvorgaben eingesetzt werdenkann, entwickelten wir ein neuartiges Systemfür die Betriebsführung von dezentralen Er-zeugungsanlagen. Ein erster Test in einemNiederspannungsnetz verlief erfolgreich undlässt Amortisationszeiten von drei bis vierJahren für das System erwarten.

Thomas Erge, Rainer Becker, Malte C. Thoma,Anselm Kröger-Vodde*, Bernhard Wille-Haussmann, Christof Wittwer,Günther Ebert

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Abb. 1: Praxistest von PoMS in einem Netz der MVV Energie.

Abb. 2: Damit für die Bewohner der Siedlung jederzeit nachvollziehbar ist, welche Leistung das System erbringt,werden vor Ort ausgewählte Parameter auf einer Anzeige-tafel dargestellt.

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Realisierung eines virtuellen Kraftwerks

Mit dem zunehmenden Ausbau dezentralerEnergiesysteme, insbesondere durch denEinsatz regenerativer Energiequellen, wird einaktives Netz-Management erforderlich. InKooperation mit einem Energieversorgungs-unternehmen haben wir für dessen Strom-verteilnetz eine intelligente Betriebsführungentwickelt, die es erlaubt, die verteiltenStromerzeuger zu einem virtuellen Kraftwerkzu kombinieren.

Thomas Erge, Lena Kitzing, Malte C. Thoma,Bernhard Wille-Haussmann, Christof Wittwer,Günther Ebert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–85

Aufgrund der steigenden Anzahl dezentralerStromerzeuger ergeben sich neue Anforde-rungen im Rahmen der Netzbetriebsführung.Aspekte der Netznutzung der vorgelagertenEbenen sowie neue Rahmenbedingungen (z. B. Anreizregulierung) spielen zunehmend eine wichtige Rolle. Für den Verteilnetzbetreiberbieten diese veränderten Rahmenbedingungendie Chance zur aktiven Systemoptimierung.

Wir haben untersucht, wie auf der Basis vonPrognosen für thermische und elektrische Lastensowie von Prognosen für die Erzeugung ausWind und Photovoltaikgeneratoren eine für dasGesamtnetz technisch und ökonomisch optimier-te Betriebsweise möglich wird. Die von uns ent-wickelten Strategien zur Optimierung dieses»virtuellen Kraftwerks« haben wir anhand frühe-rer Betriebsdaten evaluiert und konnten zeigen,dass zum Teil erhebliche Verbesserungen derRentabilität sowohl für Anlagen- als auch fürden Netzbetreiber zu erzielen sind. Das größtePotenzial entsteht hierbei durch die optimierteSteuerung der Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen.

Für den laufenden Betrieb des »virtuellen Kraft-werks« haben wir mit dem auf Seite 84 er-wähnten Verfahren der gemischt-ganzzahligenlinearen Optimierung maßgeschneiderte Opti-mierungsstrategien entwickelt und implemen-tiert. Dabei ist es möglich, flexible Zielfunktionenfür die Optimierung vorzugeben, wie zumBeispiel die Erzielung von finanziellen Ein-sparungen oder die Reduktion des CO2Ausstoßes der Erzeuger.

Die Kommunikationsinfrastruktur für das »vir-tuelle Kraftwerk« ist im Aufbau, der reguläreDauerbetrieb ist in Vorbereitung.

Unser Partner, der Freiburger Netzbetreiberbadenova GmbH & Co. KG, fördert das Projektüber seinen Innovationsfonds.

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

Verteilnetzbetreiber

Abb. 2: Bei »regionalen virtuellen Kraftwerken« müssen beider Betriebsführung sowohl die Interessen der Anlagen-eigentümer, als auch die des lokalen Netzbetreibers berück-sichtig werden. Die von uns entwickelte übergeordneteBetriebsführung kann genau diesen Interessenausgleichsicherstellen.

Abb. 1: »Virtuelle Kraftwerke« umfassen eine Vielzahldezentraler Erzeuger unterschiedlichster Technologien. Durch eine zentrale kommunikative Einbindung sowie eine intelligente Betriebsführung werden sie zu einer aus Sicht den Netzbetreibers konzentrierten, steuerbarenErzeugungseinheit kombiniert.

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86–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Europa sieht sich mit wachsenden Schwierig-keiten konfrontiert, will es die in den vergange-nen Jahren vereinbarten ehrgeizigen Ziele imHinblick auf erneuerbare Energien, Energieeffi-zienz und Klimaveränderung erreichen. EinGrund dafür ist, dass die Verantwortung für diePlanung, Genehmigung und Implementierungvon Projekten bei lokalen Entscheidungsträgernaus der Verwaltung liegen und nicht auf EU-Ebene.

Vor diesem Hintergrund haben wir einen Be-wertungsansatz sowie ein Instrument auf Inter-netbasis entwickelt, das Kommunen dabei unter-stützt, die für sie geeigneten Aktivitäten zumKlimaschutz durchzuführen. Neben den techni-schen Möglichkeiten werden dabei auch Risikenberücksichtigt, die mit der Implementierung vonnachhaltigen Energietechnologien verbundensein können. Das entwickelte Instrument ermög-licht die Durchführung einer Risikoanalyse mitmehreren Interessensgruppen. Es wird deutlich,bei welchen Gruppen zu unterschiedlichenThemen Übereinstimmung besteht und woKonfliktpotenzial vorliegt. Die Grundlage füreine transparente Diskussion über Risiken undderen Vermeidung ist somit geschaffen.

In einem ersten Einsatz der Neuentwicklunggelang es uns, mit dem Council des LondonerStadtteils Borough of Merton eine »ClimateChange Strategy« unter Einbezug von Wohn-häusern und kleinen kommerziellen Einrich-tungen zu entwicklen. Die Strategie sieht nebender Realisierung eines Blockheizkraftwerks(BHKW) mit Biogas-Technologie auch dieImplementierung von 150 kWp PV- und Wind-kraftanlagen im Stadtgebiet vor. Mit der Klima-schutzstrategie können neue Gebäude im Süd-osten des Stadtviertels ohne große CO2-Belastung mit Strom und Wärme versorgt wer-den. Durch Nutzung lokaler Ressourcen ergibtsich gleichzeitig eine Kostenersparnis für dieGemeinde.

Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des von derEuropäischen Union geförderten Projekts »LocalNew Energy Technology Implementation«.http://letit.energyprojects.net

Das »LETIT-Tool« steht der Öffentlichkeit zurVerfügung unter: www.rgesd-sustcomm.org/LETIT/TK_ENG_LETIT.htm

Unterstützung für Kommunen bei derImplementierung Erneuerbarer Energien

Kommunen mangelt es oft an Know-how, umMöglichkeiten für die Nutzung erneuerbarerEnergietechnologien »Assets« zu identifizierenund sie einer Chancen/Risiko-Analyse zu unter-ziehen. Gemeinsam mit Partnern aus fünf EU-Ländern haben wir ein mittels Internet gesteu-ertes Werkzeug entwickelt, das Kommunendarin unterstützt, die für sie geeigneten Akti-vitäten zum Klimaschutz in Angriff zu nehmen.

Sebastian Gölz, Iryna Shymkiv, Gisela Vogt,Günther Ebert

Abb. 1: Kommunen verfügen über viele Möglichkeiten, diebisher selten für die Implementierung nachhaltiger Energie-systeme in Betracht gezogen wurden. Mit Hilfe des »LETIT-Tools« entwickelte der Londoner Stadtteil Merton eineKlimaschutzstrategie, bei der unter anderem 3 Windanlagen(à 6 kW) der neuesten Generation von Vertikalachsenturbi-nen installiert werden (Quelle: XCO2, GB).

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Weiterentwicklung und Demonstration desLinearen Fresnel-Kollektors

Im Bereich solarthermischer Kraftwerke lag inden vergangenen Jahren einer unserer Schwer-punkte auf der Optimierung des linearenFresnel-Kollektors auf der Basis von theoreti-schen Untersuchungen. Ebenso wurden dieSchlüsselkomponenten Absorberrohr, Sekun-därspiegel, Primärspiegelfeld und dessenRegelung zur Einsatzreife gebracht. Nunkommt ein direkt-verdampfender Prototyp zurAnwendung, dessen Leistung und Betriebsver-halten wir in der Praxis analysieren, um Sicher-heit für kommerzielle Kraftwerksprojekte zuerhalten (zum Thema Fresnel-Kollektoren vgl.auch Beitrag S. 38).

Andreas Georg, Wolfgang Graf, AnnaHeimsath, Christina Hildebrandt, GabrielMorin, Werner Platzer, David Tovar, Andreas Gombert

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–87

In solarthermischen Kraftwerken mit linearenFresnel-Kollektoren werden einachsig nachge-führte Flachspiegel zur Konzentration derSolarstrahlung eingesetzt. Bei den dafür erfor-derlichen Bauteilen handelt es sich zu einemhohen Anteil um kostengünstige Standardkom-ponenten, die nahezu weltweit verfügbar sind,eine hohe lokale Wertschöpfung ermöglichenund damit Wettbewerbsvorteile gegenüberKonkurrenztechnologien erwarten lassen. Da-rüber hinaus ist die Fresnel-Technik unempfind-lich gegen Windlasten und erlaubt eine hoheLandausnutzung.

Theoretisch errechnete Stromgestehungskostenvon bis zu 0,12 €/kWh lassen erwarten, dassdieser Kollektortyp mittelfristig große Marktan-teile an der solarthermischen Stromerzeugungeinnehmen wird. Allerdings steht ein technischerNachweis unter realen Betriebsbedingungennoch aus.

Aufbauend auf Materialentwicklungen undKomponentenoptimierungen errichten und ver-messen wir gemeinsam mit unserem Industrie-partner MAN Ferrostaal Power Industries unddem Deutschen Zentrum für Luft- und Raum-fahrt DLR einen Demonstrationskollektor auf derPlataforma Solar Almería. Bei diesem Projektsetzt das Fraunhofer ISE beschichtete luftstabileAbsorberrohre ein. Der optimierte Sekundär-

konzentrator mit 14 cm Absorberrohr sowiePrimärspiegel, die reihenweise angesteuert wer-den, sorgen für eine maximale Absorption derSolarstrahlung.

Leistung und Betriebsverhalten in der Praxis wer-den analysiert. Techniken zur optischen undthermischen Qualifizierung des Fresnelfeldes, dieeinen wesentlichen Beitrag zur Projektkosten-und Risikosenkung für künftige Investoren leis-ten können, werden ebenfalls vom FraunhoferISE entwickelt.

Der Aufbau des Kraftwerks in Almería wird vomBundesministerium für Umwelt, Naturschutz undReaktorsicherheit (BMU) gefördert.

0,125

0,13

0,135

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20 25 30 35 40 45 50

Anzahl der Spiegelreihen N

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

Abb. 1: Fotorealistische Simulation eines linearen Fresnel-Kollektor-Feldes.

Abb. 2: Optimierung der Anzahl der Spiegelreihen mit demZiel der Senkung der Stromgestehungskosten (levelised electricity costs LEC). Die Kurven sind für unterschiedliche statistische Abweichungen von der idealen Spiegelform und -position gerechnet – je höher die Zahl desto ungenauerlenken die Spiegel die Sonne auf die Receiver.

LEC

[€

/kW

h]

20 25 30 35 40 45 50Anzahl der Spiegelreihen N

s = 6.98 mrads = 4.65 mrads = 2.32 mrad

0,165

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Wasserstoff setzt bei der Reaktion mit Sauerstoffin einer Brennstoffzelle nutzbare Energie in Formvon Strom und Wärme frei. Da Wasserstoff inder Natur jedoch nicht in Reinform vorliegt, musser aus seinen vielfältigen chemischen Verbin-dungen gewonnen werden. Dies geschieht unterEinsatz von Energie. Im Idealfall wird erneuer-bare Energie in Form von regenerativ erzeugtemStrom für Elektrolyseverfahren verwendet. Einzweiter Weg ist die Reformierung von gasförmi-gen oder flüssigen Brennstoffen, so genanntenKohlenwasserstoffen.

Wasserstoff ist zwar keine Energiequelle, als uni-verseller Energieträger wird er aber ein wichtigerBaustein einer künftigen nachhaltigen Energie-wirtschaft sein. Langfristig kann Wasserstoff bei-spielsweise zeitlich fluktuierende erneuerbareEnergie so zwischenspeichern, dass alle ge-wünschten Energiedienstleistungen mit der ge-wohnten Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.Das Anwendungspotenzial von Wasserstoff istgewaltig: In der dezentralen Energieversorgungkönnen Brennstoffzellen Wärme und Strom ausErdgas mit bis zu 80 Prozent Gesamtwirkungs-grad erzeugen. Brennstoffzellen dienen in mobi-len Anwendungen zusammen mit Elektromoto-

Wasserstoff-technologie

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 89Stro

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ren als schadstofffreie Antriebsaggregate fürAutomobile, LKWs und Busse. Außerdem kön-nen Brennstoffzellen in Auxiliary Power Units(APU) für die Bordnetz-Stromversorgung sorgen.Schließlich eignen sich Mikrobrennstoffzellen-systeme wegen der hohen Energiedichte vonWasserstoff oder Methanol hervorragend als Er-gänzung oder Alternative zu wiederaufladbarenBatterien in der netzfernen Stromversorgungoder in Elektrogeräten. Auch wenn diese An-wendung im Kontext unserer Gesamtenergie-versorgung wenig unmittelbares Gewicht hat, soist sie doch für die Einführung von Wasserstoff-systemen wegweisend.

Im Geschäftsfeld Wasserstofftechnologie erfor-schen wir innovative Technologien zur Gewin-nung und hocheffizienten Umwandlung vonWasserstoff in Strom und Wärme. Zusammenmit unseren Partnern aus Industrie und Wissen-schaft entwickeln wir Komponenten bis hin zukompletten Brennstoffzellensystemen, überwie-gend für netzferne, portable und mobile Anwen-dungen.

Wir entwickeln Reformersysteme zur Umwand-lung flüssiger Kohlenwasserstoffe. Die Anlagenumfassen den eigentlichen Reformierreaktorund, abhängig vom Typ der nachgeschaltetenBrennstoffzelle, auch die Gasaufbereitung zurErhöhung des Wasserstoffanteils und Reduzie-rung schädlicher Verbindungen im Reformatgas.Die Einsatzgebiete dieser Systeme reichen vonder stationären Kraft-Wärme-Kopplung über dieBordstromversorgung (Auxiliary Power Units) bishin zur netzunabhängigen Stromversorgung.

Für die Wasserstoffgewinnung aus Wasser reali-sieren wir geregelte Membran-Elektrolyse-Systeme mit Leistungen von wenigen Watt bisetwa 2 kW, die einer Produktion von mehrerenhundert Litern Wasserstoff pro Stunde entspre-chen. Zum vertieften Verständnis der Vorgängean den Elektroden setzen wir unterschiedlicheCharakterisierungsmethoden wie Rasterelektro-nenmikroskopie oder Zyklovoltammetrie ein.

Als effiziente, umweltfreundliche, geräusch- undwartungsarme Energiewandler im Leistungsbe-reich von mW bis mehreren hundert W setzenwir auf Membranbrennstoffzellen für den Be-trieb mit Wasserstoff oder Methanol. Neben derbekannten Systemarchitektur basierend aufBrennstoffzellenstapeln setzen wir einen weite-ren Schwerpunkt auf planare, serienverschalteteBrennstoffzellen in einer Ebene. Dieses Designeignet sich in hervorragender Weise zur flächi-gen Gehäuseintegration sowie als Teil einesHybridsystems in Kombination mit der Batterie.

Neben der Komponenten- und Anlagenentwick-lung arbeiten wir an der Integration von Brenn-stoffzellensystemen in übergeordnete Systeme.Wir konzipieren und realisieren die elektrischeSystemauslegung inklusive Spannungsaufberei-tung und Sicherheitstechnik. Damit schaffen wirdie Grundlagen für marktfähige Brennstoffzel-lensysteme. Unser Angebot umfasst insbesonde-re Brennstoffzellensysteme zur Bordnetzversor-gung in Automobilen, Lastkraftwagen, auf Schif-fen oder in Flugzeugen sowie autonomen Strom-versorgungen für netzferne Anwendungen undKleinsysteme zur portablen Energieversorgung.

90 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

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Mikro-Dampfreformer mit Brennereinheit zur Umwandlung von Ethanol und Wasser zu einemwasserstoffreichen Gas. Mit nachgeschalteten Gasreinigungsstufen wird der Kohlenmonoxid-Anteil des Produktgases reduziert. Zusammen mit unserer PEM-Brennstoffzelle wird der Refor-mer zu einem 300 Wel Gesamtsystem integriert. Der im Foto dargestellte, zentrale keramischePorenbrenner wird von zwei parallel angeordneten, mit Katalysatoren beschichteten Waben-körpern umgeben. Das System liefert Strom für Anwendungen, in denen eine hohe Energie-dichte, schnelle Startzeiten und eine hohe Verfügbarkeit über lange Zeiträume gefordertsind (Beitrag S. 96).

Wasserstofftechnologie

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 91

Ansprechpartner

Brennstoffzellensysteme Dr. Carsten Agert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 46E-Mail: [email protected]

Wasserstofferzeugung Dr. Thomas Aicher Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 94und -speicherung E-Mail: [email protected]

Integration von Brennstoffzellen Dr. Matthias Vetter Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-56 00in autonome Stromversorgungen E-Mail: [email protected]

Leistungs- und Regelungs- Dr. Bruno Burger Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 37elektronik für Brennstoffzellen E-Mail: [email protected]

Regelungsstrategien von Dr. Christof Wittwer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 15Brennstoffzellen-Blockheiz- E-Mail: [email protected] in Gebäuden

Marketing Dipl.-Ing. Ulf Groos Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 02E-Mail: [email protected]

Übergreifende Koordination

Wasserstofftechnologie Dr. Christopher Hebling Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 95E-Mail: [email protected]

Netzunabhängige Stromversorgungen Dr. Günther Ebert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 29E-Mail: [email protected]

Gebäude und technische Dr. Hans-Martin Henning Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 34Gebäudeausrüstung E-Mail: [email protected]

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92–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Brennstoffzellen in planarer Bauweise könnenbesonders gut in Gehäusestrukturen integriertwerden. Sie bieten ein besonders großesPotenzial für passive Systemarchitekturen. Somitkann auf Energie konsumierende, periphereKomponenten weitestgehend verzichtet werden.

Bei unseren Entwicklungen verwenden wir mas-senfertigungstaugliche, kostengünstige Mate-rialien z. B. Kunststoffe. Unsere Brennstoffzell-architekturen auf Leiterplatten-Basis gewährleis-ten einen sicheren Betrieb planarer Zellen auchmit flüssigen Energieträgern. Hierfür haben wirneben der fluidischen Optimierung auch um-fangreiche Untersuchungen im Hinblick auf geeignete Beschichtungstechnologien durch-geführt, um für unsere Basiskomponentenbeständige und hochleitfähige Oberflächen zu realisieren.

Als Energieträger für unser planares Brennstoff-zellensystem verwenden wir Methanol, das übereine hohe Energiedichte verfügt. Der Treibstoffbefindet sich in einem separat abnehmbarenTank, der sich wieder befüllen lässt. Für dieRealisierung eines stabilen Dauerbetriebs habenwir leistungsarme, elektronische Regelungenentwickelt. Dadurch gelingt es uns, die internenperipheren Verluste unter 10% der Ausgangs-leistung zu senken.

Unser System ist sowohl zur Kopplung mit GPS-Navigationsmodulen als auch zur Versorgungweiterer elektronischer Geräte per USB-An-schluss geeignet.

Die Arbeiten werden im Rahmen eines InnoNet-Verbundprojekts durch das Bundesministeriumfür Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Planare Direktmethanolbrennstoffzellen

Brennstoffzellen in planarer Bauweise sindbesonders geeignet, die Laufzeiten tragbarerelektronischer Geräte im Kleinleistungsbereichüber das heute von Akkus gewohnte Maß hinaus zu steigern. In Fortführung unserer bisherigen Arbeiten haben wir 2006 ein funk-tionales Brennstoffzellensystem in planarerBauweise entwickelt, das auf massenferti-gungstauglichen Leiterplattentechnologienbasiert und flüssiges Methanol als Brennstoffeinsetzt.

Carsten Agert, Steffen Eccarius, Thomas Jungmann, Martin Langhoff, Michael Oszcipok, Michael Schweighöfer,Andreas Wolff*, Mario Zedda, Christopher Hebling

Abb. 1: Planare Brennstoffzellen können in Gehäuse inte-griert und passiv, d. h. ohne Lüfter oder Pumpen, betriebenwerden. Wir verwenden kostengünstige Leiterplatten sowieKunststoffmaterialien, deren Kanalstrukturen wir in jeweilsoptimierten Prozessen beschichten. Die serielle Verschaltungder acht Einzelzellen erfolgt in einer Ebene. Dadurch wird dieSpannung erhöht und an die elektronischen Verbraucherangepasst.

Abb. 2: Klare Strukturen und solide Materialien dominieren das Erscheinungsbild unseres planaren Direktmethanolbrennstoffzellen-Systems. Wir können es sowohl in Logistik-Container für den Betrieb von GPS/GPRS-Navigationsmodulen integrieren als auch mit einem eleganten Standfuß alsDesktopvariante zur Beladung elektronischer Geräte z. B. mit USB-Anschluss verwenden.

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Brennstoffzellen für Robotiksysteme

Die Servicerobotik als großer Zukunftsmarktsteht erst am Anfang ihrer Entwicklung.Leistungsfähige portable Stromversorgungs-systeme im Bereich einiger hundert Watt sinddie Voraussetzung für die Entwicklung diesesSektors. Am Fraunhofer ISE haben wir einangepasstes Brennstoffzellensystem für dieseAnwendungen entwickelt, wobei ein energie-effizienter Betrieb sowie ein optimiertesWärmemanagement im Fokus standen.

Carsten Agert, Marco Zobel, Jan Hesselmann, Chris Stöckmann, Stefan Keller, Christopher Hebling

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–93

Mobile Serviceroboter sind ein Zukunftsmarkt.Heute bereits kommerziell erhältlich sind z. B.autonome Staubsaugerroboter, in medizinischenund sicherheitstechnischen Bereichen werdenzeitnah weitere Produkte folgen. Diese Anwen-dungen haben generell einen hohen Energiebe-darf, der netzfern befriedigt werden muss unddurch heutige Akku-Technologien nicht ausrei-chend gedeckt werden kann.

Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut fürIntelligente Analyse- und InformationssystemeIAIS haben wir eine Stromversorgung aufBrennstoffzellenbasis für die mobile »VolksBot«-Plattform entwickelt. Der »VolksBot« ist ein vomIAIS konzipiertes Robotik-Baukastensystem fürAusbildungs- und Produktentwicklungszwecke.Hierfür haben wir das Spektrum unserer wasser-stoffbetriebenen Brennstoffzellensysteme amFraunhofer ISE auf Leistungen bis zu 500 Watterweitert.

Im Kern der Entwicklung stand ein für die netz-ferne portable Anwendung optimierter Brenn-stoffzellenstapel. Der Stapel zeichnet sich bei-spielsweise durch einen sehr stabilen Betrieb beivergleichsweise geringen kathodenseitigenLuftüberschüssen aus, wodurch die elektrischeVerlustleistung des Luftkompressors im Systemminimiert wird. Außerdem wurde durch ineinan-der greifende Simulationen und Experimenteeine Optimierung der Wärmeabfuhrstrukturenerreicht, die einen Wärmeabtransport durch einelüftergetriebene Luftkühlung ermöglicht.

Das entwickelte Brennstoffzellensystem ist auchzur Versorgung anderer netzferner Anwen-dungen im Leistungsbereich bis zu 500 Wattgeeignet. Es kann zukünftig in einem weiterenSchritt mit Reformersystemen für flüssige Brenn-stoffe gekoppelt werden, wodurch sich dieLaufleistung der versorgten Anwendungen noch einmal deutlich erhöht.

Wasserstofftechnologie

Abb. 1: Simulation des Wärmehaushalts des von uns neuentwickelten Brennstoffzellenstapels. Dargestellt (mit Sichtvon oben) ist eine Ebene, die direkt durch Kühlschlitze ver-läuft. Links im Bild befindet sich ein Lüfter, der die Kühlluftnach rechts durch den Stapel fördert.

Abb. 2: Zusammen mit dem Fraunhofer IAIS entwickeln wirein Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem für die»VolksBot RT 3-wheeled« Robotikplattform. Die Abbildungzeigt eine dreirädrige Version (BxHxT: 540x410x630 mm3),in die bereits das Brennstoffzellensystem integriert wurde.Der in blau kenntlich gemachte Laserscanner am vorderenEnde dient der Navigation.

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94–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Entwicklung und Konstruktion von Brennstoff-zellen basieren derzeit noch zu einem großenTeil auf experimentellen Erfahrungen, die bei derErstellung von Prototypen gewonnen werden.Verbesserungen werden meist durch iterierteKonstruktionszyklen – und somit in einem kost-spieligen und zeitaufwändigen Prozess – darge-stellt. Dieser Entwicklungsprozess kann unter-stützt werden durch verfügbare Computer-modelle, die sich für die Analyse von Leistungs-verlusten, für die Diagnostik von Betriebszu-ständen und für die sichere und effizienteBetriebsführung verwenden lassen. Die Modellebeschreiben zumeist entweder die Komponentender Brennstoffzelle, eine einzelne Brennstoffzelle,einen Brennstoffzellenstapel oder ein Brenn-stoffzellensystem. Die Entwicklung vonModellen, die die Mikrostruktur der in denBrennstoffzellen verwendeten Materialienbeschreiben, steht dagegen noch am Anfang.

Modellbasiertes Design vonBrennstoffzellensystemen

Wir entwickeln Multiskalen-Simulationswerk-zeuge zur Beschleunigung des Designprozessesvon Brennstoffzellen und Brennstoffzellen-systemen. Gestützt auf durchgängige Simu-lationen von der Mikrostrukturskala bis zurSystemskala optimieren wir sowohl Brenn-stoffzellenkomponenten als auch Brennstoff-zellenstapel und -systeme.

Carsten Agert, Dietmar Gerteisen, Tim Heilmann, Julia Hermann, Simon Philipps,Kay Steinkamp, Christoph Ziegler,Christopher Hebling

Abb. 1: Die Abbildung zeigt ein portables Brennstoff-zellensystem, das zu Demonstrationszwecken mit einemPlexiglasgehäuse versehen wurde. Gut erkennbar sind derBrennstoffzellenstapel mit Kühlrippen sowie die Pumpen und Lüfter der Systemperipherie.

Abb. 2: Nahaufnahme eines Brennstoffzellenstapels. Zwischenden Endplatten, die als Kühlkörper dienen, liegen die einzel-nen Zellen des Stapels. Diese werden über leitfähige Platten,die so genannten Bipolarplatten, miteinander verbunden.

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–95

Die zeitabhängige Simulation von Brennstoff-zellenstapeln, unter vollständiger Berücksich-tigung der Stapelgeometrie, übersteigt den vongängigen Modellen handhabbaren Rechenauf-wand erheblich. Für die gezielte und schnelleOptimierung von Brennstoffzellen und derenKomponenten werden jedoch hoch entwickelteComputermodelle benötigt, die alle wesent-lichen Aspekte von der Mikrostruktur derMaterialien bis hin zum funktionsfähigen Systemabbilden. Man spricht in diesem Zusammenhangvon einem Skalenübergang.

Im Rahmen eines vom Fraunhofer ISE geführtenVerbundprojekts werden erstmals Computer-modelle für Brennstoffzellensysteme zur Ver-fügung gestellt, die es ermöglichen, auf allenSkalen von der Mikrostruktur der Komponentenbis hin zum kompletten BrennstoffzellensystemSimulationen durchzuführen.

Durch einen interdisziplinären Ansatz realisierenwir die Verknüpfung der Modelle auf derSystemskala, der Stapelskala und der Kompo-nentenskala. Besonders hervorzuheben ist dabeidie Vernetzung von Forschern der mathemati-schen Grundlagenforschung mit Kollegen ausder angewandten Forschung. Dies ermöglichteinerseits die Entwicklung neuartiger spezifischermathematischer Methoden und stellt zugleichderen Anwendung in der Brennstoffzellentechniksicher.

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhabenwird mit Mitteln des Bundesministeriums fürBildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Wasserstofftechnologie

Abb. 3: Synchrotrontomographie-Aufnahme einer porösenTransportschicht oder auch Gasdiffusionsschicht. Auf Grundder hohen räumlichen Auflösung sind die einzelnen Carbon-fasern des Materials sehr gut zu erkennen. Die Abbildungzeigt einen Ausschnitt mit einer Kantenlänge von 600 Mikro-metern.

Abb. 4: Die Temperatur eines Brennstoffzellenstapels ist entscheidend für die Stapelleistung und die sichere und effiziente Regelung. Die Abbildung zeigt den Ver-gleich zwischen gemessener und simulierter Temperatur.

Tem

pera

tur

[K]

Stro

m [

A]

0 5 10 15 20 25 30Zeit [min]

gemessene Stacktemperatursimulierte StacktemperaturStrom

325

320

315

310

305

300

6

5

4

3

2

1

0

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96–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Für die Stromversorgung elektrischer Ver-braucher im Leistungsbereich zwischen 100 bis500 W bieten Brennstoffzellen in Kombinationmit einem Mini-Reformer in vielen Anwen-dungen erhebliche Vorteile gegenüber her-kömmlichen Stromlieferanten wie Photovoltaik-Modulen oder Batterien. Dies ist dann der Fall,wenn die elektrische Leistung sehr große PV-Module erfordern würde oder wenn die Energieüber Zeiträume zur Verfügung stehen muss, dieein schnelles Entladen der Batterien nach sichziehen. Reformer-Brennstoffzellen-Systeme bie-ten für solche Situationen entscheidende Vor-teile, weil sie die hohe Speicherdichte flüssigerBrennstoffe nutzen. Beispiele für derartigeAnwendungen sind Messstationen an schwerzugänglichen Orten. Betroffen sind auch Gerätemit mehreren Hundert Watt Leistung, die netz-fern zum Einsatz kommen, beispielsweise in derNotfallmedizin, bei Segelyachten, Camping, inder Robotik oder beim Katastrophenschutz.

Vor diesem Hintergrund entwickeln wir einenkleinen, portablen Mini-Dampfreformer, der ausEthanol ein wasserstoffreiches Gas erzeugt, dasin Brennstoffzellen verstromt werden kann.

Zunächst schufen wir die wissenschaftlichenGrundlagen für die Auslegung des Reformer-systems, indem die optimalen Betriebsbedin-gungen der eingesetzten Katalysatoren bestimmtund deren Langzeitverhalten untersucht wurden.Darauf aufbauend entwickeln wir nun ein vollautomatisiertes Mini-Reformersystem. In den folgenden Abschnitten sind wichtige Ergebnissekurz zusammengefasst.

In unserem Mini-Reformer kommen drei ver-schiedene Katalysatoren (Dampfreformierung,Shift und Selektive Methanisierung) zum Einsatz,deren Betriebsverhalten wir zunächst in Labor-testständen untersuchten. Dabei standen dieMaximierung der Umsätze und die Minimierungdes Reaktorvolumens im Vordergrund. Bei denKatalysatoren handelt es sich um kommerzielleKatalysatoren, die auf keramischen Waben oderPellets aufgebracht waren.

Tragbarer Wasserstoff – Der Wasser-stofferzeuger für unterwegs

Brennstoffzellen in Verbindung mit einemWasserstofferzeuger bieten sich u. a. dann für die Stromversorgung an, wenn wederPhotovoltaik noch Batterien geeignet sind. Die wissenschaftlichen Grundlagen für die Entwicklung eines portablen, netzfernenWasserstofferzeugers haben wir jetzt amFraunhofer ISE geschaffen. Der Wasserstoff-erzeuger kann eine Reihe von flüssigen Brenn-stoffen verarbeiten und produziert mit einergeeigneten Gasaufbereitung ein wasserstoff-reiches Gas, das zur Versorgung von PEM-Brennstoffzellen geeignet ist.

Thomas Aicher, Lisbeth Rochlitz,Achim Schaadt, Christopher Hebling

Abb. 1: Gemessene (Symbole) und berechnete (Kurven) trockene Zusammensetzung des Produktgases der Ethanol-Dampfreformierung bei 1,3 bar. Die Messungen zeigen, dassbei den gewählten Betriebsbedingungen das thermodynami-sche Gleichgewicht mit dem verwendeten Katalysator erreichtwird. Das im Experiment gemessene Ethylen C2H4 sollte aller-dings laut Gleichgewichts-Simulation nicht gebildet werden.

Mol

enbr

uch

[-]

Temperatur [°C]

p = 1,3 bar

experimentelle ErgebnisseRG = 10 000 h-1, H2O/Ethanol = 6

400 500 600

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0700 800

Abb. 2: Schematische Darstellung des Mini-Reformers. DieAnlagenkomponenten, die in der Hochtemperatureinheitzusammengefasst wurden, sind durch einen roten Rahmen hervorgehoben. Der Brenner wird mit dem Abgas von derAnode der Brennstoffzelle betrieben und stellt die Wärme bereit, die für die Dampfreformierung (SRF) erforderlich ist.

SRF Shift

Brenner

Abgas

Reformer

Wasser

Ethanol

Hochtemperatureinheit

Luft

Anoden-abgas

CO-Fein-reinigung

H2O/Ethanol = 2

H2O/Ethanol = 4

H2O/Ethanol = 5

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–97

Ergebnisse für den Dampfreformierkatalysatorsind in Abb. 1 dargestellt. Es zeigt sich, dass beiden gewählten Betriebsbedingungen (Raumge-schwindigkeit RG = 10 000 h-1, Wasser/Ethanol-Verhältnis von 6) das chemische Gleichgewichtin dem gewählten Temperaturbereich erreichtwird. Das chemische Gleichgewicht erhielten wiraus einer Simulation mit CHEMCAD. Der Anteilan unerwünschten Nebenprodukten war imgewählten Temperaturbereich vernachlässigbar.

Zur Untersuchung der Langzeitstabilität von CO-Shift-Katalysatoren entwarfen wir einen Teststand, der vollautomatisch betrieben werdenkann. Dadurch ist es möglich, einen Katalysatorbei bestimmten Prozessbedingungen über hun-derte von Stunden zu belasten und dabei dieÄnderung des Umsatzes und der Produktgas-zusammensetzung zu erfassen. Bei einemDauerversuch von 400 Stunden testeten wireinen CO-Shift-Katalysator bei einer typischenReformatgas-Zusammensetzung mit H2O, H2,CO2, CO, CH4 und C2H4 bei ca. 320 °C. DieEingangskonzentration von CO betrug im trockenen Gas 6,7 Mol-%. Der CO-Umsatz sankvon 87 auf 85% und der CO-Gehalt stieg von0,9 auf 1,1 Mol-%.

Mit dem Wissen über die besten Betriebsbe-dingungen und die zu erwartenden Umsätze derKatalysatoren legten wir ein Mini-Reformer-System für eine PEM-Brennstoffzelle mit 300 Welektrischer Nettoleistung aus. Der Reformier-reaktor selbst wurde mit dem Verdampfer undÜberhitzer für die Eduktströme (Wasser undEthanol) und dem Brenner in eine Hochtempera-tureinheit integriert.

Die Arbeiten erhalten Förderung durch dasBundesministerium für Wirtschaft und Techno-logie (BMWi) im Rahmen eines InnoNet-Projektssowie von der Deutschen Bundesstiftung Um-welt (DBU) im Rahmen eines Promotions-stipendiums.

Wasserstofftechnologie

Abb. 3: Foto der Hochtemperatureinheit. Auf der linkenSeite sind der Verdampfer und der Überhitzer zu sehen,rechts unten schließt sich der eigentliche Dampfreformier-reaktor an. Darüber sitzt der zweistufige Shift-Reaktor. Diediversen Rohrstutzen dienen der Zu- und Ableitung derStoffströme sowie dem Anschluss von Thermoelementen.

Abb. 4: Gemessene Gaszusammensetzung am Austritt desReformers (bis kurz vor 17:10 Uhr) und des Shift-Reaktors(anschließend). Der Temperaturunterschied der Katalysator-wabe zwischen Eintritt und Austritt liegt bei 50 K. Das ther-modynamische Gleichgewicht wird nicht ganz erreicht. Dieslässt sich auf Ungleichverteilung der Temperaturen in denReaktoren zurückführen und darauf, dass der Katalysatorneben der Shiftreaktion aus CO auch schon Methan bildet.

chem. Gleichgewicht

Tem

pera

tur

[°C

]

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Mol

enbr

uch

troc

ken

[%]

16:50 17:10 17:30Zeit

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Reformer vorne Reformer hinten H2 CO2 CH4CO

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98–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Das Kernstück des Wasserstoffgenerators be-steht aus einem PEM-Druckelektrolyse-Zellstapelauf der Basis spritzgegossener Bipolarplatten.Der Zellstapel ist in ein komplett automatisiertesund bedienerfreundliches System integriert. DieSteuerung lässt sich über ein Display und Tastenbedienen. Der Wasserstoffgenerator ist dafürkonzipiert, Metallhydridspeicher für Brennstoff-zellenanwendungen mit Wasserstoff zu beladen.Der Wasserstoff wird bei ca.10 bar mit einerRate von max. 100 Nl/h und einer Reinheit von4,0 zur Verfügung gestellt. Es können Speichermit einer Größe von bis zu 250 Nl beladen wer-den. Eine integrierte Gastrocknung, bestehendaus einem Membranmodul und einem Molsieb,garantiert einen wartungsarmen Betrieb. BeiBedarf lässt sich ein Ionenaustauschermodul einsetzen, so dass auf die Verwendung von deionisiertem Wasser verzichtet werden kann.

Mit diesem System kann der Endanwender diefür ihn notwendige Wasserstofferzeugung eigen-ständig durchführen und ist nicht auf eine auf-wändige und teure Logistik angewiesen.

Das Projekt wurde durch das Bundesministeriumfür Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördertund mit Partnern aus Industrie und Forschung imRahmen des Programms »Innovative Netzwerke«durchgeführt.

Portabler PEM-Druckelektrolyseur zurdezentralen Wasserstoffversorgung

Wasserstoff wird neben energetischenAnwendungen in Brennstoffzellen für vieleAnwendungen benötigt: z. B. in Laboren, fürdie Medizintechnik oder zum Schweißen. Dochnicht immer ist eine Druckgasflasche verfüg-bar, oft ist ihre Kapazität nicht ausreichend.Wir haben daher ein kompaktes Gerät mit ein-facher Bedienung und minimalem Wartungs-aufwand entwickelt, das zuverlässig Wasser-stoff in sehr hoher Reinheit produzieren kann.

Beatrice Hacker, Jan Hesselmann, Thomas Jungmann, Tom Smolinka, Christopher Hebling

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Zeit [min]

Systemcheck

Abb. 1: Eine mikroprozessorbasierte Regelung und Sicher-heitsüberwachung ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb des Systems auf Knopfdruck. Das Bild zeigt die von uns entwickelte Platine mit Mikroprozessor.

Abb. 2: Zellstapel des Druckelektrolyseurs, bei dem dieVerteilerstrukturen kostengünstig aus Kunststoff gefertigt sind. Der Stapel besteht aus 15 Einzelzellen.

Abb. 3: An- und Abschaltvorgang des Wasserstoffgenerators.blau: Strom [A]; rot: H2-Produktionsrate [Nl/min]; grün: Systemdruck [bar]

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8Zeit [min]

Systemcheck

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

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Vom Diesel zum Synthesegas

Am Fraunhofer ISE ist es uns gelungen, einsehr einfaches Verfahren zu entwickeln, dasDiesel mit Hilfe der partiellen Oxidation inSynthesegas umwandelt. Wir haben diesesVerfahren im Labor ausgiebigen Tests unterzo-gen, die vielversprechende Ergebnisse zeigten.Der Umsetzung in der Automobilindustrie zurAbgasnachbehandlung oder zur Wasserstoff-erzeugung für Brennstoffzellensysteme stehtnichts mehr im Wege.

Thomas Aicher, Henri Schiemann, Christopher Hebling

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–99

Die katalytische partielle Oxidation (CPO) ist dasbevorzugte Reformierverfahren für eine aufBrennstoffzellen basierende Bordstromver-sorgung in mobilen Anwendungen. Das Mit-führen oder die aufwändige Rückgewinnung vonWasser lässt sich so vermeiden. Auch im Bereichder Auto-Abgasnachbehandlung ist dieses Ver-fahren eine aussichtsreiche Möglichkeit, einbrennbares Gas für die Nachoxidation bereitzu-stellen.

Allerdings ist die partielle Oxidation ein Refor-mierverfahren, das sehr leicht zur Rußbildungneigt, vor allem wenn der Brennstoff vieleAromaten und langkettige Kohlenwasserstoffeenthält. Dies ist besonders kritisch bei Diesel,weil dieser im Gegensatz zu anderen flüssigenKohlenwasserstoffen nicht verdampft werdenkann. Daher musste Diesel bislang in flüssigerForm mit Hilfe von Einspritzdüsen in den Reak-tionsraum des Reformers eingesprüht werden.Eine gleichmäßige Gemischbildung über einengroßen Lastbereich war dadurch nicht gewähr-leistet.

Unser neuartiges, gemeinsam mit einemSchweizer Ingenieurbüro entwickeltes Verfahrensetzt genau an dieser Stelle an. Das patentierteVerfahren überführt Diesel in die Gasphase undreformiert ihn anschließend durch CPO ohne dieBildung von Ruß oder Rückständen. Dabei wirdder Diesel vom Boden eines leicht geneigtenZylinders durch Wärmestrahlung von oben ver-dampft. Der entstandene Diesel-»Dampf« wirdanschließend mit wenig Luft vermischt und ineinem CPO-Waben-Katalysator unterstöchio-metrisch oxidiert (Abb. 1).

Rußablagerungen wurden bei Inspektionen desReaktors jeweils nach Versuchsende an keinerStelle beobachtet. Auch die Konzentration anungesättigten Kohlenwasserstoffen – stellvertre-tend ist in Abb. 2 die Ethylen (C2H4)-Konzen-tration gezeigt (< 0,2 vol-%) – ist sehr gering,was darauf schließen lässt, dass auch im Refor-mier-Katalysator kein Ruß abgelagert wird.

Der Dieselreformer ist bereits soweit ausgereift,dass wir ihn mit industriellen Partnern bis zurSerienfertigung entwickeln können.

Wasserstofftechnologie

Abb. 1: Längsschnitt durch den Verdampfer-Reformer-Reaktor.Der Innendurchmesser des Reaktors beträgt 30 mm, dieGesamtlänge ca. 300 mm. Dieselmengen bis 10 kW (LHV) lassen sich damit umsetzen.

Verdampfungskatalysator

Luft

Luft

ProduktgasDiesel

VerdampfungszoneStatische Mischer

Abb. 2: Experimentell bestimmte Gaszusammensetzung(Symbole) für Reformertemperaturen zwischen 825 und 950 °C. Sie stimmt gut mit dem thermodynamischenGleichgewicht (Linien) überein.

750 800 850 900 950 1000Reformer Temperatur [°C]

Mol

enbr

uch

[-]

CPO-Katalysator

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

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In der boomenden Solarindustrie nehmen Materialprüfung, Zertifizierung und Qualitäts-sicherung einen immer wichtigeren Stellenwertein. In Ergänzung zu unserer Forschung undEntwicklung bieten wir unseren Kunden entspre-chende Prüf- und Zertifizierungsverfahren an.Derzeit verfügt das Fraunhofer ISE über vierakkreditierte Testeinrichtungen: PrüfzentrumThermische Solaranlagen, Thermisch-OptischesPrüflabor, Testzentrum Photovoltaik sowie ISECalLab. Als weitere Servicebereiche fungiereneine Testeinrichtung für Lüftungskompaktgeräte,ein Labor für die Qualifizierung von Phasen-wechselmaterialien (PCM) sowie ein Batterie-Prüflabor.

Über die Dienstleistung hinaus haben dieseEinrichtungen für uns auch eine strategischeFunktion. Während der Kunde seine Produktecharakterisieren und zertifizieren lassen kann,erhalten wir auf diesem Weg aktuelle Kenntnisüber den Markt und den Stand der Technik. Diegewonnenen Erkenntnisse können wiederumeingebettet werden in neue Forschungsthemen,sei es in der Produktentwicklung oder bei derWeiterentwicklung von Testmethoden undStandards sowie bei der Theorieentwicklung.

Servicebereiche

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 101Qu

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Page 104: Fraunhofer ISE - Jahresbericht 2006 · 2021. 1. 13. · Jahresbericht 2006 Jahresbericht 2006 Leistungen und Ergebnisse Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Heidenhofstraße

Das Prüfzentrum Thermische Solaranlagen (PZTS)ist seit Mai 2005 durch das DAP (DeutschesAkkreditierungssystem Prüfwesen GmbH) akkre-ditiert. Die Testeinrichtungen sind:

- Außenteststand mit Tracker- Innenteststand mit Solarsimulator

(max. Aperturfläche 3x3,5 m2)- Kollektorteststand bis 200 °C- System- und Speicherteststand

Es werden im Wesentlichen Industrieaufträge zurPrüfung von Kollektoren nach EuropäischenKollektornormen wie SOLARKEYMARK Labeldurchgeführt. Neu ist die Erweiterung desKollektorprüfstands auf Temperaturen bis200 °C. Dies ermöglicht die Prüfung neuerAnwendungen wie Prozesswärme sowie Testszur Stagnation (Beitrag S. 107).

Das Thermisch-Optische Prüflabor (TOPLAB)erhielt die Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC17025 im Jahr 2006. Es bietet Entwicklern,Herstellern und Planern von Fassaden (-kompo-nenten) und Fenstern, einschließlich Sonnen-schutz, ein umfassendes Dienstleistungsangebotzur Charakterisierung von innovativen Bauteilenoder Materialien (Beitrag S. 108).

Geprüft werden:- g-Wert kalorimetrisch- Transmissionsgrad: spektral und integral- Reflexionsgrad: spektral und integral- U-Wert

102 Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Ebenfalls 2006 wurde das Testzentrum für Photo-voltaik (TZPV) akkreditiert, mit einer Bauartzu-lassung für PV-Module gemäß IEC 61215 und61646. Das Testzentrum ist eingebettet in dieGebrauchsdaueranalyse von PV-Modulen. Zielder Einrichtung ist die Sicherung der Qualitätund Zuverlässigkeit von PV-Modulen. Sie ist engvernetzt mit dem ISE CalLab Module sowie mitder Modulentwicklung am Institut. Es werdenentwicklungsbegleitende Prüfungen für Moduleund Modulkomponenten durchgeführt. Ebensoerfolgt eine Kooperation mit Modulproduzentenbei der Qualitätssicherung. Kooperationspartnerals »Certification Body« ist der VDE (Beitrag S. 105).

Das vierte Labor mit Akkreditierung, seit Novem-ber 2006, ist das ISE CalLab, das zu den welt-weit führenden seiner Art zählt. Das Kalibrierenvon Solarzellen und Modulen spielt eine wichtigeRolle bei Produktvergleichen ebenso wie bei derQualitätssicherung von PV-Anlagen. Die Zell-kalibrierung dient als Referenz für Industrie undForschung. Für die Kalibrierung von Modulenentwickeln wir kontinuierlich verbesserte Mess-verfahren. Die Genauigkeit unserer Präzisions-messung mit Korrektur der spektralen Empfind-lichkeit beträgt derzeit +/-2% (Beitrag S. 104).

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006 103

Ansprechpartner

ISE CalLabZellkalibrierung Dr. Wilhelm Warta Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 92

E-Mail: [email protected]. Astrid Ohm Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-54 23

E-Mail: [email protected]

Modulkalibrierung Dipl.-Ing. Klaus Kiefer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 18E-Mail: [email protected]

Dipl.-Ing. Frank Neuberger Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 80E-Mail: [email protected]

GebrauchsdaueranalysenTestzentrum für Dipl.-Phys. Michael Köhl Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 24Photovoltaik (TZPV) E-Mail: [email protected]

Prüfzentrum für Thermische Solaranlagen (PZTS)Innen- und Außen-Test- Dipl.-Phys. Matthias Rommel Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 41stand für Solarkollektoren E-Mail: [email protected]

Dipl.-Ing. Arim Schäfer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 54E-Mail: [email protected]

Solarluftkollektor- Dipl.-Phys. Matthias Rommel Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 41Teststand E-Mail: [email protected]

Vermessung von Fassaden und transparenten BauteilenThermisch-Optisches Dipl.-Phys. Tilmann Kuhn Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 97Prüflabor (TOPLAB) E-Mail: [email protected]

Tageslicht- Dipl.-Ing. Jan Wienold Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 33messräume E-Mail: [email protected]

Lüftungsgeräte und WärmepumpenPrüfstand Dr. Benoît Sicre Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 91

E-Mail: [email protected]

Photovoltaik-SystemkomponentenCharakterisierung von Dr. Bruno Burger Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 37Wechselrichtern E-Mail: [email protected]

Qualifizieren und Optimieren von PV-SystemenBatterie-Prüflabor Dr. Rudi Kaiser Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 28

E-Mail: [email protected]

Solarkalorimeter zur Bestimmung des Gesamtenergiedurchlassgrads (g-Wert). Dieser Prüfstandgehört zum Thermisch-Optischen Prüflabor des Fraunhofer ISE. Seit 2006 ist das Labor nachDIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert. Die international anerkannte Akkreditierung der Prüf-kompetenz umfasst Prüfungen von g-Wert, Transmission, Reflexion und U-Wert. Die Akkredi-tierung ist flexibilisiert und ermöglicht damit auch die Einbeziehung von am Fraunhofer ISEentwickelten Prüfverfahren, die über den genormten Stand der Technik hinausgehen. EinBeispiel für ein solches Verfahren ist die g-Wert-Messung (Beitrag S.24).

Servicebereiche

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104–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

ISE CalLab: Kalibrieren von Solarzellen und Modulen

Die Charakterisierung von Solarzellen undModulen spielt sowohl in Forschung undEntwicklung als auch bei der Produktion einebedeutende Rolle. Sie ist unverzichtbar fürProduktvergleiche sowie bei der Qualitäts-sicherung von Photovoltaik-Anlagen.

Jochen Hohl-Ebinger, Britta Hund, Jürgen Ketterer, Klaus Kiefer, Frank Neuberger,Peter Raimann, Wilhelm Warta

Das ISE CalLab zählt zu den weltweit führendenPhotovoltaik-Kalibrierlaboratorien. Modul- undZellhersteller lassen ihre Referenzmodule und -zellen für die Produktion bei uns kalibrieren.Unsere Kunden erhalten in punkto Sicherheitund Service außergewöhnliche Leistungen, denn - wir garantieren die Zuverlässigkeit der Er-

gebnisse durch regelmäßige Messvergleiche mit anderen international anerkannten Laboratorien

- wir erfüllen internationale Standards in allen Kalibrierschritten sowie bei der Verwendung von Referenzelementen und Messeinrichtungen

- und wir bearbeiten Kundenanfragen schnell, unbürokratisch und vertraulich.

Zellkalibrierung – Referenz für Industrie und ForschungFür die Zellkalibrierung übernehmen wir diekomplette Charakterisierung von Solarzellen undDetektoren bis 16x16 cm2. Unser Leistungs-angebot umfasst:- Kalibrierung von Referenzzellen, Standard-

solarzellen, Konzentratorzellen sowie Tandem-zellen

- Messung der spektralen Empfindlichkeit- Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der

Leistung.

Modulkalibrierung – eine effiziente Methode zur QualitätssicherungFür PV-Module bis zu einer Größe von 2x2 m2

umfasst unser Leistungsangebot:- Modulpräzisionsmessung mittels Flasher- Bestimmung der NOCT Temperatur

und Leistung- Messung der Winkel- und Temperaturab-

hängigkeit der Modulparameter- Messung der Einstrahlungsabhängigkeit der

Modulparameter.

Im November 2006 wurde das ISE CalLab Modulenach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 akkreditiert,die Akkreditierung des ISE CalLab Zellen stehtkurz vor dem Abschluss.

Unter www.callab.de erhalten Sie detaillierteInformationen zu unserem Dienstleistungs-angebot.

Abb. 1: Am Fraunhofer ISE kann die Leistung von Photo-voltaik-Modulen mit einem neuen Präzisionsflasher auf einerFläche von 4 m2 vermessen werden. Die Messgenauigkeit fürPräzisionsmessungen beträgt +/-2% für die Leistung bei STC (Standard Test Conditions). Eine Reihenmessung über 100 PV-Module zeigt, dass Qualitätssicherung wichtig ist.Denn viele Module erreichen nicht die angegebene Nenn-leistung und liegen sogar außerhalb des Toleranzbereichs vonminus fünf Prozent. Im Durchschnitt lag die Modulleistung mit3,4% im Minus.

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Testzentrum für Photovoltaik (TZPV)

Für die Prüfung der Zuverlässigkeit vonPhotovoltaik-Modulen wurde ein neues Test-zentrum aufgebaut. Seit der Akkreditierung2006 gemäß ISO 17025 führen wir als sogenanntes »Testing Laboratory« für den»Certification Body« VDE Prüfungen für dieBauartzulassung gemäß IEC 61215 und 61646durch.

Michael Köhl, Stefan Brachmann, Markus Heck, Tilmann Kuhn

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–105

Das enorme Wachstum in der Photovoltaik-Industrie hat den Bedarf nach Prüfung der Gebrauchstauglichkeit und Beständigkeit vonPhotovoltaik-Modulen zur Sicherstellung derQualität für die Verbraucher in einem globalenMarkt sehr stark vergrößert. Deshalb hat dasFraunhofer ISE entsprechende Prüfkapazitätenaufgebaut und bietet diese im Rahmen einerKooperation mit dem VDE, der »CertificationBody« der IEC-EE ist, den Modulherstellern an.

Folgende Modul-Prüfungen werden imTestzentrum durchgeführt:- Spannungsfestigkeit - Kriechstrom unter Benässung - mechanische Belastung- Temperaturwechsel- Feuchte-Wärme - Frost-Tau-Wechsel- UV-Belastung (Abb. 1) - Nominale Zelltemperatur (Abb. 2) - Hot-Spots unter Bestrahlung - Thermische Stabilität der Bypass-Dioden - Robustheit der Anschlussdose - Freibewitterung

Das ISE CalLab (Beitrag S.104) – eines der führenden Labore für Leistungsmessung vonModulen – führt die STC-Leistungsmessungennach den einzelnen Prüfungen durch.

Beim Aufbau der Modul-Tests haben wir daraufgeachtet, dass die Standardprüfabläufe reprodu-zierbar, einfach und sicher durchgeführt werdenkönnen. Gleichzeitig haben wir uns einen ausrei-chenden Spielraum für die Variation der Prüf-Parameter gelassen, um aktiv an der Weiterent-wicklung der Prüfungen im Rahmen von ein-schlägigen Forschungsvorhaben arbeiten zu kön-nen bzw. an firmenspezifischen FuE -Vorhabenzur Entwicklung von innovativen Modulkon-zepten mitwirken zu können.

Servicebereiche

Abb. 1: UV-Prüfstand für Photovoltaik-Module bis zu einerAbmessung von 1,4x2,4 m2.

Abb. 2: Prüfstand zur Bestimmung der »Nominal OperatingCell Temperature« (NOCT). Der einachsig nachgeführte Trackerermöglicht eine Verkürzung der notwendigen Prüfzeiten.

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Messen und Prüfen von Lüftungsgeräten

Für Hersteller und Entwickler von Lüftungs-Kompaktgeräten mit integrierter Wärme-pumpe führen wir Messungen auf unseremTeststand und im Feldversuch durch.

Andreas Bühring, Martina Jäschke*, Christian Bichler, Matthias Schubert, Daniel Kühn, Sebastian Herkel

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

106–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Prüfstand für Lüftungs-KompaktgeräteAuf unserem automatisierten Teststand messenwir die Energieeffizienz der Gesamtgeräte undihrer Komponenten. Dabei können wir diePrüfbedingungen in einer großen Bandbreitewählen. Aus den Messungen leiten wirEmpfehlungen ab für das Optimieren derKomponenten und ihres Zusammenwirkens. Wirunterstützen unsere Kunden bei der Umsetzungvon Neuentwicklungen. Geschultes Personal mitKnow-how in der Kältetechnik sowie notwendi-ge technische Hilfsmittel stehen zur Verfügung.

MonitoringIn zahlreichen bewohnten Häusern messen wirdie Leistungsfähigkeit von Lüftungsgeräten mitWärmepumpen unterschiedlicher Hersteller imPraxistest. Mögliche Störungsursachen werdenidentifiziert und behoben. Aus den Messungenerarbeiten wir Vorschläge für die Optimierungvon Geräten und für die Regelung.

Luftdichtigkeitsmessungen undLuftwechselbestimmungDie Luftdichtigkeit von Lüftungsgeräten messenwir mit Hilfe eines Indikatorgases nach derKonstant-Injektionsmethode im realenBetriebszustand. Dies kann sowohl auf demTeststand durchgeführt werden als auch imBetrieb vor Ort. Mit der gleichen Apparaturbestimmen wir die Luftwechselrate im Gebäudenach der Konzentrationsabfallmethode.

Batterie-PrüflaborWir testen und qualifizieren für Hersteller, Sys-temintegratoren und Anwender Batterien allergängigen Technologien und Ausführungen.Hierzu stehen frei programmierbare Anlagen zur Verfügung, mit denen beliebige Lade- undLastgänge gefahren werden können. Auchmehrmonatige Langzeittests im Labor und inrealen Anlagen bieten wir an. Entwickler vonLadereglern und Ladegeräten können ihreGeräte in Verbindung mit den entsprechendenBatterien testen und optimieren lassen.

Charakterisierung und Qualifizierung von elektrischen Komponenten

Neben Photovoltaikzellen und -modulen ver-messen, prüfen und beurteilen wir komplettePV-Systeme sowie einzelne Systemkompo-nenten. Hierzu gehören neben Wechselrich-tern und Ladereglern auch Gleichspannungs-komponenten wie Leuchten, Batterien oderFernsehgeräte.

Rudi Kaiser, Bruno Burger, Heribert Schmidt

Abb. 1: In der Klimakammer können Wirkungsgrad undKapazität sowie das Alterungs- und Ladeverhalten derBatteriespeicher unter variablen Bedingungen getestetwerden.

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Prüfzentrum für Thermische Solaranlagen (PZTS)

Wir betreiben einen Freilandteststand für ther-mische Sonnenkollektoren. Das PZTS ist einedurch DIN CERTCO anerkannte Prüfstelle undist durch das DAP (Deutsches Akkreditierungs-system Prüfwesen) voll akkreditiert. Wir zertifi-zieren Sonnenkollektoren sowie Komplett-systeme und unterstützen unsere Kunden beider Entwicklung von solarthermischen An-lagenkomponenten. Der Innen-Teststand mitgroßem Solarsimulator hat sich für Prüfungs-und Entwicklungsarbeiten sehr bewährt.

Korbinian Kramer*, Matthias Rommel, Arim Schäfer, Thorsten Siems

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–107

Zertifizierung von SonnenkollektorenWir prüfen Sonnenkollektoren und Gesamt-systeme nach nationalen oder internationalenNormen und Standardverfahren:- SOLARKEYMARK Label- Kollektorprüfung nach

DIN EN 12975 Teil 1 und 2 - alle relevanten Funktionsprüfungen- Bestimmung der Wärmeleistung- Berechnung des Jahresenergieertrags- direkte Messung des Einstrahlwinkel-

Korrekturfaktors (IAM) mit einem Tracker.- DIN geprüft Label- Systemprüfung nach DIN EN 12976 Teil 1 und 2

Kollektor- und SystementwicklungWir arbeiten eng mit Herstellern von Solar-anlagen zusammen. Dies geschieht im Rahmenvon Projektarbeit oder bei individueller Produkt-entwicklung. Wir bieten an:- Thermographische Detailuntersuchungen

(z. B. Wärmebrücken)- Bestimmung des Kollektorwirkungs-

gradfaktors F‘ von Absorbern- Optimierung und Berechnung der Spiegel-

geometrie von Kollektoren mit Reflektoren- Identifikation von Kollektorwärmekapa-

zitäten durch Messung von Sprungantworten- Charakterisierung des dynamischen

Verhaltens von Kollektoren (low-flow, high-flow, matched-flow)

Innen-Teststand für Kollektoren Wir betreiben einen Innen-Teststand mitSolarsimulator. Wir haben ihn so konstruiert,dass er den Freilandbedingungen so nahe wiemöglich kommt. Sein großer Vorteil – speziell für

die Entwicklung von Kollektoren – ist die hoheWiederholgenauigkeit der Messbedingungen.Dadurch können wir in kurzer Zeit und sehr effi-zient gezielte Entwicklungsarbeiten zur Verbes-serung von Kollektorkonstruktionen durchführen.Die wichtigsten technischen Daten:- Größe der Prüffläche 2,4x2,0 m2; andere

Geometrien der Prüffläche sind möglich (maximal 3,5x3,0 m2)

- Bestrahlungsintensität 1200 W/m2

ohne künstlichen Himmel, 1000 W/m2 mit künstlichem Himmel

- Homogenität dabei +/-10%- Neigungswinkel des Lampenfeldes 0° bis 90°

Hochtemperatur-Teststand bis 200 °CWir haben einen neuen Hochtemperatur-Test-stand aufgebaut, mit dem wir Wirkungsgrad-Kennlinienmessungen bis zu 200 °C durchführenkönnen. Dadurch sind nun experimentelle Ent-wicklungsarbeiten zu Prozesswärmekollektorenmöglich.

Solarluftkollektor-TeststandWir betreiben einen Teststand für Solarluftkollek-toren. Er ist in den Innen-Teststand Solarsimu-lator integriert. Daher können wir wetterunab-hängig kurze Messzeiten garantieren. Die Solar-luftkollektoren werden in Anlehnung an DIN EN12975 geprüft. Es können Luftvolumenströmevon 50 m3/h bis 1000 m3/h mit einer Messun-sicherheit von maximal +/-1% bestimmt werden.

Unsere Dienstleistungen:- Messung des Druckverlustes von Solarluft-

kollektoren als Funktion der Durchflussmenge- Bestimmung von Leckluftraten- Unterstützung von Herstellern bei der

Produktneu- und Weiterentwicklung- Berechnung von Jahresenergieerträgen für

unterschiedliche Solarluftkollektorsysteme

Servicebereiche

Innen-Teststand mitSolarsimulator.

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108–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Thermisch-Optisches Prüflabor und LichtlaborDie Eigenschaften von Verglasungen undFassadenaufbauten mit komplexer Funktionalitätkönnen mit bestehenden Messverfahren wie DINEN 410 oder DIN EN 13363 nicht ausreichendzuverlässig bestimmt werden. Deshalb haben wirPrüf- und Bewertungsmethoden entwickelt, mitdenen wir energetische und lichttechnischeEffekte exakt charakterisieren können. UnsereApparaturen ermöglichen Messungen anElementen bis über 1 m2 (L x B m2) mit folgen-den Eigenschaften:- Lichtstreuung und Lichtumlenkung- makroskopische Strukturierung und Muster- winkelselektive Eigenschaften- zeitveränderliche Eigenschaften wie schaltbare

Transparenz (photochrom, thermotrop, elektrochrom)

- Luftführung in der Fassade- integrierte Photovoltaik

In die Bewertung können auch unterschiedlicheNutzerprofile einbezogen werden.

Standardprüfverfahren ergänzen unser Leis-tungsangebot. Spektrale Eigenschaften vonGläsern, Folien und Oberflächen bestimmen wir für Sie mit UV-VIS-NIR-Spektrometern.

Vermessung von Fassaden und transparenten Bauteilen

Entwicklern, Herstellern und Planern vonFassaden, Fassadenkomponenten und solarenKomponenten im Allgemeinen bieten wir einumfassendes Dienstleistungsangebot zurCharakterisierung von innovativen Bauteilenoder Materialien an. Für transparente Bauteileund Sonnenschutzsysteme stehen Spezial-labore zur Bestimmung der optischen undthermischen Eigenschaften zur Verfügung, dienach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert sind.Außerdem verfügen wir über einen Tageslicht-Container und einen Außenprüfstand.

Ulrich Amann, Angelika Helde, Tilmann Kuhn,Werner Platzer, Jan Wienold, Helen Rose Wilson

Abb. 1: Solarkalorimeter zur Bestimmung des Gesamtenergie-durchlassgrads (g-Wert). Seit 2006 ist das vom Fraunhofer ISEentwickelte Verfahren nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert.

Beispiele der Apparaturen- Solarkalorimeter zur Bestimmung des

Gesamtenergiedurchlassgrads von trans-parenten Bauteilen und Sonnenschutz

- Wärmewiderstandmessungen an Verglasungen nach EN 674

- winkelabhängige Transmissions- und Reflexionsmessungen mit großen Ulbricht-kugeln

- Messung der Winkelverteilung des trans-mittierten und reflektierten Lichts mit Photogoniometer.

Das Labor ist seit 2006 nach DIN EN ISO/IEC17025 akkreditiert. Dabei handelt es sich um eineflexible Akkreditierung, die auch die im Hauseentwickelten und über den Stand der Technik hinaus gehenden Verfahren für g-Wert, Trans-mission, Reflexion und U-Wert umfasst. DasPrüflabor darf baurechtlich bei der Bestimmungdes bauphysikalischen Kennwerts g (Gesamt-energiedurchlassgrad) einbezogen werden. DieEntwicklung der Prüfverfahren wurde teilweiseöffentlich gefördert.

TageslichtmessräumeDie Tageslichtmessräume bestehen aus zwei iden-tischen Büroräumen. Sie sind drehbar und ermög-lichen beliebige Fassadenorientierungen. Wirerfassen über eine Wetterstation die Außenbe-dingungen und direkt an der Fassade die globale,vertikale Beleuchtungsstärke. In den Messräumenwerden folgende Untersuchungen durchgeführt:- Blendschutzprüfungen- Nutzerakzeptanzuntersuchungen- Vergleich der Beleuchtungssituation hinter zwei- Fassadensystemen.

FassadenprüfstandZusätzlich zu Labormessungen bieten wir dieVermessung von kompletten Fassaden unter rea-len Klimabedingungen. Langzeituntersuchungenermöglichen Aussagen über Stabilität, Schalt-verhalten und Belastungen der Fassade. DieOptimierung von Reglern kann experimentell validiert werden.

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Gastwissenschaftler

Mitarbeit in Gremien

Kongresse, Tagungen und Seminare

Messebeteiligungen

Vorlesungen und Seminare

Promotionen

Patente

Pressearbeit

Veröffentlichungen in rezensierten Zeitschriften

Vorträge

Veröffentlichungen

Fakt

en i

m Ü

ber

blic

k

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Fakten im Überblick

110–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Gastwissenschaftler

Kevin BeardUniversity of South CarolinaColumbia, South Carolina USA15.7.–15.12.2006Arbeitsgebiet: Elektrokatalyse

Dipl.-Phys. Benjamin Gonzales Diaz Universidad de La LagunaTeneriffa, Spanien31.1.2005–31.12.2007Arbeitsgebiet: Solarzellentechnologie

Prof. Gregor HenzeUniversity of NebraskaOmaha, Nebraska, USA1.9.2005–30.6.2006Arbeitsgebiet: Gebäudetechnik

Dr. Thoi H. LeeUniversity of NebraskaOmaha, Nebraska, USA1.4.2005–30.9.2006Arbeitsgebiet: Gebäudetechnik

Darja MarkovaTU RigaRiga, Lettland1.2.2006–31.1.2007Arbeitsgebiet: Mikroreformer

Dipl.-Ing. Isabel SalamoniUniversidade Federal de Santa Catarina UFSC, Florianópolis-SC, Brasilien1.5.2006–31.3.2007Arbeitsgebiet: Potenziale Erneuerbare Energienin Brasilien

Prof. Shu BifenSun Yat-sen UniversityGuangzhou, China11.12.2006–11.12.2007Arbeitsgebiet: Wärmespeicher

Bavaria California Technology Center (BaCaTec)- Kuratorium

BERTA AK – Brennstoffzellen: Entwicklung undErprobung für stationäre und mobileAnwendungen (Arbeitskreis des BMWi)- Mitglied

Bundesverband Kraft Wärme Kopplung(B.KWK)- Mitglied

CAN in Automation (CiA)- Mitglied

Club zur Ländlichen Elektrifizierung C.L.E.- Mitglied

Deutsche Elektrotechnische Kommission (DKE)- Komitee 373: »Photovoltaische

Solarenergiesysteme«- Komitee 384: »Brennstoffzellen«- Arbeitsgruppe »Portable Fuel Cell Systems«

Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie- »Fachausschuss Wärmepumpen«

Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V.- Mitglied

Deutsches Institut für Normung DIN, Fachnormenausschuss Heiz- und Raumluft-technik (NHRS AA1.56) »Solaranlagen«- Mitglied

Deutsches Institut für Normung DIN,Fachnormenausschuss Lichttechnik (FNL 6)»Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht«- Mitglied

Deutsches Institut für Normung DIN,Normenausschuss Bau NABau 00.82.00»Energetische Bewertung von Gebäuden«- Mitglied

EU PV Technology Platform, SteeringCommittee, Brüssel- Stellvertretender Vorsitzender

EU PV Technology Platform, Working GroupScience, Technology & Applications (WG3)- Mitglied

Europäisches Komitee für Normung CEN TC33 / WG3 / TG5- Mitglied

European Desalination Society- Mitglied

European Fuel Cell Group- Mitglied

European H2/FC Technology Platform- Mitglied

European Photovoltaic Industry Association(EPIA)- assoziiertes Mitglied

European Solar Thermal Industry Federation(ESTIF)- Mitglied

Evergreen Solar, Marlboro, USA- wissenschaftlicher Beirat

Fachinstitut Gebäude-Klima (FGK)- Arbeitskreis »Sorptionsgestützte

Klimatisierung«

Fachverband Transparente Wärme-dämmung e.V.- Mitglied- Fachausschuss »Produktkennwerte«

»Perspektiven für Zukunftsmärkte«Fraunhofer Innovationsthemen: Mikroenergietechnik- Mitglied und Leitung

FiTLicht – Fördergemeinschaft innovativeTageslichtnutzung- Mitglied

Förderprogramm »Haus der Zukunft« desÖsterreichischen Bundesministeriums fürVerkehr, Innovation und Technologie- Mitglied in der Jury

Forschungsallianz »Brennstoffzellen«, Baden-Württemberg- Mitglied

ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS)- Mitglied

Fraunhofer-Gesellschaft - Senat (bis März 2006)

Fraunhofer-Verbund Energie- Geschäftsführung

Freiburger Verein für Arbeits- undOrganisationspsychologie- Vorstand

German Scholars Organization (GSO)- Präsident

Global Research Alliance (GRA)- Koordination Schwerpunktbereich Energie

(bis März 2006)

Global Village Energy Partnership (GVEP)- Mitglied

GMM VDE/VDI Gesellschaft Mikroelektronik,Mikro- und Feinwerktechnik - Fachausschuss 4.8 »Werkstoffe und

Fertigungsverfahren«

Mitarbeit in Gremien

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–111

Fakten im Überblick

Hauptkommission des Wissenschaftlich-Technischen Rates der Fraunhofer-Gesellschaft- Vorsitz (bis März 2006)

IEC TC82 WG/ for IEC Qualification Standard:Concentrator Photovoltaic (PV) Receivers andModules – Design Qualification and TypeApproval- Mitglied

Institut für Solare Energieversorgungstechnik(ISET)- Wissenschaftlicher Beirat

International Commission on Glass- TC10 »Optical Properties of Glass«

International Energy Agency IEA, Paris,Frankreich:Solar Heating & Cooling Programme SHCP- Task 25: »Solar Assisted Air-Conditioning of

Buildings«- Task 27: »Performance of Solar Façade

Components«- Task 28: »Sustainable Solar Housing«- Task 33/4 »Solar Heat for Industrial

Processes«- Task 37 »Advanced Housing Renovation«- Task 38 »Solar Air-Conditioning and

Refrigeration«Energy Conservation in Buildings andCommunity Systems Programme ECBCS- Annex 47 »Cost Effective Commissioning«

Energy Conservation through Energy StorageProgramme ECES

- Annex 18 »Transportation of Energy utilizingThermal Energy Storage Technology«Heat Pump Programme HPP

- Annex 32 »Economical Heating and Cooling Systems for Low Energy Houses«

International Program Committee of GADEST(International Conference on Gettering andDefect Engineering in Semiconductors)- Mitglied

International Program Committee of ICDS(International Conference on Defects inSemiconductors)- Mitgied

International Advisory Committee of SIMC(Semiconducting and Insulating MaterialsConference)- Mitglied

International Science Panel on RenewableEnergies (ISPRE)- Vorsitzender

Kompetenz- und InnovationszentrumBrennstoffzelle (KIBZ), Stuttgart- Mitglied

Kompetenzfeld Photovoltaik NRW- Mitglied

Kompetenznetzwerk Brennstoffzelle NRW- Mitglied

Lichttechnische Gesellschaft- Mitglied

M&EED Monitoring and Evaluation WorkingGroup for Global Village Energy Partnership(GVEP) and European Union Energy Initiative(EUEI)- Mitglied

MST Mikrosystemtechnik- Beirat

Strategierat Wasserstoff – Brennstoffzellen- Mitglied- AK Wasserstoffbereitstellung- AK Wasserstoffspeicherung

Symposium Photovoltaische Solarenergie- Wissenschaftlicher Beirat

VDE-ETG Fachausschuss V.I.I. Brennstoffzellen- Mitglied

VDI-Gesellschaft TechnischeGebäudeausrüstung- Richtlinienausschuss 6018

VDMA - The German Engineering FederationProductronics Association / DachverbandDeutsches Flachdisplay-Forum (DFF);Arbeitsgemeinschaft Organic ElectronicsAssociation (OE-A)- Mitglied

Verein Deutscher Elektrotechniker- ETG-Fachausschuss »Brennstoffzellen«

Verein Deutscher Ingenieure (VDI)VDI-Gesellschaft Energietechnik- Fachausschuss »Regenerative Energien«

(VDI-FARE)

Verein Deutscher Ingenieure VDI-TGA 6018»Behaglichkeit in Räumen«- Mitglied

VMPA – Verband der Materialprüfämter e.V.- Sektorgruppe »Türen, Fenster und

Glasprodukte«

Weiterbildungszentrum (WBZU)»Brennstoffzelle«, Ulm- Mitglied im Aufsichtsrat

Zentrum für Sonnenenergie- undWasserstoffforschung (ZSW)- Kuratorium

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Fakten im Überblick

112–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Messebeteiligungen

Swiss Innovation ForumBaden, Schweiz, 27.1.2006

Nanotech 2006Tokyo, Japan, 21.–23.2.2006

Hannover Messe Industrie HMI 2006»Hydrogen + Fuell Cells«Gemeinschaftsstand mit anderen Fraunhofer-Instituten und der University of South CarolinaHannover, 24.–28.4.2006

Hannover Messe Industrie HMI 2006»CLEAN ENERGY Themenpark«FarbstoffsolarzellenHannover, 24.–28.4.2006

VDI Bautechnik – Bauen mit GlasTransparente Werkstoffe im Bauwesen Baden-Baden, 29.–30.5.2006

Healthy Buildings 2006 Lissabon, Portugal, 4.–8.6.2006

OPTATEC 2006Internationale Fachmesse optischerTechnologien, Komponenten, Systeme undFertigung für die Zukunft Frankfurt/Main, 20.–23.6.2006

Intersolar 2006Internationale Fachmesse und Kongress fürSolartechnikFreiburg, 22.–24.6.2005

21st European Photovoltaic Solar EnergyConference and ExhibitionDresden, 4.–8.9.2006

Fuel Cell Science & TechnologyTurin, Italy, 13.–14.9.2006

f-cell – Die Brennstoffzelle6. Forum für Produzenten und Anwender Stuttgart, 25.–26.9.2006

Fraunhofer SymposiumMikroenergietechnik »Power to Go«Berlin, 10.10.2006

GlasstecDüsseldorf, 24.–28.10.2006

Electronica 2006München, 14.–17.11.2006

OTTI-Profiseminar»Leistungselektronik für erneuerbareEnergiesysteme«Regenstauf, 6.–7.7.2006

7th Conference on Phase Change Materials and SlurriesDinan, France, 13.–15.9.2006

PTJ-Workshop »Wärmespeicherung und -trans-formation mit mikro- und mesoporösenAdsorbentien – Stand der Entwicklung undzukünftiger FuE-Bedarf«Technische Fachhochschule Wildau,19.–20.9.2006

ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS)Jahrestagung 2006»Forschung und Innovation für eine nach-haltige Energie«Berlin, 21.–22.9.2006

OTTI-Profiseminar»EMV und Blitzschutz für Solaranlagen«Regensburg, 22.–23.9.2006

OTTI-Profiseminar»Netzferne Stromversorgung mit Photovoltaik«Freiburg, 27.–28.9.2006

2. Fachforum Solare Kühlung undKlimatisierung RENEXPO 2006Augsburg 28.9.2006

Symposium zum Verbundvorhaben des BMWiLowEx – Heizen und Kühlen mit NiedrigenergieHamburg, 4.10.2006

Fraunhofer SymposiumMikroenergietechnik »Power to Go«Berlin, 10.10.2006

4. Forum WärmepumpeBerlin, 26.–27.10.2006

Statusseminar »ThermischeEnergiespeicherung« Projektträger Jülich undMinisterien BMWi, BMUFreiburg, 2.–3.11.2006

OTTI-Fachforum »Lüftungstechnik«Regensburg, 24.–25.1.2006

Tagung der Katholischen Akademie Freiburg»Zukunft für möglich halten«Freiburg, 3.–4.2.2006

Kooperationsforum Hocheffiziente PhotovoltaikGarching, 22.2.2006

Workshop SiliconFOREST2006Fortschritte in der Entwicklung von Solarzellen-Strukturen und TechnologienFalkau, 19.–22.2.2006

21. Symposium Photovoltaische Solarenergie Bad Staffelstein, Kloster Banz 8.–10.3.2006

4th World Conference on Photovoltaic Energy ConversionHawaii, USA, 7.–12.5.2006

3rd European Conference PV-HYBRID and MINI-GRID,Aix-en-Provence, Frankreich, 11.–12.5.2006

16. Symposium Thermische SolarenergieBad Staffelstein, Kloster Banz 17.–19.5.2006

13th SolarPACES International Symposium Sevilla, Spain, 20.–23.6.2006

OTTI-Profiseminar »Photovoltaik-Anlagen« NOVOTEL Freiburg, 21.6.2006

Intersolar 2006 OTTI-Seminar »Solar Air-Conditioning –Experiences and Practical Application«Freiburg, 22.6.2006

Intersolar 2006Fraunhofer ISE-Kompaktseminare»Photovoltaik-Anlagen – Optimale Erträge vonPV-Anlagen. Ergebnisse aus dem FreiburgerPerformance Check«»Solarzellentechnologien – Stand derEntwicklung und neue Konzepte«Freiburg, 23.6.2006

Intersolar 2006»PV Training für angehende Profis der Solarindustrie«Freiburg, 22.6.2006

ENOB Workshop »Betriebsführung vonGebäuden«Frankfurt, 6.–7.7.2006

Vom Institut (mit-)organisierteKongresse, Tagungen und Seminare

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–113

Fakten im Überblick

Vorlesungen und Seminare

Dr. Bruno Burger»Leistungselektronische Systeme für regenerati-ve Energiequellen«Vorlesung WS 06/07Universität KarlsruheFakultät für Elektrotechnik undInformationstechnik

Dr. Andreas Bühring»Technische Gebäudeausrüstung«Vorlesung WS 06/07Fernstudiengang EnergiemanagementUniversität Koblenz-Landau

Dr. Dietmar Borchert»Photovoltaik«Vorlesung SS 06TFH Georg Agricola zu BochumFachbereich Maschinentechnik

Priv. Doz. Dr. Andreas Gombert»Optische Eigenschaften von Mikro- undNanostrukturen«Vorlesungen SS 06 und WS 06/07Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFakultät für Angewandte Wissenschaften

Elke Gossauer»Solare Energiesysteme«Vorlesung SS 06Staatliche Akademie der Bildenden KünsteStuttgartFachbereich Architektur und Design

Prof. Dr. Joachim Luther Dr. Stefan Glunz»Photovoltaische Energiekonversion«Vorlesung SS 06Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFakultät für Physik

Dr. Jens Pfafferott»Solares Bauen«Vorlesung WS 06/07Fernstudiengang EnergiemanagementUniversität Koblenz-Landau

Dr. Werner Platzer »Modul Solarthermie im Master-Fernstudiengang Energiemanagement«Präsenzveranstaltung WS 05/06 und WS 06/07Universität Koblenz-Landau

Prof. Dr. Roland Schindler»Halbleitertechnologie I (Technologie)«Vorlesung WS 06/07»Halbleitertechnologie II (Bauelemente)«Vorlesung SS 06»Photovoltaik I«Vorlesung WS 06/07»Photovoltaik II«Vorlesung SS 06Fernuniversität Hagen Fakultät für Mathematik und InformatikFachrichtung Elektrotechnik undInformationstechnik

Dr. Heribert Schmidt»Photovoltaische Systemtechnik«Vorlesung SS 06Universität Karlsruhe Fakultät für Elektrotechnik undInformationstechnik

Priv. Doz. Dr. Volker WittwerDr. Stefan Glunz»Innovative Energieversorgungssysteme«Vorlesung WS 05/06Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFakultät für Angewandte Wissenschaften

Prof. Dr. Gerhard Willeke»Grundlagen von Halbleiterbauelementen undder optischen Datenübertragung«Vorlesung SS 06Universität KonstanzFachbereich Physik

Alexander Hakenjos»Entwicklung und Anwendung impedanzspek-troskopischer und anderer Charakterisierungs-methoden für PEM-Brennstoffzellen«Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, 2006

Stefan Janz»Amorphous Silicon Carbide for PhotovoltaicApplications«Universität KonstanzKonstanz, 2006

Thomas Kieliba»Zone-Melting Recrystallization for CrystallineSilicon Thin-Film Solar Cells«Universität KonstanzKonstanz, 2006

Jörg Mick»Interferenzlithographie mit hochaufbauendenResistsystemen«Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, 2006

Michael Oszcipok»Start- und Abschaltvorgänge in außentaug-lichen, portablen Brennstoffzellen unter 0 °C«Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, 2006

Moritz Riede»Identification and analysis of key parametersin organic solar cells«Universität KonstanzKonstanz, 2006

Ronald Sastrawan»Photovoltaic modules of dye solar cells«Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, 2006

Günther Walze»Mikrostrukturierte Oberflächen in Kombi-nation mit optischen Schaltungsmechanismenzum Tageslichtmanagement«Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, 2006

Winfried Wolke»Kathodenzerstäubung zur Beschichtung vonkristallinen Silizium-Solarzellen«Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, Dezember 2005

Uli Würfel»Untersuchung zum Elektronentransport imnanoporösen TiO2 von Farbstoffsolarzellen« Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg, 2006

Promotionen

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Fakten im Überblick

114–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Daniel Kray»Verfahren und Vorrichtung zurWerkstücktrocknung und/oder Trockenhaltungbei der flüssigkeitsstrahlgeführten Bearbeitungeines Werkstücks«

Tilmann Kuhn»Verglasung/Scheibe mit winkelselektiverTransmission«

Rüdiger Löckenhoff»Solarzellenmodul mit geschindelterAnordnung von Solarzellen«

Mónica Alemán, Ansgar Mette, Stefan Glunz,Ralf Preu»Verfahren zum Aufbringen von elektrischenKontakten auf halbleitende Substrate, halb-leitendes Substrat und Verwendung desVerfahrens«

Ivan Brovchenko, Alla Oleinikova, Alfons Geiger, Ferdinand Schmidt, Stefan Henninger»Adsorbens und dessen Verwendung inWärmespeichern und Wärmepumpen«

Andreas Hahn, Ferdinand Schmidt, Stefan Henninger»Adsorbens, Verfahren zu dessen Herstellungund Verwendung in Wärmespeichern undWärmepumpen«

Harry Wirth»Zellverbinder zur elektrischen Kontaktierungvon flächigen Stromquellen sowieVerwendung«

Andreas Grohe, Jan-Frederik Nekarda, Oliver Schultz»Verfahren zur Metallisierung vonHalbleiterbauelementen und derenVerwendung«

Eingereichte Patente

Alexander Susdorf, Peter Hübner, Albert Chigapov, Brendan Carberry»Modifizierter Hopcalit-Katalysator, Verfahrenzu dessen Herstellung und dessen Verwenden«

Hans-Martin Henning, Walter Mittelbach»Thermisch angetriebene Wärmepumpen fürWärmetransformation und Kälteerzeugung.Anwendung und Ausführungsformen für diePKW- und LKW-Klimatisierung«

Frank Dimroth, Andreas Bett, Matthias Meusel(RWE Space Solar Power GmbH), Gerhard Strobl (RWE Space Solar Power GmbH)»Monolithisch integrierter Halbleiterspiegel fürmonolithische Mehrfach-Solarzellen aus III-VVerbindungshalbleitern«

Kuno Mayer, Sybille Baumann, Daniel Kray,Bernd O. Kolbesen»Verfahren zur Mikrostrukturierung vonFestkörperoberflächen«

Axel Maurer, Klaus Wanninger, Herbert Wancura»Reformierung höherer Kohlenwasserstoffe mitWasserzugabe aus Verbrennungsabgas«

Heribert Schmidt, Bruno Burger»Schutzschalteinrichtung für ein Solarmodul«

Stefan Reber, Gerhard Willeke»Verfahren zur trockenchemischen Behandlungvon Substraten, sowie dessen Verwendung«

Ferdinand Schmidt, Hans-Martin Henning,Gunter Munz, Andrea Berg, Gerald Rausch»Adsorptions-Wärmepumpe, Adsorptions-Kältemaschine und darin enthaltene Adsorp-tionselemente auf Basis eines offenporigenwärmeleitenden Festkörpers«

Andreas Georg, Wolfgang Graf, Josef Steinhart, Volker Wittwer»Optisch transparentes Leichtbauelement«

Heribert Schmidt, Bruno Burger»Schaltungsanordnung zur Umwandlung einerGleichspannung in eine Wechselspannung odereinen Wechselstrom«

Heribert Schmidt, Bruno Burger»Schaltungsanordnung zur Erzeugung einerWechselstromspannung oder einesWechselstroms«

Uli Würfel, Marius Peters»Solarzelle«

Daniel Kray, Daniel Biro, Ansgar Mette»Verfahren und Vorrichtung zum Strukturiereneiner Oberflächenschicht«

Daniel Kray, Stefan Reber»Verfahren und Vorrichtung zur lokalenDotierung von Festkörpern sowie dessenVerwendung«

Kuno Mayer, Sybille Baumann, Daniel Kray,Bernd O. Kolbesen»Verfahren zum Materialabtrag an Festkörpernund dessen Verwendung«

Steffen Eccarius, Christian Litterst, Peter Koltay»Verfahren und Betrieb einer Direktoxidations-brennstoffzelle und entsprechendeAnordnung«

Kuno Mayer, Daniel Kray, Bernd O. Kolbesen»Verfahren zum Materialabtrag an Festkörpernund dessen Verwendung«

Tilmann Kuhn, Christoph Mayrhofer, Jürgen Frick, Michael Hermann, Jan Wienold,Volker Wittwer»Splitterschutz mit optischer und thermischerFunktionalität«

Steffen Eccarius»Direktoxidationsbrennstoffzelle für den kon-vektionsfreien Transport des Brennstoffes undVerfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle«

Steffen Eccarius, Christian Litterst, Peter Koltay»Direktoxidationsbrennstoffzelle und Verfahrenzu deren Betreiben«

Kuno Mayer, Sybille Baumann, Daniel Kray»Ätzverfahren zum Materialabtrag anFestkörpern und dessen Verwendung sowieVorrichtung hierzu«

Kuno Mayer, Bernd O. Kolbesen»Flüssigkeitsstrahlgeführtes Ätzverfahren zumMaterialabtrag an Festkörpern sowie dessenVerwendung«

Philipp Ettel, Markus Bergmann, Daniel Kray,Fridolin Haas»Drahtsäge mit kontrollierbarem Drahtfeld«

Ferdinand Schmidt, Tomas Núñez, Lena Schnabel, Gunther Munz»Adsorptionswärmepumpe mit Wärme-speicher«

Andreas Wolff, Marco Tranitz, Thomas Jungmann, Michael Oszcipok»Brennstoffzellenmodul und dessenVerwendung«

Ansgar Mette, Christian Schetter, Stefan Glunz,Philipp Richter»Verfahren zum Herstellen einer metallischenKontaktstruktur einer Solarzelle«

Michael Hermann, Tilmann Kuhn»Teiltransparenter Sonnenkollektor mitSonnenschutzfunktion«

Michael Hermann, Tilmann Kuhn»Teiltransparenter statischer Sonnenschutz«

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–115

Fakten im Überblick

Michael Hermann»Verfahren zur Erstellung einesHydrauliknetzwerkes für einen optimiertenWärmeübertragungs- und Stofftransport«

Adolf Goetzberger, Thomas Kuckelkorn »Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie -aus-blendung für den stationären Einsatz bei einertransluzenten Gebäudefassade zur gezieltenBeleuchtung eines Innenraumes«

Ralf Preu, Eric Schneiderlöchner, Stefan Glunz,Ralf Lüdemann»Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontakts durch eine dielektrischeSchicht«

Ralf Lüdemann, Sebastian Schaefer»Verfahren zur Herstellung vonKontaktstrukturen in Halbleiterbauelementen«

Andreas Schmitz, Christopher Hebling, Bruno Burger, Robert Hahn»Brennstoffzellen-System inLeiterplattenbauweise«

Frank Dimroth»Vorrichtung und Verfahren zur photovoltai-schen Erzeugung von Wasserstoff«

Axel Heitzler, Christopher Hebling, Andreas Schmitz»Brennstoffzellensystem und Verfahren zurDruckregulation in Brennstoffzellensystemensowie Verwendung des Brennstoffzellen-systems«

Heribert Schmidt, Christoph Siedle, Jürgen Ketterer»Wechselrichter sowie Verfahren zumUmwandeln einer elektrischen Gleichspannungin einen Wechselstrom«

Adolf Goetzberger, Thomas Kuckelkorn»Vorrichtung zur Lichtumlenkung zurBeleuchtung eines Innenraums«

Mario Zedda, Angelika Heinzel, Roland Nolte»Brennstoffzelle für hohe Ausgangs-spannungen«

Andreas Hinsch, Andreas Georg, MichaelNiggemann»Solarzelle sowie Verfahren zu derenHerstellung«

Armin Zastrow»Messvorrichtung und Messverfahren zumMessen photokatalytischer Aktivität einerphotokatalytischen Schicht«

Adolf Goetzberger, Manuel Goller, Michael Müller»Optisches Element nach Art einer linearenFresnel-Linse sowie Verwendung des optischenElementes als Blendschutz vor direkterSonnenstrahlung«

Dominik M. Huljic»Verfahren zum strukturierten Aufbringen einerthermoplastischen Paste auf ein Substrat unddessen Verwendung«

Lothar Matejcek, Angelika Heinzel, Konstantin Ledjeff-Hey»Elektrochemische Zelle«

Tilmann Kuhn, Hans-Peter Baumann, Rolf Brunkhorst»Lamelle für den Behang einerLamellenjalousie«

Daniel Biro, Catherine Voyer, Jörg Koriath»Dotiergemisch für die Dotierung vonHalbleitern«

Erteilte Patente

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Fakten im Überblick

116–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

14.2.2006Solarforschung prägt positives Deutschlandbild– Fraunhofer ISE »Ort im Land der Ideen«

22.2.2006Photovoltaik – Basis einer nachhaltigenStromversorgung – KooperationsforumHocheffiziente Photovoltaik

2.3.2006»Solar Heating and Cooling Award 2006« gehtan Dr. Volker Wittwer – International EnergyAgency IEA ehrt stellvertretenden Leiter desFraunhofer ISE für Verdienste um Solarthermie

21.3.2006Forschungs-Fabrik für Solarzellen –Bundesumweltminister Sigmar Gabriel weihtPhotovoltaik Technologie Evaluationscenter PV-TEC ein

23.3.2006Kommunikation statt Kupfer – Elektronik des Fraunhofer ISE managt neueEnergien in bestehenden Netzen

30.3.2006Fortschritt bei der Herstellung vonFarbstoffsolarzellen – Glaslotversiegelte Farbstoffsolarmodule bietenneue Gestaltungsmöglichkeiten

10.4.2006Treibstoff für Mikrobrennstoffzellen – Miniatur-Elektrolyseur für die Befüllung vonMetallhydridspeichern

22.6.200625 Jahre Fraunhofer-Institut für SolareEnergiesysteme in Freiburg – Vom Pionier zum Technologieführer einerneuen Industrie

26.6.2006Solarenergie für die Geowissenschaft – »EVEREST« versorgt Messstationen zuverlässigmit Strom

28.6.2006Ready for Take-Off – Fraunhofer ISE und DLR entwickeln Reformer-Brennstoffzellen-System

6.7.2006Eicke R. Weber neuer Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE

8.8.2006Vergleichsmessung von Wärmepumpen –Fraunhofer ISE startet vierjährige Feld-untersuchung

4.9.2006Baden-Württembergs Know-how im BereichSilicium-Solarzellen gefestigt – Fraunhofer ISE und Universität Konstanz kündi-gen gemeinsame Projektgruppe an

12.9.2006Adolf Goetzberger erhält den »SolarWorldEinstein-Award« – »SolarWorld Einstein-Award für Nachwuchs-forscher« geht an Oliver Schultz

15.9.2006Abschiedsfeier für Joachim Luther als Leiter desFraunhofer ISE – Eine Vision wurde Wirklichkeit: boomendeSolarbranche zum 65. Geburtstag

22.9.2006Joachim Luther mit der Fraunhofer-Münzegeehrt

26.9.2006»Ort im Land der Ideen«: Mittwoch 11. Oktober 2006 Ausstellung und Vorträge am Fraunhofer ISE

26.9.2006»Ort im Land der Ideen«: Fraunhofer ISE-Wissenschaftler Benedikt Bläsi einer der »100 Köpfe von morgen«

28.9.2006Photovoltaik als Weg aus der Armut –Solarstrom fördert wirtschaftliche Eigeninitiative am unteren Mekong

20.12.2006EUROSOLAR ehrt Adolf Goetzberger mit»Europäischem Solarpreis 2006«

Pressearbeit

Presseinformationenwww.ise.fraunhofer.de/german

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–117

Janz, S.; Riepe, S.; Hofmann, M.; Reber, S.;Glunz, S.»Phosphorous Doped SiC as an Excellent P-TypeSi-Surface Passivation Layer«, in: AppliedPhysics Letters 88, 133516 (2006)

Janz, S.; Reber, S.; Lutz, F.; Schetter, C.»Conductive SiC as an Intermediate Layer forCSITF Solar Cells«, in: Thin Solid Films, Vol. 511–512 (2006), pp. 271–274

Kieliba, T.; Riepe, S.; Warta, W.»Effect of Dislocation on Minority CarrierDiffusion Length in Practical Silicon SolarCells«, in: Journal of Applied Physics, 100,063706 (2006)

Kray, D.»Investigation of Laser-Fired Rear-SideRecombination Properties Using an AnalyticalModel«, in: Progress in Photovoltaics, Vol. 14(2006), pp. 195–201

Kuhn, T. E.»Solar Control: Comparison of Two Systemswith the State of the Art on the Basis of a NewGeneral Evaluation Method for Facades withVenetian Blinds or Other Solar ControlSystems«, in: Energy and Buildings, Vol. 38, (6/2006), pp. 661–672

Kuhn, T. E.»Solar Control: A General Evaluation Methodfor Facades, Blinds or Other Solar ControlSystems«, in: Energy and Buildings, Vol. 38,(6/2006), pp. 648–660

Litterst, C.1; Eccarius, S.; Hebling, C.;Zengerle1, R.; Koltay, P.1

»Increasing DMFC Efficiency by Passive CO2Bubble Removal and Discontinuous Operation«,in: Journal of Micromechanics andMicroengineering, Vol. 16 (2006), pp. 248–253(1: Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Germany)

Niggemann, M.; Glatthaar, M.; Lewer, P.;Müller, C.1; Wagner, J.2; Gombert, A.»Functional Microprism Substrate for OrganicSolar Cells«, in: Thin Solid Films, Vol. 511–512 (2006), pp. 628–633(1: Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Germany)(2: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Núñez, T.; Mittelbach, W.; Henning, H.-M.»Development of a Small-Capacity AdsorptionSystem for Heating and Cooling Applications«,in: HVAC&R Research, An International Journalof Heating, Ventilating, Air-Conditioning andRefrigerating Research, Vol. 12 (2006), pp. 749–765

Gschwander, S.; Schossig, P.; Henning, H.-M.»Micro-Encapsulated Paraffin in Phase ChangeSlurries«, in: Solar Energy Materials & SolarCells, 89/2006, pp. 307–315

Guter, W.; Bett, A. W.»IV-Characterization of Tunnel Diodes andMulti-Junction Solar Cells«, in: IEEETransactions on Electron Devices, Vol. 53, Issue 9, 2006, pp. 2216–2222

Hinsch, A.; Hore, S.1; Kern, R.1

»Implication of Device Functioning Due to BackReaction via the Conducting Glass Substrate inDye Sensitized Solar Cells«, in: Applied PhysicsLetters, 87, 263504 (2005)(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Hogarth, W. H. J.1; Steiner, J.; Benziger, J. B.2;Hakenjos, A.»Spatially Resolved Current and ImpedanceAnalysis of a STR and Serpentine Fuel FlowField at Low Relative Humidity«, in: Journal ofPower Sources, Vol. 164 (2007), pp. 464–471(1: Centre for Functional Nanomaterials,University of Queensland, Australia)(2: Department of Chemical Engineering,Princeton University, New Jersey, USA)

Hoppe, H.1; Glatzel, T.2; Niggemann, M.;Schwinger, W.3 , Schäffler, F.3; Hinsch, A.; Lux-Steiner, M.2; Sariciftci, N.1

»Efficiency Limiting Morphological Factors ofMDMO-PPV: PCBM Plastic Solar Cells«, in: Thin Solid Films, Vol. 511–512 (2006), pp. 587–592(1: Linz Institute for Organic Solar Cells LIOS,Linz, Austria) (2: Hahn-Meitner Institut, Berlin, Germany) (3: Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik,Linz, Austria)

Hore, S.1; Vetter, C.; Kern, R.1; Smit, H.2;Hinsch, A.1

»Influence of Scattering Layers on Efficiency ofDye-Sensitized Solar Cells«, in: Solar EnergyMaterials & Solar Cells, 90/2006, pp. 1176–1188 (1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany) (2: Energy Research Center ECN, Solar Energy,Petten, The Netherlands)

Isenberg, J.; van der Heide, A.1; Warta, W.»Investigation of Series Resistance Losses byIlluminated Lock-In Thermography«, in:Progress in Photovoltaics, Vol. 13 (2005),p. 687(1: Energy Research Center ECN Solar Energy,Petten, The Netherlands)

Aicher, T.; Lenz, B.; Gschnell, F.; Groos, U.;Federici, F.1; Caprile, L.1; Parodi, L.1

»Fuel Processors for Fuel Cell APUApplications«, in: Journal of Power Sources,Vol. 154 (2006), pp. 503–508(1: Ansaldo Fuel Cells, Genova, Italy)

Bardos, R.1; Trupke, T.1; Schubert, M.; Roth, T.»Trapping Artifacts in Quasi-Steady-StatePhotoluminescene and PhotoconductanceLifetime Measurements on Silicon Wafers«, in:Applied Physics Letters, 88, 053504 (2006), (1: Centre of Excellence for Advanced SiliconPhotovoltaics and Photonics, University of NewSouth Wales, Sydney, Australia)

Borchert, D.; González, B.1; Guerrero-Lemus, R.1; Haro-González, P.1;Hernández-Rodríguez, C.1

»Down-Conversion Properties of LuminescentSilicon Nanostructures Formed and Passivatedin HNO3-Based Solutions«, in: Thin Solid Films,Vol. 511–512 (2006), p. 473(1: Departamento de Física Básica, Universidadde La Laguna de Tenerife, Spain)

Burger, B.; Rüther, R.1

»Inverter Sizing of Grid-Connected PhotovoltaicSystems in the Light of Local Solar ResourceDistribution Characteristics and Temperature«,in: Solar Energy Journal, 80 (2006), pp. 32–45(1: Universidade Federal de Santa CatarinaUFSC, Florianopolis, Brazil)

Fath, H.; El-Shall, F.; Vogt, G.; Seibert, U.»A Stand Alone Complex for the Production ofWater, Food, Electrical Power & Salts for theSustainable Development of SmallCommunities in Remote Areas«, in:Desalination, Vol. 183 (2005), pp.13–22

Forberich, K.; Diem, M.1; Crewett, J.2; Lemmer, U.3; Gombert, A.; Busch, K.1

»Lasing Action in Two-Dimensional OrganicPhotonic Crystal Lasers with HexagonalSymmetry«, in: Applied Physics B, Vol. 82,3/2006, pp. 539–541(1: Institut für Theorie der KondensiertenMaterie, Universität Karlsruhe, Germany) (2: Photonics and Optoelectronics Group, LMUMünchen, Germany) (3: Lichttechnisches Institut, UniversitätKarlsruhe, Germany)

Georg, A.; Georg, A.1; Krasovec, U.2

»Photoelectrochromic Window with PtCatalyst«, in: Thin Solid Films, Vol. 502 (2006),pp. 246–251(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany) (2: Faculty of Electrical Engineering, Universityof Ljubljana, Slovenia)

Veröffentlichungen in rezensierten Zeitschriften

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Fakten im Überblick

118–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Vorträge

Aicher, T.; Rochlitz, L.»Micro Reformer Fuel Cell System with a FewHundred Watts Power Output«, 9th Inter-national Conference on MicroreactionTechnology IMRET, Berlin, Germany,6.–8.9.2006

Aicher, T.; Rochlitz, L.»Development of a Micro Reformer for PEMFuel Cells«, 9th International Conference onMicroreaction Technology, Potsdam, Germany,6.–8.9.2006

Bett, A. W.»Hochkonzentrierende PV mit Mehrfach-solarzellen auf Basis von GaAs-Zellen«,Hocheffiziente PhotovoltaikKooperationsforum, Garching, Germany,22.2.2006

Bett, A. W.; Burger, B.; Dimroth, F.; Siefer, G.;Lerchenmüller, H.»High-Concentration PV Using III-V Cells«, IEEE4th World Conference on Photovoltaic EnergyConversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM

Bett. A. W.»Mehrfachsolarzellen und Quantenstrukturenin Solarzellen«, Rundgespräch der DeutschenForschungsgesellschaft – Grundlagenforschungfür Photovoltaik, Bonn, Germany,20./21.7.2006

Beyer, H.1; Friesen, G.2; Gottschalg, R.3;Williams, S.3; Reise, C.; Guerin de Montgareuill, A.4; van de Borg, N.5;de Moor, H.5; Koloenny, W.6; Prorok, M.6;Tdanowicz, T.6; Herrmann, W.7; Huld, T.8; de Kaizer, C.9

»Vergleich von Verfahren zur Abschätzung derJahreserträge unterschiedlicher PV-Technologienim Rahmen des Projektes Performance –Ergebnisse eines ersten ›Round Robin‹ Tests«,OTTI Energie-Kolleg, 21. SymposiumPhotovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein,Germany, 8.–10.3.2006(1: Institut für Elektrotechnik, HochschuleMagdeburg-Stendal, Germany) (2: Scuola Universitaria Professionale SvizzeraItaliana SUPSI , Lugano, Switzerland) (3: Loughborough University, United Kingdom)(4: Commissariat à l'Énergie Atomique, CEA,Cadarache, France) (5: Energy Research Center (ECN), Solar Energy,Petten, The Netherlands) (6: University of Technology, Wroclaw, Poland)(7: TÜV Rheinland, Köln, Germany) (8: European Commission, DG JRC, Ispra, Italy)(9: University Utrecht, The Netherlands)

Oszcipok, M.; Zedda, M.; Hesselmann, J.;Huppmann, M.; Wodrich, M.; Junghardt, M.;Hebling, C.»Portable Proton Exchange Membrane Fuel-CellSystems for Outdoor Applications«, in: Journalof Power Sources, Vol. 157 (2006), pp. 666–673

Oszcipok, M.; Zedda, M.; Riemann, D.; Geckler, D.»Low Temperature Operation and InfluenceParameters the Cold Start Ability of PortablePEMFCs«, in: Journal of Power Sources, Vol. 154 (2006), pp. 404–411

Papetrou, M.1; Epp, C.1; Teksoy, S.2; Sözen, S.2; Ortin, V.3; Seibert, U.; Vogt, G.»Market Analysis for Autonomous DesalinationSystems Powered by Renewable Energy inSouthern Mediterranean Countries. Case Studyon Turkey«, in: Desalination, Vol. 183 (2005),pp. 29–40 (1: WIP – Erneuerbare Energien, München, Germany) (2: ITU Istanbul Technical University, Istanbul, Turkey) (3: ITC Canary Island Institute of Technology,Santa Lucía, Gran Canaria, Spain)

Reber, S.; Eyer, A.; Haas, F.»High-Throughout Zone-Melting Recrystalli-zation for Crystalline Silicon Thin-Film SolarCells«, in: Journal of the Crystal Growth, Vol. 287/2006, pp. 391–396

Rein, S.; Glunz, S.»Electronic Properties of Interstitial Iron andIron-boron Pairs Determined by Means ofAdvanced Lifetime Spectroscopy«, in: Journalof Applied Physics, 98, 113711(1–12) 2005

Sastrawan, R.; Renz, J.; Prahl, C.; Beier, J.1;Hinsch, A.; Kern, R.»Interconnecting Dye Solar Cells in Modules –I-V Characteristics under Reverse Bias«, in:Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, Vol. 178 (2006), pp. 33–40(1: Institut für Angewandte Photovoltaik,Gelsenkirchen, Germany)

Sastrawan, R.1; Beier, J.2; Belledin, U.1;Hemming, S.3; Hinsch, A.; Kern, R.; Vetter, C.2;Petrat, F.4; Prodi-Schwab, A.4; Lechner, P.5;Hoffmann, W.5

»A Glass Frit-Sealed Dye Solar Cell Modulewith Integrated Series Connections«, in: SolarEnergy Materials & Solar Cells, 90/2006,pp.1680–1691(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany) (2: Institut für Angewandte Photovoltaik,Gelsenkirchen, Germany) (3: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany) (4: Degussa AG, Creavis, Marl, Germany) (5: RWE Schott Solar GmbH, Alzenau,Germany)

Schmitz, A.; Tranitz, M.; Eccarius, S.; Weil, A.;Hebling, C.»Influence of Cathode Opening Size andWetting Properties of Diffusion Layers onPerformance of Air-Breathing PEMFCs«, in:Journal of Power Sources, Vol. 154 (2006), pp. 437–447

Schossig, P.; Henning, H.-M.; Gschwander, S.;Hausmann, T.»Micro-Encapsulated Phase-Change MaterialsIntegrated into Construction Materials«, in:Solar Energy Materials and Solar Cells,89/2006, pp. 297–306

Schubert, M.; Riepe, S.; Bermejo, S.; Warta, W.»Determination of Spatially Resolved TrappingParameters in Silicon with Injection DependentCarrier Density Imaging«, in: Journal of AppliedPhysics, Vol. 99, 114908(1–6) 2006

Trupke, T.; Bardos, R.; Schubert, M.; Warta, W. »Photoluminescence Imaging of SiliconWafers«, in: Applied Physics Letters, 89,44107(1–3) 2006

Wienold, J.; Christoffersen, J.»Evaluation Methods and Development of aNew Glare Prediction Model for DaylightEnvironment with the Use of CCD Cameras«,in: Energy and Buildings, Vol. 38 (7/2006), pp. 743–757

Yu, H.1; Schumacher, M.; Zobel, M.; Hebling; C.»Analysis of Membrane Electrode Assembly(MEA) by Environmental Scanning ElectronMicroscope (ESEM)«, in: Journal of PowerSources, Vol. 145 (2005), pp. 216–222(1: Dalian Institute of Chemical Physics, ChineseAcademy of Sciences, Dalian, China)

Yu, H.1; Ziegler, C.; Oszcipok, M.; Zobel, M.;Hebling, C.»Hydrophilicity and Hydrophobicity Study ofCatalyst Layers in Proton Exchange MembraneFuel Cells«, in: Electrochimica Acta, Vol. 51(2006), pp. 1199–1207(1: Dalian Institute of Chemical Physics, ChineseAcademy of Sciences, Dalian, China)

Yu, H.1; Ziegler, C.»Transcient Behavior of a Proton ExchangeMembrane Fuel Cell under Dry Operation«, in: Journal of the Electrochemical Society, Vol. 153(3) 2006, pp. A570–A575 (1: Dalian Institute of Chemical Physics, ChineseAcademy of Sciences, Dalian, China)

Ziegler, C.; Yu, H.1; Schumacher, J.»Two-Phase Dynamic Modeling of PEMFCs andSimulation of Cyclo-Voltammograms«, in:Journal of Electrochemical Society, Vol. 152 (8)2005, pp. A1555–A1567 (1: Dalian Institute of Chemical Physics, ChineseAcademy of Sciences, Dalian, China)

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–119

Fakten im Überblick

Bopp, G.; Gabler, H.1; Haugwitz, F.2; Hong, L.3; Zhiming, L.3; Müller, H.2 ;Steinhüser, A. »Technical Monitoring of PV Village PowerSupply in China«, PV Industry Forum, Intersolar,Freiburg, Germany, 21.6.2006(1: Zentrum für Sonnenenergie- undWasserstoff-Forschung, Stuttgart, Germany) (2: Deutsche Gesellschaft für TechnischeZusammenarbeit, Beijing, China) (3: Qinghai Provincial New Energy ResearchInstitute, Xining, China)

Bopp, G.»Welche EMV-Normen und Grenzwerte sind fürSolaranlagen relevant?«, OTTI Profiseminar,Regensburg, Germany, 22./23.11.2006

Bopp, G.»Erzeugen PV-Anlagen Elektrosmog?«, OTTIProfiseminar, Regensburg, Germany,22./23.11.2006

Bopp, G.»Beispielhaft ausgeführter Blitzschutz beiKollektoranlagen und netzgekoppelten PV-Anlagen«, OTTI Profiseminar, Regensburg,Germany, 22./23.11.2006

Bühring, A.; Bichler, C.; Jäschke, M.»Aktueller Stand der Weiterentwicklung vonLüftungs-Kompaktgeräten«, InternationalePassivhaustagung, Hannover, Germany,19./20.5.2006

Bühring, A.; Miara, M.; Russ, C.; Bichler, C.;Becker, R.»Zwei Feldmessungen neuer Wärmepumpengestartet«, Deutsche Kälte-Klima-Tagung,Dresden, Germany, 23.11.2006

Dimroth, F.; Peharz, G.; Wittstadt, U.; Hacker, B.; Bett, A. W.»Solar Hydrogen Production in the PhotovoltaicConcentrator HyCON«, E-MRS IUMRS ICEM;Symposium M: Materials, Devices and Prospectsfor Sustainable Energies, Nice, France,29.5.–2.6.2006

Dimroth, F.; Baur, C.; Bett, A. W.; Köstler, W.1;Meusel, M.1; Strobl, G.1

»Thin 5-Junction Solar Cells with ImprovedRadiation Hardness«, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, (1: RWE Schott Solar GmbH, Alzenau,Germany)

Ebermeyer, M.; Koschikowski, J.; Rebman, H.;Wieghaus, M.; Rommel, M.»Aufbau und Betrieb von energieautarken,solar betriebenen Meerwasserentsalzungsan-lagen«, in: OTTI Energie-Kolleg, 16. SymposiumThermische Solarenergie, Bad Staffelstein,Germany, 17.–19.5.2006

Ebert, Günther»Kraft-Wärmekopplung für den Wohnbereich –eine lohnende Investition?«, FVS-Jahrestagung,Berlin, Germany, 21./22.9.2006

Ebert, G.»Integrated Energy Systems« CAE-FraunhoferWorkshop on Energy Efficient Technology,Chinese Academy of Engineering, Beijing,China, 29.6.2006

Ebert, G.»Energy Efficiency in Photovoltaics«, CAE-Fraunhofer Workshop on Energy EfficientTechnology, Chinese Academy of Engineering,Beijing, China, 29.6.2006

Ebert, G.»Integration der Strom- und Wärmeerzeugungin den Wohnbereich – dezentrale Versorgungs-sicherheit« FVS-Jahrestagung 2006, Berlin,Germany, 21./22.9.2006

Eccarius, S.; Garcia, B.1; Manurung, T.;Weidner, J.1; Hebling, C.»Crossover Phenomena in Direct Methanol FuelCells«, Fuel Cell Science & Technology, Turin,Italy, 13./14.9.2006(1: University of South Carolina, USA)

Ell, J.; Georg, A.»Reasons for Specific Kinetics of SwitchableMirrors of Magnesium Nickel Films«, PhotonicsEurope, Strasbourg, France, 3.–7.4.2006

Fernández, J.; Dimroth, F.; Oliva, E.; Hermle, M.; Bett, A. W.»Back Surface Optimization of Germanium TPVCells«, 7th International Conference on theThermophotovoltaic Generation of Electricity(TPV 7), San Lorenzo de El Escorial, Madrid,Spain, 25.9.–27.9.2006

Gerteisen, D.; Walter, M.»Charakterisierung von porösen Gasdiffusions-elektroden in Polymer-Elektrolyt-Brennstoff-zellen mit Hilfe der Impedanzspektroskopie in einer Referenzelektrodenanordnung«, 1. Symposium – ImpedanzspektroskopieGrundlagen und Anwendung, Haus der Technik– Außeninstitut der RWTH Aachen, Germany,16./17.5.2006

Gerteisen, D.; Walter, M.; Wolff, A.; Melke, J.»Investigation of the Performance of RuSeCatalyst for the ORR Using a ReferenceElectrode Measurements Set-up«, WorkshopO2-RedNet, Ulm, Germany, 6./7.4.2006

Glatthaar, M.1; Riede, M.1; Keegan, N.;Sylvester-Hvid, K.1; Zimmermann, B.1;Niggemann, M.; Hinsch, A.; Gombert, A.»Efficiency Limiting Factors of Organic BulkHeterojunction Solar Cells Identified byElectrical Impedance Spectroscopy«, EuropeanConference on Hybrid and Organic Solar CellsECHOS, Paris, France, 28.–30.6.2006(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Glunz, S.»Solarzellentechnologien – Stand der Technikund neue Konzepte«, Fraunhofer ISE Kompakt-seminar Photovoltaik-Technologie, Intersolar,Freiburg, Germany, 23.6.2006

Gölz, S.; Bopp, G.; Buchholz, B.1; Pickhan, R.1

»Waschen mit der Sonne – Direkter Verbrauchvon lokal erzeugtem PV Strom durch gezielteLastverschiebung in Privathaushalten«, OTTIEnergie-Kolleg, 21. Symposium PhotovoltaischeSolarenergie, Bad Staffelstein, Germany,8.–10.3.2006(1: MVV Energie AG, Mannheim, Germany)

Goetzberger, A.»Total Area Efficiency, an Extension of theEffiency Concept«, Photovoltaics , 3rd Generation and the way to it, BerlinAdelsdorf, Germany, 5.5.2006

Goetzberger, A.»Selected Topics about the Future of PV«, GE-Seminar, Munich, Germany, 19.9.2006

Goldschmidt, J.»Solarzellen: Alte Rekorde und neue Kon-zepte«, Vortrag im Rahmen des Graduierten-kollegs – Nichtlineare Optik und Ultra-kurzzeitphysik, Technische UniversitätKaiserslautern, Germany, 11.1.2006

Goldschmidt, J.; Glunz, S.; Hermle, M.;Gombert, A.; Willeke, G.»Advanced Fluorescent Concentrators«, 18th Workshop on Quantum Solar EnergyConversion, Quantosol, Rauris, Salzburg,Austria, 19.–25.3.2006

Goldschmidt, J.»Neuartige Solarzellenkonzepte«, DBUStipendiatenseminar, Papenburg, Germany,11.–16.6.2006

Goldschmidt, J.; Glunz, S.; Gombert, A.;Willeke, G.»Advanced Fluorescent Concentrators«, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Gombert, A.»Diffractive Optical Elements for Large AreaApplications«, Symposium On PhotonicsTechnologies for the 7th FrameworkProgramme, Wroclaw, Poland, 12.–14.10.2006

Grohe, A.; Knorz, A.; Alemán, M.; Harmel, C.;Glunz, S. W.; Willeke, G. P.»Novel Low Temperature Front Side Metalli-sation Scheme Using Selective Laser Ablation ofAnti Reflection Coatings and Electroless NickelPlating«, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006

Grohe, A.; Fleischhauer, B.; Preu, R.; Glunz, S.;Willeke, G.»Boundary Conditions for Industrial Productionof LFC Cells«, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Guter, W.»Optimierung von III-V-basiertenHochleistungssolarzellen«, DBU Stipendiatenseminar, Papenburg,Germany, 11.–16.6.2006

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Fakten im Überblick

120–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Hakenjos, A. »Impedanzmesseung an PEMBrennstoffzellenstacks«, 1. Symposium –Impedanzspektroskopie Grundlagen undAnwendung, Essen, Germany, 16./17.5.2006

Hebling, C.»Power to Go – Energie für unterwegs«,Fraunhofer Symposium Mikroenergietechnik2006, Berlin, Germany, 10.10.2006

Hebling, C.»Mikrobrennstoffzellen zur Energieversorgungportabler und netzferner elektronischerGeräte«, Technologieforum Leica Geosystems,Heerbrugg, Switzerland, 12.5.2006

Henning, H.-M.»Thermisch aktive Materialien: Grundlagen undAnwendungen«, Physikalisch-ChemischesKolloquium, LMU München, Munich, Germany,14.12.2005

Henning, H.-M.»Solar Thermal Energy for Air-Conditioning ofBuildings – Advanced Technologies Adapted toLocal Climatic Conditions«, Intelligent BuildingMiddle East, Manama, Kingdom of Bahrain, 5.–7.12.2005

Henning, H.-M.»Solar Cooling and Air Conditioning –Overview with Special Focus on a New Conceptfor Solar Cooling with high Temperature«,International Conference on Energy SavingTechnologies for Heating and Air Conditioning,Milan, Italy, 2.3.2006

Henning, H.-M.»Solarthermische Kühlung und Klimatisierung –Grundlagen, Verfahren und Anwendungen ins-besondere im Mittelmeerraum», Branchen undExportforum Erneuerbare Energien, HannoverMesse, Hannover, Germany, 27.4.2006

Henning, H.-M.»Solares Kühlen und Klimatisieren«, 8. Internationales Symposium fürSonnenenergienutzung, Gleisdorf, Austria,6.–8.9.2006

Henning, H.-M.»Components and Systems – Overview andThermodynamic Analysis«, Intersolar 2006,Freiburg, Germany, 22.7.2006

Henning, H.-M.»Thermodynamische Grundlagen der solarenKühlung – ein Weg zur Systemauswahl«,Fachforum Solare Kühlung und Klimatisierung(RENEXPO), Augsburg, Germany,28.9.–1.10.2006

Herkel, S.»Energieeffizienz in Laborgebäuden –Erfahrungen aus EnBau: Monitor«, Low EnergyHigh Efficiency Lab, Bad Nauheim, Germany,9./10.11.2006

Hesselmann, J.»Leistungselektronik für Brennstoffzellen«,Fachseminar Leistungselektronik für erneuerba-re Energiesysteme, OTTI Energie-Kolleg,Regenstauf, Germany, 6./7.7.2006

Hindenburg, C.; Geßner, D.»Betriebsergebnisse einer Flüssigsorptions-Pilotanlage«, 4. Symposium Solares Kühlen inder Praxis, Hochschule für Technik, Stuttgart,Germany, 3./4.4.2006

Hinsch, A.»Dye Solar Cells – Photovoltaics for CreativeApplications«, Export Forum Renewable Energy,Hannover Messe, Hannover, Germany,27.4.2006

Hinsch, A.; Siegers, C.1; Würfel, U.1;Sastrawan, R.1; Peters, M.1; Gerhard, D.2;Himmler, S.2; Wasserscheid, P.2; Gores, H.3;Zistler, M.3; Rau, U.4; Einsele, F.4; Koch, D.5;Schauer, T.5; Behrens, S.6; Khelashvili, G.6;Putira, P.7; Skupien, K.7; Walter, J.7; Opara-Krasovec, U.8; Nasmudinova, G.9;Sensfuß, S.9; Drewitz, A.10; Faßler, D.10;Bönnemann, H.11

»Developments for Dye Solar Modules: Resultsfrom an Integrated Approach«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference andExhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM (1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany) (2: Universität Erlangen, Germany) (3: Universität Regensburg, Germany) (4: Institut für Physikalische Elektronik IPE,Universität Stuttgart, Germany)(5:Forschungsinstitute für Pigmente und LackeFPL, Stuttgart, Germany) (6: Forschungszentrum Karlsruhe, Germany) (7: University of Technology, Cracow, Poland) (8: Faculty of Electrical Engineering, Universityof Ljubljana, Slovenia) (9: Thüringisches Institut für Textil- undKunststoff-Forschung, Rudolfstadt, Germany)(10: Gesellschaft zur Förderung von Medizin-,Bio- und Umwelttechnologien e.V. GMBU,Dresden, Germany) (11: Max-Planck-Institut für Kohlenforschung,Mülheim, Germany)

Hinsch, A.; Belledin, U.; Brandt, H.; Sastrawan, R.1; Hemming, S.2; Koch, D.3;Schauer, T.3; Rau, U.4; Einsele, F.4

»Glass Frit Sealed Dye Solar Modules withAdaptable Screen Printed Design«, IEEE 4th World Conference on Photovoltaic EnergyConversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany) (2: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany) (3: Forschungsinstitute für Pigmente und Lacke,FPL, Stuttgart, Germany) (4: Institute für Physikalische Elektronik IPE,Universität Stuttgart, Germany)

Hinsch, A.»Farbstoffsolarzellen: Photovoltaik für gestalte-rische Anwendungen im Fenster- undFassadenbau«, Rosenheimer Fenstertage,Institut für Fenstertechnik IFT e.V., Rosenheim,Germany, 20.10.2006

Hinsch, A.; Niggemann, M.; Gombert, A.»Topics Related to the Technological Road Mapfor Dye and Organic Solar Cells«, 2nd International Plastic Electronics Conference& Showcase, Messe Frankfurt, Frankfurt,Germany, 25.10.2006

Hinsch, A.»Photovoltaik und Solarthermie als integralerBestandteil für Gebäude und Fassaden«, glasstec-Symposium: ENERGY – Glas undEnergie, Düsseldorf, Germany, 26.10.2006

Hinsch, A.»Injektionssolarzellen», DFG-Rundgespräch:Grundlagenforschung für die Photovoltaik,Gustav-Stresemann-Institut, Bonn, Germany,20.7.2006

Hofmann, M.; Glunz, S.; Preu, R.; Willeke, G.»21%-Efficient Silicon Solar Cells UsingAmorphous Silicon Rear Side Passivation«, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Janz, S.; Reber, S.; Glunz, S.»Amorphous SiC: Applications for Silicon SolarCells«, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Jaus, J.; Fleischfresser, U.; Peharz, G.; Dimroth, F.; Lerchenmüller, H.; Bett, A. W.»Heat Sink Substrates for Automated Assemblyof Concentrator Modules«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Jungmann, T.»Wasserstoff – eine Alternative zu den fossilenBrennstoffen?«, Physikalisches Seminar,Hochschule für Technik und Wirtschaft,Dresden, Germany, 8.12.2005

Kiefer, K.»Ergebnisse aus dem Freiburger PerformanceCheck«, Workshop Klimaschutz durch dasHandwerk – Schwerpunkt Photovoltaik,Handwerkskammer Freiburg, Germany3.2.2006

Kiefer, K.»Erträge von netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen«, OTTI-Profiseminar Photovoltaik-Anlagen, Freiburg, Germany, 21.6.2006

Kiefer, K.»Optimale Erträge von PV-Anlagen, Ergebnisseaus dem Freiburger Performance Check«,Fraunhofer ISE Kompaktseminar Photovoltaik-Technologie, Intersolar, Freiburg, Germany,23.6.2006

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Klaz, D.; Pfafferot, J.; Schossig, P.; Herkel, S.»Thermally Activated Building ComponentsUsing Phase-Change-Materials«, Eurosun 2006,Glasgow, Scotland UK, 27.–30.6.2006

Klaz, D.; Pfafferot, J.; Schossig, P.; Herkel, S.»Flächenkühlsysteme mit integriertenPhasenwechselmaterialien – EineSimulationsstudie«, BauSIM 2006, TechnischeUniversität München, Munich, Germany,9.–11.10.2006

Köber, M.; Hermle, M.; Isenberg, J.; Kasemann, M.1; Cárdenes, H.; Warta, W.»Analysis of the Effects Caused by ParameterInhomogeneity with a 2D Modelling Tool Basedon Circuit Simulation«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Köhl, M.»Clusterprojekt: Lebensdauer von PV-Modulen«, 2. Workshop Photovoltaik-Modultechnik, Cologne, Germany, 1.12.2005

Köhl, M.»Polymeric Materials for Solar Applications«,IEA SHC Industry Seminar, Sydney, Australia,5.12.2005

Köhl, M.»Solar Thermal Collectors, New Materials,Integration and Combination«, Meeting of theIEA Solar Heating & Cooling Programme andSolar Thermal Trade Associations, Malaga,Spain, 23.5.2006

Köhl, M.»Subproject 5: Service Life Assessment of PVModules«, Industry Information Workshop›Performance‹, Freiburg, Germany, 22.6.2006

Köhl, M.»Polyurethane-Based Thickness InsensitiveSpectrally Selective Paints for Coloured SolarAbsorbers«, Eurosun 2006, Glasgow, UK,27.6.2006

Köhl, M.»Temperature Dependent Permeation of WaterVapour Through Barrier Foils«, THERMO INTER-NATIONAL 2006, Boulder, USA, 1.8.2006

Köhl, M.»Temperature Dependent Permeation of WaterVapour into PV Modules«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Kontermann, S.; Emanuel, G.; Benick, J.; Preu, R.; Willeke, G.»Characterisation of Silver Thick-Film ContactFormation on Textured Monocrystalline SiliconSolar Cells«, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Kuhn, T. E.»Solar Control: Two New Systems and aGeneral Evaluation Method for Facades withVenetian Blinds or Other Solar Control Systemsto Be Used Stand Alone or within BuildingSimulation Program«, VDI Wissensforum Bauenmit Glas – Transparente Werkstoffe imBauwesen, Baden-Baden, Germany,29./30.5.2006

Kuhn, T. E. »Solar Control: Two New Systems and aGeneral Evaluation Method for Facades withVenetian Blinds or Other Solar ControlSystems«, Konferenz BauSIM 2006 der deutschen Sektion der International BuildingPerformance Simulation Association, Munich,Germany, 9.–11.10.2006.

Kuhn, T. E.»Sun Protection: Shading Blinds«, ISESInternational Summer Workshop – Solar Low-Energy Housing in Europe, Freiburg, Germany,14.8.2006

Kuhn, T. E. »Sonnenschutz und Lichtlenksysteme –Praxisbericht«, Kompetenzseminar Hand-werk+Energie, Heidelberg, Germany, 9.11.2006

Lehnert, W.1; Grünerbel, M.1; Hartnig, Ch.1;Gülzow, E.2; Schulze M.2; Wittstadt, U.;Smolinka, T. »Aging Mechanisms in PEM Fuel Cells«, 10th

Electrochemical Talks, Neu-Ulm, Germany,27./28.6.2006(1: Zentrum für Sonnenenergie- undWasserstoff-Forschung, Ulm, Germany) (2: Institut für Technische Thermodynamik, ITT,Stuttgart, Germany)

Litterst, C.1; Eccarius, S.; Hebling, C.; Zengerle, R.1; Koltay, P.1

»Novel Structure for Passive CO2 Degassing inµDMFC«, 19th IEEE Conference on MicroElectro Mechanical Systems; Istanbul, Turkey,22.–26.1.2006(1: Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Germany)

Löckenhoff, R.; Dibowski, G.1; Dimroth, F.;Meusel, M.; van Riesen, S.; Bett, A. W.»1000 Sun, Compact Receiver Based onMonolithic Interconnected Modules (MIMs)«,IEEE 4th World Conference on PhotovoltaicEnergy Conversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM(1: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR), Bonn, Germany)

Löckenhoff, R.; Wilde, J.; Dimroth, F.; Bett, A. W.»Approaches to Large Area III-V ConcentratorReceivers«, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Lungenschmied, C.1; Dennler, G.1; Neugebauer, H.1; Sariciftci, S.1; Glatthaar, M.;Meyer, T.2; Meyer, A.2

»Flexible, Large Area, Encapsulated, OrganicSolar Cells«, European Conference on Hybridand Organic Solar Cells ECHOS, Paris, France,28.–30.6.2006(1: Linz Institute for Organic Solar Cells,Johannes Kepler University, Linz, Austria) (2: Solaronix SA, Aubonne, Switzlerand)

Luther, J.»Gedanken zu einer nachhaltigen globalenEnergieversorgung«, UniversitätsklinikumFreiburg, Freiburg, Germany, 25.1.2006

Luther, J.»Hocheffiziente Photovoltaik – Stand undPotenziale«, Bayern Innovativ – Kooperations-forum, Munich, Germany, 22.2.2006

Luther, J.»Forschung und Entwicklung für eine nachhal-tige Energieversorgung«, Universitätsbeirat,Universität Freiburg, Germany, 8.3.2006

Luther, J.»PV Activities and Strategies at the FraunhoferISE«, Commission for Sustainable Development(CSD), New York, USA, 1.–6.5.2006

Luther, J.»Solar Energy Conversion – Solar ElectricityGeneration, Photovoltaic Energy Conversion«,Global Science Conference (OECD), Paris,France, 17.–18.5.2006

Luther, J.»Strom aus Sonnenenergie – PhotovoltaischeEnergiekonversion«, Kolloquium an der Uni-versität Tübingen, Tübingen, Germany,31.5.2006

Luther, J.»Verteilte Stromerzeugung und ›intelligente‹Netze: Energieeffizienz, Einbindung erneuerba-rer Energiequellen, Sicherheit der Stromver-sorgung«, Parlamentarischer Abend derFraunhofer-Gesellschaft, Berlin, Germany,1.6.2006

Luther, J.»Solare Energietechnologien – Ein nachhaltigerWachstumsmarkt Beispiel: Photovoltaik«,Tagung ›20 Jahre BMU‹, Berlin, Germany,6.6.2006

Luther, J.»Photovoltaik – Strom aus Sonnenenergie,Neue Ergebnisse aus Forschung undTechnologieentwicklung«, Samstagsuniversität,Universität Freiburg, Germany, 24.6.2006

Luther, J.; Bett, A. W.; Burger, B.; Dimroth, F.»High Concentration Photovoltaics Based on III-V Multi-Junction Solar Cells«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–121

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Fakten im Überblick

122–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Luther, J.»Sustainable Electricity Generation – SolarEnergy and Other Renewable Energy Sources«,Energy and Environment, Instituto InternacionalCasa de Mateus, Vila Real, Portugal,27.–30.9.2006

Luther, J.»The Global Potential of Solar Systems – SolarElectricity«, XVI. Malenter Symposium, Lübeck,Germany, 8.–10.10.2006

Luther, J.»Wege zu einer nachhaltigen Energiever-sorgung – die Bedeutung der Energiemeteoro-logie«, Wissenschaftsforum, Berlin, Germany,2.11.2006

Luther, J.»Photovoltaik – Strom aus Sonnenenergie«,Wissenschaftliche Gesellschaft, UniversitätFreiburg, Freiburg, Germany, 3.11.2006

Luther, J.»Solarforschung – in der Mitte eines langenWeges«, Vortrag im Umweltministerium Baden-Württemberg, Stuttgart, Germany, 22.11.2006

Niggemann, M.; Glatthaar, M.; Riede, M.;Ziegler, T.; Zimmermann, B.; Gombert, A.»Optical Near Field Phenomena in Planar andStructured Organic Solar Cells«, PhotonicsEurope, Strasbourg, France, 3.–7.4.2006

Oszcipok, M.»Start- und Abschaltvorgänge in PEM-Brennstoffzellen unter 0 °C«, ElektrochemieSeminar am Paul-Scherrer Institut, Villigen PSI,Switzerland, 10.4.2006

Pearsall, N.1; Scholz, H.2; Zdanowicz, T.3; Reise, C.»PV System Assessment in PERFORMANCE –towards Maximum System Output«, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM(1: University of Northumbria, Newcastle,United Kingdom) (2: European Commission, DG JRC, Ispra, Italy)(3: Wroclaw University of Technology, Poland)

Pfanner, N.»Anwendungen – Photovoltaik in derBeleuchtungstechnik«, Fachseminar NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany,27./28.9.2006

Reber, S.; Duerinckx, F.1; Alvarez, M.2; Garrard, B.3; Schulze, F. W.4

»EU Project SWEET on Epitaxial WaferEquivalents: Results and Future Topics ofInterest«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM(1: IMEC Leuven, Belgium)(2: ATERSA, Catarroja, Spain) (3: Crystalox Ltd., Wantage, United Kingdom)(4: PV Silicon AG, Erfurt, Germany)

Rein, S.»Lifetime Spectroscopy – Method of DefectCharacterization«, Nordic Workshop onCrystalline Silicon Solar Cells IFE, Losby Gods,Norway, 23.1.2006

Reise, C.; Ebert, G.; Köhl, M.; Herrmann, W.1;Stellbogen, D.2; Gabler, H.2; Pearsall, N.3;Gottschalg, R.4; de Moor, H.5; Despotou, E.6;Dunlop, E.7

»PERFORMANCE – a Science Base on PVPerformance for Increased Market Transparencyand Customer Confidence«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM (1: TÜV Immisionsschutz und EnergiesystemeGmbH, Köln, Germany) (2: Zentrum für Sonnenenergie- undWasserstoff-Forschung (ZSW) Baden-Württemberg, Stuttgart, Germany) (3: University of Northumbria, Newcastle,United Kingdom) (4: Loughborough University Leicester, UnitedKingdom) (5: Energy Research Center (ECN), Solar Energy,Petten, The Netherlands) (6: European PV Industry Association, Brussels,Belgium) (7: Institute for Environment and Sustainability,Ispra, Italy)

Riepe, S.; Schultz, O.; Warta, W.»Redistribution of Recombination ActiveDefects and Trapping Effects in MulticrystallineSilicon After Wet Thermal Oxidation«, IEEE 4th World Conference on PhotovoltaicEnergy Conversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM

Rinio, M.; Käs, M1.; Hahn, G1.; Borchert D.»Hydrogen Passivation of Extended Defects inMulticrystalline Silicon Solar Cells«, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM(1: University of Konstanz, Department ofPhysics, Germany)

Rochlitz, L.; Aicher, T.»Micro Reformer Fuel Cell System of a few 100 Watts«, ACHEMA 2006, Frankfurt,Germany, 15.–19.5.2006

Rochlitz, L.; Aicher, T.»Development of a Micro Reformer for PEMFuel Cells with a Few Hundred Watts PowerOutput«, Fuel Cell Science & Technology, Turin,Italy, 13./14.9.2006

Rommel, M.; Koschikowski, J.; Wieghaus, M.»Solar Driven Desalination Systems Based onMembrane Distillation«, NATO AdvancedResearch Workshop, Solar Desalination for the21st Century, 23.–25.2.2006, Hammamet,Tunisia

Rommel, M.»Medium Temperature Collector Developmentsand Collector Testing«, SHC-IEA TASK 33/IVIndustry Workshop Solar Heat for IndustrialProcesses, Lisbon, Portugal, 13.10.2006

Roth, T.; Rüdiger, M.; Diez, S.; Glunz, S.;Trupke,T.1; Bardos, R.1

»Temperature and Injection-DependentPhotoluminescence Lifetime Spectroscopy«,21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM (1: Centre of Excellence for Advanced SiliconPhotovoltaics and Photonics, University of NewSouth Wales, Sydney, Australia)

Roth, T.»Analyse von elektrisch aktiven Defekten inSilicium für Solarzellen«, DBUStipendiatenseminar, Mirow, Germany,6.–10.11.2006

Roth, W.»Unternehmenskooperationen als Einstieg inProjekte der internationalenFinanzierungsorganisationen – Erfolgsbeispieleund Zukunftsperspektiven der ThemengruppeEnergie«, Abschlusstreffen der BayerischenInitiative zur Konsortialbildung für internationa-le Entwicklungsprojekte, Munich, Germany,18.1.2006

Roth, W.»Netzferne Stromversorgung mit Photovoltaik –Einführung«, Grundlagenworkshop NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany, 26.9.2006

Roth, W.»Nutzung der Sonnenenergie«,Grundlagenworkshop NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany, 26.9.2006

Roth, W.»Netzferne Stromversorgung mit Photovoltaik«,Fachseminar Netzferne Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI Energie-Kolleg, Freiburg,Germany, 27./28.9.2006

Roth, W.»Photovoltaische Stromversorgung vonIndustrieprodukten und technischenEinrichtungen«, Fachseminar NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany,27./28.9.2006

Schaadt, A.; Aicher, T.; Lenz, B.; Rochlitz, L.»Herstellung von Wasserstoff aus flüssigenKohlenwasserstoffen«, Brennstoffzellen-Kongress, f-cell-2006 Stuttgart, Stuttgart,Germany, 25./26.9.2006

Schmich, E.; Reber, S.; Hees, J.; Trenkle, F.;Schillinger, N.; Willeke, G.»Emitter Epitaxy for Crystalline Silicon Thin-FilmSolar Cells«, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–123

Fakten im Überblick

Schöne, J.; Dimroth, F.; Bett, A. W.; Tauzin, A.1;Jaussaud, C.1; Roussin, J.-C.1

»III-V Solar Cell Growth on Wafer-BondedGaAs/Si-Substrates«, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM(1: Commissariat à l´Energie Atomique (CEA),Grenoble, France)

Schubert, M.; Riepe, S.; Warta, W.»Spatially Resolved Trapping Detection andCorrelation with Material Quality in Multi-crystalline Silicon«, 21st European PhotovoltaicSolar Energy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Schultz, O.; Glunz, S.; Riepe, S.; Willeke, G.»Gettering of Multicrystalline Silicon for High-Efficiency Solar Cells«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Siefer, G.; Bett, A. W.»Calibration of III-V Concentrator Cells andModules«, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Siefer, G.; Bett, A. W.»Accelerated Indoor Aging Test Procedure forConcentrator Modules«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Smolinka, T.; Grootjes, S.1; Mahlendorf, F.2;Hesselmann, J.; Makkus, R.1

»Prototype of a Reversible Fuel Cell System forAutonomous Power Supplies«, 3rd EuropeanPV-Hybrid and Mini Grid Conference, Aix-en-Provence, France, 11.–12.5.2006(1: Energy Research Centre of the Netherlands(ECN), The Netherlands) (2: Universität Duisburg–Essen, Germany)

Smolinka, T. »Manufacturing and Characterisation ofMembrane Electrode Assemblies for PEMElectrolysis and Fuel Cells«, 28th InternationalExhibition-Congress on Chemical Engineering,Environmental Protection and Biotechnology,Frankfurt am Main, Germany, 15.–19.5.2006

Steinhüser, A.»Photovoltaik-Hybridsysteme«, Vorlesung ander Universität Karlsruhe, Germany, 30.5.2006

Steinhüser, A.»Computerunterstützte Auslegung von Photo-voltaik-Systemen«, Vorlesung an der UniversitätKarlsruhe, Germany, 30.5.2006

Steinhüser, A.»Computerunterstützte Auslegung und Simu-lation von Photovoltaik-Systemen«, OTTI-Profiseminar – Netzferne Stromversorgung mitPhotovoltaik, Freiburg, Germany 27./28.9.2006

Schmidt, H.»Welcher Wechselrichter für welcheDünnschichttechnologie?«, FachseminarDünnschicht-Photovoltaikmodule, OTTI Energie-Kolleg, Freiburg, Germany, 20.6.2006

Schmidt, H.»Elektromagnetische Verträglichkeit«,Fachseminar Leistungselektronik für erneuerba-re Energiesysteme, OTTI Energie-Kolleg,Regenstauf, Germany, 6./7.7.2006

Schmidt, H.»Grundlagen zur Nutzung der Sonnenenergie -Messtechnik«, Grundlagenworkshop NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany, 26.9.2006

Schmidt, H.»Aufbau und Funktionsweise von Solarzelle,Modul und Solargenerator«,Grundlagenworkshop NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany, 26.9.2006

Schmidt, H.»Batterien in netzfernen Stromversorgs-anlagen«, Fachseminar NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, OTTIEnergie-Kolleg, Freiburg, Germany,27./28.9.2006

Schmidt, H.»Laderegler und Überwachungseinrichtungenfür Batterien in photovoltaischenEnergieversorgungssystemen«, FachseminarNetzferne Stromversorgung mit Photovoltaik,OTTI Energie-Kolleg, Freiburg, Germany,27./28.9.2006

Schmidt, H.»EMV-Messverfahren für PV und EMV-gerech-tes Schaltungsdesign«, Profiseminar EMV undBlitzschutz für Solaranlagen, OTTI Energie-Kolleg, Regensburg, Germany, 22./23.11.2006

Schmidt, H.»Elektrische Wechselwirkungen Modul -Wechselrichter«, 3. ModulworkshopPhotovoltaik-Modultechnik, TÜV Rheinland,Cologne, Germany, 29./30.11.2006

Schmidt, H.; Burger, B.; Kiefer, K.»Welcher Wechselrichter für welcheModultechnologie?« in: OTTI Energie-Kolleg,21. Symposium Photovoltaische Solarenergie,Bad Staffelstein, Germany, 8.–10.3.2006

Schmidt, F.; Henninger, S.1

»Neue Sorptionsmaterialien für dieWärmespeicherung«, Konferenz InnovativeSolar-Speicherkonzepte, AEE Intec, Vienna,Austria, 17.3.2006(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Schnabel; L.»Konzeption und Betrieb von offenenKühlsystemen«, 7. Berliner EnergietageUmweltschonende Gebäudekühlung, Berlin,Germany 2.–4.5.2006

Vetter, M. »Photovoltaik-Hybridsysteme mit thermoelektri-schen Generatoren«, Herbstschule Thermo-elektrik der Deutschen ThermoelektrischenGesellschaft, Tübingen, Germany,9.–13.10.2006

Weber, E. R.»Metalle in Si-Solarzellen – Gute Zellen ausschmutzigem Silicium«, Freiburger Material-forschungszentrum FMF, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Germany,28.7.2006

Weber, E. R.»Die Zukunft der siliciumbasierten Photo-voltaik«, IHP Microelectronics, Frankfurt/Oder,Germany, 15.11.2006

Weber, E. R.»Globaler Klimawandel und ErneuerbareEnergien«, Kolloquium am PhysikalischenInstitut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg,Freiburg, Germany, 20.11.2006

Welser, E.; Dimroth, F.; Ohm, A.; Guter, W.;Siefer, G.; Schöne, J.; Polchroniadis, E. K.1; Bett, A. W.»Lattice-Matched GaInAsSb on GaSb for TPVCells«, 7th World ThermophotovoltaicGeneration of Electricity (TPV) Conference,Madrid, Spain, 25.–27.9.2006(1: Aristotle University of Thessanoliki, Greece)

Went, J. »Leistungsultraschall zur Verbesserung derMembranfiltration«, VDI-Gesellschaft Ver-fahrenstechnik und ChemieingenieurwesenGVC, Fachausschuss zur Mechanischen Flüssig-keitsabtrennung, Karlsruhe, Germany,14.–17.3.2006.

Wilson, H. R.»High-Performance Glazing«, ISES InternationalSummer Workshop-Solar Low-Energy Housingin Europe, Freiburg, Germany, 14.8.2006

Wirth, H.»Modulkonzepte für die nächste Solarzellen-Generation«, glasstec 2006, Düsseldorf,Germany, 23.10.2006

Wittwer, C.; Erge, T.; Thoma, M.»Ausgleich fluktuierender Stromerzeugungs-ressourcen in Niederspannungsnetzen durchoptimierte Netzbetriebsführung«, in: OTTIEnergie-Kolleg, 21. Symposium PhotovoltaischeSolarenergie, Bad Staffelstein, Germany,8.–10.3.2006

Wittwer, C.»The Storage Capacity of Co-Generation«,EuroSolar 2006, Gelsenkirchen, Germany,30./31.10.2006

Wittwer, C.; Becker, R.»Modellbasierte Ertragskontrolle für PVAnlagen in vernetzten Gebäuden«, IKM 200617. Internationalen Kolloquium über Anwen-dungen der Informatik und Mathematik inArchitektur und Bauwesen, Weimar, Germany,12.–14.7.2006

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Fakten im Überblick

124–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Alemán, M.; Richter, L.; Filipovic, A.; Willeke, G.»New Concepts for the Front Side Metallizationof Silicon Solar Cells«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Alemán, M.; Streek, A.1; Regenfuß, P.1; Mette, A.; Ebert, R.1; Exner, H. 1; Glunz, S.W.;Willeke, G. »Laser Micro-Sintering as a New MetallizationTechnique for Silicon Solar Cells«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006 (1: Laser Institut Mittelsachsen)

Balaras, C.1; Henning, H.-M.; Wiemken, E.;Grossman, G.2; Podesser, E.3; Ferreira, C.4

»Solar Cooling – an Overview of EuropeanApplications and Design Guidelines«, in: ASH-RAE Journal, Vol. 48, No. 6, June 2006, pp. 14-22(1: Institute for Enviromental Research &Sustainable Development, NOA, Athens,Greece) (2: Technion Israel Institute of Technology,Haifa, Israel) (3: Joanneum Research, Institute of EnergyResearch, Graz, Austria) (4: University of Technology, Delft, TheNetherlands)

Baumann, S.; Kray, D.; Mayer, K.; Eyer, A.;Willeke, G.»Comparative Study of Laser Induced Damagein Silicon Wafers« in: Proceedings, 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Becker, R.; Rommel, M.; Wittwer, C.»Regelungstechnische Untersuchungen zurVermeidung von Stillstandssituationen bei großen solartechnischen Anlagen«, in:Proceedings, OTTI Energie-Kolleg, 16. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, Germany, 17.–19.5.2006

Benick, J.; Rentsch, J.; Schetter, C.; Voyer, C.;Biro, D.; Preu, R.»PECVD PSG as a Dopant Source for IndustrialSolar Cells«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Beyer, H.1; Friesen, G.2; Gottschalg, R.3;Williams, S.3; Reise, C.; Guerin de Montgareuill, A.4; van de Borg, N.5;de Moor, H.5; Koloenny, W.6; Prorok, M.6;Tdanowicz, T.6; Herrmann, W.7; Huld, T.8; de Kaizer, C.9

»Vergleich von Verfahren zur Abschätzung derJahreserträge unterschiedlicher PV-Technologienim Rahmen des Projektes Performance –Ergebnisse eines ersten‚ ›Round Robin‹ Tests«,in: Proceedings, OTTI Energie-Kolleg, 21.Symposium Photovoltaische Solarenergie, BadStaffelstein, Germany, 8.–10.3.2006(1: Institut für Elektrotechnik, HochschuleMagdeburg-Stendal, Germany) (2: Scuola Universitaria Professionale SvizzeraItaliana, SUPSI, Lugano, Switzerland) (3: Loughborough University Leicester, UnitedKingdom) (4: Commissariat à l’Energie Atomique, CEA,Cadarache, France) (5: Energy Research Center (ECN), Solar Energy,Petten, The Netherlands) (6: University of Technology, Wroclaw, Poland)(7: TÜV Rheinland, Köln, Germany) (8: European Commission, DG JRC, Ispra, Italy)(9: University Utrecht, The Netherlands)

Biro, D.; Preu, R.; Glunz, S.; Rein, S.; Rentsch, J.; Emanuel, G.; Brucker, I.; Faasch, T.;Faller, C.; Willeke, G.; Luther, J.»PV-Tech: Photovoltaic Technology EvaluationCenter – Design and Implementation of aProduction Research Unit«, in: Proceedings,21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Bopp, G.; Gabler, H.1; Haugwitz, F. 2; Liu Hong3; Li Zhiming3; Müller, H.2; Steinhüser, A. »PV Village Power Supply Systems in China –Results from a Technical MonitoringCampaign« in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM(1: Zentrum für Sonnenenergie- undWasserstoff-Forschung ZSW, Stuttgart,Germany) (2: Deutsche Gesellschaft für TechnischeZusammenarbeit, Beijing, China) (3: Qinghai Provincial New Energy ResearchInstitute, Xining, China)

Borchert, D.1; Hanke, M.1; Ban, Q.1; Schmidt, K.1; Rinio, M.1

»Microcrystalline Silicon Films as Active Layersin Crystalline Silicon Solar Cells«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM (1: Fraunhofer ISE Labor- und ServicecenterGelsenkirchen, Germany)

VeröffentlichungenWittwer, C. »POMS: Managementsystem for DistributedGeneration and Loads in Low Voltage Grids«,1. Internationales Symposium für VerteilteStromerzeugung und intelligente Netze,Arsenal Research Techbase, Vienna, Austria,18./19.10.2006

Wittwer, C.; Erge, T.; Becker, R.; Franzen, E.»Modellbasierte Ertragskontrolle von netzinte-grierten PV-Systemen durch Einsatz webfähigerEmbedded Systems«, in: OTTI Energie-Kolleg,21. Symposium Photovoltaische Solarenergie,Bad Staffelstein, Germany, 8.–10.3.2006

Wittwer, V.»Solarthermie Vision 2030: Eine Herausfor-derung an die Forschung«, in: OTTI Energie-Kolleg, 16. Symposium Thermische Solar-energie, Bad Staffelstein, Germany,17.–19.5.2006

Zacharias P.; Wittwer, C.»Netzintegration der erneuerbaren Energien«,FVS Jahrestagung 2006, Berlin, Germany,21./22.9.2006

Ziegler, C.»Model Based Design of Fuel Cells and FuelCell Systems: PEM Design«, Workshop onNumerical, Mathematical and ModellingAnalysis related to Fluid Dynamics in HydrogenFuel Cells, Ottawa, Canada, 10.–12.5.2006

Zimmermann, B.; Glatthaar, M.; Niggemann, M.; Riede, M.; Hinsch, A.;Gombert, A.»Inversion of the Layer Sequence in OrganicSolar Cells«, Technologies for PolymerElectronics – TPE 2006, Rudolfstadt, Germany,16.–18.5.2006

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–125

Fakten im Überblick

Borchert, D.; Riepe, S.; Kübler, R.1; Beinert, J.1; Kraft, T.1; Kleer, G.1; Petri, S.2

»Influence of the Thermal Treatment Duringthe Saw Damage Etching Process on theMechanical Stability of Multicrystalline SiliconWafers«, in: Proceedings, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM (1: Fraunhofer Institute für WerkstoffmechanikIWM, Freiburg, Germany) (2: Shell Solar Deutschland GmbH,Gelsenkirchen, Germany)

Bryniok, D.1; Dobers, K.2; Eiband, A.2; Fuchs, D.3; Hauser, H.2; Roth, W.; Sellmeier, C.3; Vielreicher, H.3; Wang, W.4

»BIKE Bayerische Initiative zur Konsortial-bildung für internationale Entwicklungs-projekte«, in: Tagungsband zur Abschlussver-anstaltung zur Initiative BIKE, Munich,Germany, 18.1.2006 (1: Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- undBioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart, Germany)(2: Fraunhofer-Institut für Materialfluss undLogistik IML, Dortmund und Priem amChiemsee, Germany) (3: Fraunhofer-Gesellschaft, European andInternational Business Development, Munich,Germany) (4: Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagenund Konstruktionstechnik IPK, Berlin, Germany)

Burger, B.; Dimroth, F.; Siefer, G.;Lerchenmüller, H.»High-Concentration PV Using III-V Cells«, in:Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Diez, S.; Rein, S.; Roth, T.; Glunz, S.»Analyzing Defects by Temperature- andInjection-Dependent Lifetime Measurements«,in: Proceedings, 21st European PhotovoltaicSolar Energy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Diez, S.; Rein, S.; Glunz, S. W.»Analyzing Multiple Defect Levels in Silicon byTemperature- and Injection-Dependent LifetimeSpectroscopy (T-IDLS)«, in: Proceedings, 16th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells& Modules: Materials and Processes, Denver,Colorado, USA, 6.–9.8.2006, pp. 181–184

Dimroth, F.; Baur, C.; Bett, A. W.; Köstler, W.1;Meusel, M.1; Strobl, G.1

»Thin 5 Junction Solar Cells with ImprovedRadiation Hardness«, in: Proceedings, IEEE 4th World Conference on Photovoltaic EnergyConversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM (1: RWE Schott Solar GmbH, Alzenau,Germany)

Ebert, G.»Integrated Energy Systems« in: Proceedings ofCAE-Fraunhofer Workshop on Energy EfficientTechnology, Chinese Academy of Engineering,Beijing, China, 29.6.2006

Ebert, G.»Energy Efficiency in Photovoltaics« in:Proceedings of CAE-Fraunhofer Workshop onEnergy Efficient Technology, Chinese Academyof Engineering, Beijing, China, 29.6.2006

Eccarius, S.; Garcia, B.; Manurung, T.; Weidner, J.; Hebling, C.»Crossover Phenomena in Direct Methanol FuelCells«, in: Proceedings Grove Fuel Cells, FuelCell Science & Technology, Turin, Italy,13.–14.9.2006

Ell, J.1; Georg, A.»Reasons for the Specific Kinetics of SwitchableMirrors of Magnesium Nickel Films« in:Proceedings, Photonics Europe, Strasbourg,France, 3.–7.4.2006, Vol. 6197, pp. 61970 (1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Ell, J.1; Georg, A.; Arntzen, M.2; Gombert, A.;Graf, W.; Wittwer, V.»Optical Investigation of the Hydrogenationand Dehydrogenation Mechanism ofEvaporated MgNi Films«, in: Solar EnergyMaterials and Solar Cells, to be published(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany) (2: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany)

Enge, O.1; Clauss, C.1; Schneider, P.1; Schwarz, P.1; Vetter, M.; Schwunk, S. »Quasi-stationary AC Analysis Using PhasorDescription With Modelica« in: Proceedings, 5th International Modelica Conference, Vienna,Austria, 3.–4.9.2006(1: Fraunhofer Institut für IntegrierteSchaltungen IIS, Erlangen, Germany)

Erath, D.; Mette, A.; Hübner, G.1

»Neue Siebdrucktechnologie erhöht denWirkungsgrad von Solarzellen«, in: Horizonte,Nr. 29, Dezember 2006, pp. 24–26(1: Hochschule der Medien HdM Stuttgart,Germany)

Erge, T.; Thoma, M.; Buchholz, B.»Management von dezentralenErzeugungsanlagen in Verteilnetzen – eineLösung für die Praxis«, in: etz – Elektrotechnikund Automation, Heft Nr.11, pp. 64–69

Gerteisen, D.; Walter, M.»Charakterisierung von porösen Gasdiffusions-elektroden in Polymer-Elektrolyt-Brennstoff-zellen mit Hilfe der Impedanzspektroskopie ineiner Referenzelektrodenanordnung«, in:Technische Mitteilungen 99, 2006 Heft 1/2,pp.112–117, ISSN 0040-1439

Glunz, S.; Janz, S.; Hofmann, M.; Roth, T.;Willeke, G.»Surface Passivation of Silicon Solar Cells UsingAmorphous Silicon Carbide Layers«, in:Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Gölz, S.; Bopp, G.; Buchholz, B.1; Pickhan, R.1

»Waschen mit der Sonne – Direkter Verbrauchvon lokal erzeugtem PV-Strom durch gezielteLastverschiebung in Privathaushalten«, in:Proceedings, OTTI Energie-Kolleg 21. Symposium Photovoltaische Solarenergie,Bad Staffelstein, Germany, 8.–10.3.2006, pp. 99–104(1: MVV Energie Mannheim, Germany)

Gölz, S.; Vogt, G.; Maigne, Y.1; Mozas, K.1

» Success Factors for Sustainable PrivateBusiness Operation of Decentralised RuralElectrification with PV – Results from theProject ›Delta PRO RES‹ In the Lower DeltaMekong Countries«, in: Proceedings, 21st

European Photovoltaic Solar Energy Conference& Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM(1: Fondation Energies pour le Monde (FONDEM), Paris, France)

Gölz, S.; Maigne, Y; Mozas, K.»Bankabel Rural Electrification with RenewableEnergy Sources in Lower Delta MekongCountries«, in: Projektbroschüre des ProjektsDELTA PRO RES, June 2006

Goldschmidt, J.; Glunz, S.; Gombert A.;Willeke, G.»Advanced Fluorescent Concentrators«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Gombert, A.»Optically Functional Surfaces for SolarApplications«, in: Proceedings, Eurosun 2006,Glasgow, Scotland, 27.–30.6.2006, to be published

Granek, F.; Hermle, M.; Fleischhauer, B.; Grohe, A.; Schultz, O.; Glunz, S.; Willeke, G.»Optimisation of Laser-Fired AluminiumEmitters for High Efficiency N-Type Si SolarCells«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Grohe, A.; Harmel, C.; Knorz, A.; Glunz, S.;Preu, R.; Willeke, G.»Selective Laser Ablation of Anti-ReflectionCoatings for Novel Metallization Techniques«,in: Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Grohe, A.; Fleischhauer, B.; Preu, R.; Glunz, S. W.; Willeke, G. P.»Boundary Conditions for Industrial Productionof LFC Cells«, in: Proceedings, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

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Fakten im Überblick

126–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Grohe, A.; Knorz, A.; Alemán, M.; Harmel, C.;Glunz, S. W.; Willeke, G. P.»Novel Low Temperature Front SideMetallization Scheme Using Selective LaserAblation of Anti Reflection Coatings andElectroless Nickel Plating«, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Grohe, A.; Catoir, J.; Fleischhauer, B.; Preu, R.;Glunz, S. W.; Willeke, G. P., Schneiderlöchner, E.1; Lüdemann, R.1; Liu, J.2;Schramm, S.2; Trassl, R.2; Wieder, S.2

»Boundary Conditions for the IndustrialProduction of LFC Cells – Results from the JointProject INKA«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM (1: Deutsche Cell GmbH, Freiberg/Sachsen,Germany) (2: Applied Materials GmbH & Co. KG,Alzenau, Germany)

Grohe, A.; Preu, R.; Glunz, S. W.; Willeke, G.»Laser Applications in Crystalline Silicon SolarCell Production«, in: Proceedings, 21st Photonics Europe, Strasbourg, France,3.–7.4.2006

Gschwander, S.; Schossig, P.»Phase Change Slurries as Heat StorageMaterial for Cooling Applications«, in:Proceedings, Eurosun 2006, Glasgow, Scotland,27.–30.6.06

Gschwander, S.; Schossig, P.»Paraffin Phase Change Slurries«, 7th Conference on Phase Change Materials,Dinan, France, 13.–15.9.2006

Guter, W.; »IV-Characterization of Devices Consisting ofSolar Cells and Tunnel Diodes«, in: Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Häberle, A.1; Berger, M.1; Luginsland, F.1;Zahler, C.1; Baitsch, M.; Henning, H. M.;Rommel, M.»Linear Concentrating Fresnel Collector forProcess Heat Applications«, in: Proceedings,13th Solar Paces International Symposium,Sevilla, Spain, 20.–23.6.2006, CD-ROM(1: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany)

Haussmann, T.1; Schossig, P.»PCM-aktiv: A project for activ driven construc-tion materials with latent heat storage«, in:Proceedings, 7th Conference on Phase ChangeMaterials and Slurries for Refrigeration and AirConditioning, Dinan, France, 15.9.2006, pp. 167–174(1: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany)

Haussmann, T.1; Schossig, P.»Baustoffe mit Phasenwechselmaterialien alsKältespeicher für energieeffiziente Gebäude«,in: Proceedings, Statusseminar – ThermischeEnergiespeicherung, Freiburg, Germany,2./3.11.2006(1: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany)

Hebling, C.»Off-Grid Fuel Cell Systems for Outdoor Use«,in: Proceedings Small Fuel Cells Conference,Washington D.C., USA, 2.–4.4.2006

Hebling, C.»Fuel Cells for Portable Electronics: A Survey«,in: Proceedings Lucerne Fuel Cell Forum,Lucerne, Switzerland, 3.–6.7.2006

Hebling, C.»Brennstoffzellen in der Servicerobotik«, in:Tagungsunterlagen, f-cell 2006, Stuttgart,Germany, 25./26.9.2006

Henning, H.-M.»Solar Cooling and Air-Conditioning –Thermodynamic Analysis and Overview aboutTechnical Solutions«, in: Proceedings, Eurosun2006, Glasgow, Scotland, UK, 27.-30.6.2006to be published

Henning, H.-M.; Häberle, A.1; Guerra, M.2;Motta, M.3

»Solar Cooling and Refrigeration with HighTemperature Lifts – Thermodynamic Back-ground and Technical Solution«, in: Proceedings, The Sustainable MobilityChallenge at the National Congress of theItalian Thermotechnical Association (ATI),University of Perugia, Perugia, Italy, 14.9.2006 (1: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany) (2: ROBOUR SpA, Verdillino/Zingonia, Italy) (3: Politecnico di Milano, Italy)

Henning, H.-M.»Components and Systems – Overview andThermodynamic Analysis«, in: Proceedings,Intersolar 2006, Freiburg, Germany, 22.6.2006,pp. 11–16

Henning, H.-M.»Solares Kühlen und Klimatisieren«, in:Tagungsband, 8. Internationales Symposium fürSonnenenergienutzung, Gleisdorf, Österreich,6.–8.9.2006, pp. 195–207

Henning, H.-M.»Übersicht zum Einsatz von Adsorptionsmateri-alien in der thermischen Energietechnik«, in:Proceedings, PTJ-Workshop zur Wärmes-peicherung und -transformation mit mikro- und mesoporösen Adsorbentien, TechnischeFachhochschule Wildau, Wildau, Germany,19./20.9.2006; CD-ROM

Henning, H.-M.»Grundlegende Überlegungen zur Speicherungvon Solarenergie zur Beheizung von Gebäu-den«, in: Proceedings, PTJ-Workshop zurWärmespeicherung und -transformation mitmikro- und mesoporösen Adsorbentien,Technische Fachhochschule Wildau, Wildau,Germany, 19./20.9.2006; CD-ROM

Henning, H.-M.»Neuer hoch-effizienter Sorptionsentfeuchter«,in: Proceedings, PTJ-Workshop zur Wärme-speicherung und -transformation mit mikro-und mesoporösen Adsorbentien, TechnischeFachhochschule Wildau, Wildau, Germany,19./20.9.2006; CD-ROM

Henning, H.-M.»Kälteanlagen für den Betrieb mit (Ab-)Wärme:Funktionsweise, Anlagen und Stand derTechnik«, in: Proceedings, RENEXPO, Fach-forum Solare Kühlung und Klimatisierung,Augsburg, Germany, 28.9.–1.10.2006; CD-ROM

Henning, H.-M.»Thermodynamische Grundlagen der solarenKühlung – ein Weg zur Systemauswahl«, in:Proceedings, RENEXPO, Fachforum SolareKühlung und Klimatisierung, Augsburg,Germany, 28.9.–1.10.2006

Henning, H.-M.»Solar Assisted Air-Conditioning of Buildings –an Overview«, Applied Thermal Engineering,www.sciencedirect.com, available online27.9.2006

Henning, H.-M.; Schossig, P.; Lambrecht, K.;Mertz, G.»Wellness-Feeling – Was tun gegen dieHitze?«, in: Das Haus, Ausgabe EV – E 3516,Nr. 7/2006, pp. 50–58

Henning, H.-M.; Braun, R.; Lokurlu, A.; Noeres, P.»Solare Kühlung und Klimatisierung –Belüftung und Wärmerückgewinnung –Einführung«, in: KI Luft- und Kältetechnik, Vol. 6, Issue 2006, pp. 241–247

Herkel, S.; Pfafferott, J.; Löhnert, G.; Voss, K.;Wagner, A.»Energy Efficient Office Buildings – Result andExperiences from a Research and Demonstra-tion Program in Germany», in: Proceedings,Buildings Performance Congress, MesseFrankfurt, Germany, 27.4.2006

Hofmann, M.; Glunz, S.; Preu, R.; Willeke, G.»21%-Efficient Silicon Solar Cells UsingAmorphous Silicon Rear Side Passivation«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Janz, S.; Reber, S.; Habenicht, H.;Lautenschlager, H.; Schetter, C.»Processing of C-Si Thin-Film Solar Cell onCeramic Substrate with Conductive SicDiffusion Barrier Layer«, in: Proceedings, IEEE4th World Conference on Photovoltaic EnergyConversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM

Janz, S.; Reber, S.; Habenicht, H.; Lindekugel, S., Lautenschlager, H.; Schetter, C.,Lutz, F.»Solar Cell Processing of Recrystallized WaferEquivalents on Low-Cost Ceramics«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–127

Fakten im Überblick

Janz, S.; Reber, S.; Glunz, S.»Amorphous Sic: Applications for Silicon SolarCells«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Jaus, J.; Fleischfresser, U.; Peharz, G.; Dimroth, F.; Lerchenmüller, H.; Bett, A. W.»Heat Sink Substrates for Automated Assemblyof Concentrator Modules«, in: Proceedings,21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Kaiser, R.»Lifetime, Test Procedures and Recommenda-tions for Optimal Operating Strategies forLead-Acid-Batteries in Renewable EnergySystems – a Survey on Results From EuropeanProjects from the 5th Framework Programme«,in: Proceedings, 3rd European Conference PV-HYBRID and MINI-GRID, Aix-en-Provence,France, 11.–12.5.2006, pp. 125–130

Kaiser, R.»Geschlossene Bleibatterien«, in: SeminarbandWiederaufladbare Batteriesysteme, OTTI-Energie-Kolleg, Ulm, Germany, 3./4.5.2006, pp. 25–48

Kaiser, R.»Optimised battery management system toimprove the storage lifetime in renewable ener-gy systems«, in: Proceedings, 10th EuropeanLead Battery Conference, Athens, Greece,27.–29.9.2006

Kaiser, R; Schiffer, J.1; Sauer, D. U.1; Bindner, H.2; Cronin, T.2; Lundsager, P.2

»Model Prediction for Ranking Lead-AcidBattery According to their Expected Lifetime inRenewable Energy Systems and AutonomousPower Supply Systems«, in: Proceedings, 10th European Lead Battery Conference,Athens, Greece, 27.–29.9.2006(1: RWTH Aachen University, ElectrochemicalEnergy Conversion and Storage Systems Group,Aachen, Germany) (2: RISOE National Laboratory, Roskilde,Denmark)

Kaiser, R.; Sauer, D. U.1; Karden, E.2; Fricke, B.2; Blanke, H.1; Thele, M.1; Bohlen, O.1; Schiffer, J.1; Gerschler, J. B.1

»Charging Performance of AutomotiveBatteries – an Underestimated FactorInfluencing Lifetime and Reliable BatteryOperation«, in: Proceedings, 10th EuropeanLead Battery Conference, Athens, Greece,27.–29.9.2006(1: RWTH Aachen University, ElectrochemicalEnergy Conversion and Storage Systems Group,Aachen, Germany) (2: Ford Reserach Center Aachen, Germany)

Kalz, D.; Pfafferott, J.; Schossig, P.; Herkel, S.»Thermally Activated Building Systems UsingPhase-Change Materials«, in: Proceedings,EuroSun 2006, Glasgow Caledonian University,Scotland, UK, 27.–30.6.2006

Kalz, D.; Pfafferott, J.; Schossig, P.; Herkel, S.»Flächenkühlsysteme mit integriertenPhasenwechselmaterialien – EineSimulationsstudie«, in: Proceedings, BauSIM2006 – Erste Deutsch-Österreichische IBPSAKonferenz, Technische Universität München,Munich, Germany, 9.–11.10.2006, pp. 81–83

Kalz, D.; Pfafferott, J.; Herkel, S.»Monitoring and Data Analysis of two LowEnergy Office Buildings with a Thermo-activeBuilding System (TABS)«, in: Proceedings, EPIC2006 AIVC, 4th European Conference onEnergy Performance and Indoor Climate inBuildings, Palais des Congrès, Lyon, France,20.–22.11.2006

Kiefer, K.; Warta, W.; Hohl-Ebinger, J.;Herrmann, W.; Heisterkamp, N.»Optimisation of the Power Measurement ofSilicon Photovoltaic Modules« in: Proceedings,21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Klamouris, C.1; Böttger, G.1; Hübner, M.1;Dreschmann, M.1; Paulsson, K.1; Bett, A. W.;Kueng, T.1; Becker, J.1; Freude, W.1;Leuthold, J.1

»Optically Powered Platform with Mb/sTransmission over a Single Fiber«, in:Proceedings, 32nd European Conference onOptical Communication, Cannes, France,24.–28.9.2006, pp. 461–462(1: Universität Karlsruhe, Germany)

Köber, M.; Hermle, M.; Isenberg, J.; Kasemann, M.1; Cárdenes, H.; Warta, W.»Analysis of the Effects Caused by ParameterInhomogenity with a 2D Modelling Tool Basedon Circuit Simulation«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Kontermann, S.; Emanuel, G.; Benick, J.; Preu, R.; Willeke, G.»Characterisation of Silver Thick-Film ContactFormation on Textured Monocrystalline SiliconSolar Cells«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Koschikowski, J.; Rommel, M.; Wieghaus, M.;Rebmann, H.; Ebermeyer, M.; Hermle, M.»Solar Thermally Driven Membrane Distillationfor Small-Scale Desalination Plants«, in:Proceedings, Global Conference on RenewableEnergy Approaches for Desert Regions,Amman, Jordan, 18.–22.9.2006

Kramer, K.; Schüle, K.; Siems, T.; Schäfer, A.;Rommel, M.»Wirkungsgradmessungen von Prozesswärme-kollektoren bei Temperaturen bis 200 °C«,Tagungsband, 16. Symposium ThermischeSolarenergie, Bad Staffelstein, 17.–19.5.2006,pp. 191–196

Kray, D.; Schumann, M.; Eyer, A.; Willeke, G.;Kübler, R.1; Beinert, J.1; Kleer, G.1

»Solar Wafer Slicing with Loose and FixedGrains«, in: Proceedings, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM (1: Fraunhofer-Institut für WerkstoffmechanikIWM, Freiburg, Germany)

Kray, D.; Schumann, M.; Schultz, O.;Bergmann, M.; Ettle, P.; Rentsch, J.; Eyer, A.;Willeke, G.»Experimental Investigation of Wire SawingThin Multicrystalline Wafers«, in: Proceedings,21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Kuhn, T. »Solar control: Two New Systems and aGeneral Evaluation Method for Facades withVenetian Blinds or other Solar ControlSystems«, in: Tagungsband, Konferenz Bausim2006 der deutschen Sektion der InternationalBuilding Performance Simulation Association,Munich, Germany, 9.–11.10.2006, p. 108

Kuhn, T.»Thermischer und visueller Komfort –Leistungsmerkmale und Klassifizierung: Inhaltund Hintergründe zu den NormentwürfenprEN14500 und prEN14501«, in: Architekturund Sonnenschutz 9/2006, pp. 22–28

Létay, G.1; Hermle, M.; Bett, A. W. »Simulating Single-Junction GaAs Solar CellsIncluding Photon Recycling«, in: ProgressPhotovoltaic: Research Application 2006, to be published(1: Synopsys LLC, Zürich, Switzerland) Litterst, C.1; Eccarius, S.; Hebling, C.; Zengerle, R.1; Koltay, P.1

»Novel Structure for Passive CO2 Degassing inµDMFC«, in: Proceedings of 19th IEEEConference on Micro Electro MechanicalSystems (IEEE-MEMS); Istanbul, Turkey,22.–26.1.2006, pp. 102–105(1: Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Germany)

Löckenhoff, R.; Dibowski, G.1; Dimroth, F.;Meusel, M.2; van Riesen, S.; Bett, A. W.»1000 Sun, Compact Receiver Based onMonolithic Interconnected Modules (MIMS)«,in: Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM (1: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR), Bonn, Germany) (2: RWE Space Solar Power GmbH, Heilbronn,Germany)

Löckenhoff, R.; Wilde, J.; Dimroth, F.; »Approaches to Large Area III-V ConcentratorReceivers«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

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Fakten im Überblick

128–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Lokurlu, A.; Buck, R.; Henning, H.-M.; Dötsch, C.»Solarunterstützte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung – Hybridsysteme im Trend«, in: KILuft- und Kältetechnik, Vol. 9, Issue 2006, pp. 365–368

Mack, B.; Hermle, M.; Philipps, S.»Simulation of the Tunneling Current in HeavilyDoped Pn-Junctions«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Mette, A.; Schetter, C.; Wissen, D.1; Lust, S.1;Glunz, S.; Willeke, G.»Increasing the Efficiency of Screen-PrintedSolar Cells by Light-Induced Silver Plating«, in:Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM (1: Q-Cells AG, Thalheim, Germany)

Mette, A.; Emanuel, G.; Erath, D.; Preu, R.;Willeke, G.»High Efficiency on Large Area Screen PrintedSilicon Solar Cells and Contacting High SheetResistance Emitters Using Hotmelt Ink«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Mette, A.; Richter, P.; Glunz, S.; Willeke, G.»Novel Metal Technique for the front SideMetallization of Highly Efficient IndustrialSilicon Solar Cells«, in: Proceedings, 21st

European Photovoltaic Solar Energy Conference& Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Morin, G.; Platzer, W.; Eck, M.1; Uhlig, R.1;Häberle, A.2; Berger, M.2; Zarza, E.3

»Road Map Towards the Demonstration of aLinear Fresnel Collector Using a Single TubeReceiver«, in: Proceedings-CD, 13th Solar PacesInternational Symposium, Seville, Spain,20.–23.6.2006, CD-ROM(1: Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR), Stuttgart, Germany) (2: PSE GmbH Forschung EntwicklungMarketing, Freiburg, Germany) (3: Plataforma Solar de Almertía, PSA, Tabernas,Spain)

Motta, M.1; Aprile, M.1; Henning, H.-M. »Highly Efficient Solar Assisted Sorption Systemfor Airconditioning of Buildings«, in:Tagungsband 8. Internationales Symposium fürSonnenenergienutzung, Gleisdorf, Österreich,6.–8.9.2006; pp. 209–218(1: Departimento di Energetica, Politecnico diMilano,Italy)

Nytsch-Geusen, C.1; Ernst, T.1; Nordwig, A.1;Schwarz, P.2; Schneider, P.2; Vetter, M.;Wittwer, C.; Holm, A.3; Nouidui, T.3; Leopold, J.4; Schmidt, G.4; Mattes, A.5

»Advanced Modeling and Simulation Techni-ques in MOSILAB: A System Development CaseStudy«, in: Proceedings, 5th InternationalModelica Conference Wien, 3./4.10.2006(1: Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitekturund Softwaretechnik FIRST, Berlin, Germany) (2: Fraunhofer-Institut für IntegrierteSchaltungen IIS, Erlangen, Germany) (3: Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP,Stuttgart, Germany) (4: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinenund Umformtechnik IWU, Chemnitz, Germany)(5: Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagenund Konstruktionstechnik IPK, Berlin, Germany)

Nytsch-Geusen, C.1; Nordwig, A.1; Vetter, M.;Wittwer, C.; Nouidui, T.2; Schneider, P.3

»MOSILAB: Ein Modelica-Simulationswerkzeugzur energetischen Gebäude- und Anlagen-simulation«, in: Proceedings, OTTI Energie-Kolleg, 16. Symposium Thermische Solar-energie, Bad Staffelstein, Germany,17.–19.5.2006(1: Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitekturund Softwaretechnik FIRST, Berlin, Germany) (2: Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP,Stuttgart, Germany) (3: Fraunhofer-Institut für Integrierte Schal-tungen IIS, Erlangen, Germany)

Ortiz, B.»Can Carbon Credits Contribute to FinanceProjects for Rural Development«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, pp. 3061–3066

Ortiz, B.»Can Carbon Credits Contribute to FinanceProjects for Rural Development«, in:Proceedings, 3rd European Conference PV-HYBRID and MINI-GRID, Aix-en-Provence,France, 11.–12.5.2006, pp. 230–236

Pearsall, N.1; Scholz, H.2; Zdanowicz, T.3; Reise, C.»PV System Assessment in PERFORMANCE –towards Maximum System Output«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006(1: University of Northumbria, Newcastle,United Kingdom) (2: Institute for Environment and Sustainability,Ispra, Italy) (3: University of Technology, Wroclaw, Poland)

Pfafferott, J.; Herkel, S.; Kalz, D.; Zeuschner, A.»Comparison of Low-Energy Office Buildings inSummer Using Different Thermal ComfortCriteria«, in: Proceedings, NCEUB Network forComfort and Energy Use in Buildings, Windsor,United Kingdom, 27.–30.4.2006

Pfafferott, J.; Herkel, S.; Kalz, D.; Zeuschner, A.»Comparison of Low-Energy Office Buildings inSummer Using Different Thermal ComfortCriteria«, in: Proceedings, Healthy Buildings2006, Lisbon, Portugal, 4.–8.6.2006

Pfanner, N.; Roth, W.»Anwendungen – Photovoltaik in derBeleuchtungstechnik«, in: Tagungsband, OTTIEnergie-Kolleg, Fachseminar NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, Freiburg,Germany, 27./28.9.2006, pp. 317–386

Platzer, W.; Pitz-Paal, R.1

»Solarthermische Kraftwerke – EuropäischePotenziale kostengünstig erschließen«, in:Tagungsband, Jahrestagung 2006 desForschungsverbunds Sonnenenergie, Forschungund Innovation für eine nachhaltigeEnergieversorgung, Berlin, Germany21./22.9.2006 (1: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrte.V. DLR)

Preu, R.; Biro, D.; Rentsch, J.; Emanuel, G.;Grohe, A.; Hofmann, M.»The Status of Silicon Solar Cell ProductionTechnology Development at Fraunhofer ISE«,in: Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Reber, S.; Duerinckx, F.1; Alvarez, M.2; Garrard, B.3; Schulze, F. W.4

»EU Project SWEET on Epitaxial WaferEquivalents: Results and Future Topics ofInterest«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, , CD-ROM (1: IMEC Leuven, Belgium) (2: Aplicaciones Técnicas de la Energía, SL(ATERSA), Spain) (3: Crystalox Ltd., Wantage, United Kingdom) (4: PV Silicon AG, Erfurt, Germany)

Reise, C.; Ebert, G.; Köhl, M.; Herrmann, W.1;Stellbogen, D.2; Gabler, H.2; Pearsall, N.3;Gottschalg, R.4; de Moor, H.5; Despotou, E.6;Dunlop, E.7

»PERFORMANCE – a Science Base on PVPerformance for Increased Market Transparencyand Customer Confidence« in: Proceedings,21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM (1: TÜV Immisionsschutz und EnergiesystemeGmbH, Cologne, Germany) (2: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasser-stoff-Forschung (ZSW) Baden-Württemberg,Stuttgart, Germany) (3: University of Northumbria, Newcastle,United Kingdom) (4: Loughborough University, United Kingdom)(5: Energy Research Center (ECN), Solar Energy,Petten, The Netherlands) (6: European PV Industry Association, Brussels,Belgium) (7: European Commission, DG JRC, Ispra, Italy)

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Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–129

Fakten im Überblick

Rentsch, J.; Schultz, O.; Grohe, A.; Biro, D.;Preu, R.; Willeke, G.»Technology Route Towards IndustrialApplication of Rear Passivated Silicon SolarCells«, in: Proceedings, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Riede, M.1; Liehr, A.1; Glatthaar, M.1;Niggemann, M.1; Zimmermann, B.1; Ziegler, T.;Gombert, A.; Willeke, G.»Datamining and Analysis of the KeyParameters in Organic Solar Cells«, in:Proceedings, Photonics Europe, Strasbourg,France, 3.–7.4.2006 (1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

Roth, W.; Bryniok, D.1; Dobers, K.2; Eiband,A.2; Fuchs, D.3; Hauser, H.2; Sellmeier, C.3;Vielreicher, H.3; Wang, W.4

»BIKE - Bayerische Initiative zurKonsortialbildung für internationaleEntwicklungsprojekte«, in: Tagungsunterlagenzur Abschlussveranstaltung der BayerischenInitiative zur Konsortialbildung für internationa-le Entwicklungsprojekte, Munich, Germany,18.1.2006 (1: Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- undBioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart, Germany)(2:Fraunhofer-Institut für Materialfluss undLogistik IML, Dortmund und Priem amChiemsee, Germany)(3:Fraunhofer-Gesellschaft, European andInternational Business Development, Munich,Germany)(4: Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagenund Konstruktionstechnik IPK, Berlin, Germany)

Roth, W.»Netzferne Stromversorgung mit Photovoltaik –Einführung«, in: Tagungsband, OTTI Energie-Kolleg, Grundlagenworkshop NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, Freiburg,Germany, 26.9.2006, pp. 9–54

Roth, W.; Reise, Ch.»Grundlagen zur Nutzung der Sonnenenergie«,in: Tagungsband, OTTI Energie-Kolleg,Grundlagenworkshop NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, Freiburg,Germany, 26.9.2006, pp. 55–83

Roth, W.»Anwendungen – Industrieprodukte und tech-nische Einrichtungen«, in: Tagungsband, OTTIEnergie-Kolleg, Fachseminar NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, Freiburg,Germany, 27./28.9.2006, pp. 387–438

Schöne, J.; Dimroth, F.; Bett, A.; Tauzin, A.1;Jaussaud, C.1; Roussin, J.-C.1

»III-V Solar Cell Growth on Wafer-BondedGaAs/Si-Substrates«, in: Proceedings, IEEE 4th World Conference on Photovoltaic EnergyConversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006, CD-ROM (1: Commissariat à l´Energie Atomique (CEA),Grenoble, France)

Schmidt, H.; Burger, B.; Kiefer, K.»Welcher Wechselrichter für welcheModultechnologie?«, in: Tagungsband, OTTIEnergie-Kolleg, 21. Symposium PhotovoltaischeSolarenergie, Bad Staffelstein, Germany,8.–10.3.2006, pp. 220–225

Schmidt, H.; Roth, W.»Aufbau und Funktionsweise von Solarzelle,Modul und Solargenerator«, in: Tagungsband,OTTI Energie-Kolleg, GrundlagenworkshopNetzferne Stromversorgung mit Photovoltaik,Freiburg, Germany, 26.9.2006, pp. 85–137

Schmidt, H.; Burger, B.; Kiefer, K.»Welcher Wechselrichter für welche Dünn-schichttechnologie?«, in: Tagungsband, OTTIEnergie-Kolleg, Fachseminar Dünnschicht-Photovoltaikmodule, Freiburg, Germany,20.6.2006, pp. 57–84

Schmidt, H.»Elektromagnetische Verträglichkeit«, in:Tagungsband, OTTI Energie-Kolleg,Fachseminar Leistungselektronik für erneuerba-re Energiesysteme, Regenstauf, Germany,6./7.7.2006, pp. 199–228

Schmidt, H.; Kaiser, R.; Sauer, D.-U.1

»Batterien in netzfernen Stromversorgsan-lagen«, in: Tagungsband, OTTI Energie-Kolleg,Fachseminar Netzferne Stromversorgung mitPhotovoltaik, Freiburg, Germany,27./28.9.2006, pp. 59–116(1: RWTH Aachen, ISEA)

Schmidt, H.»Laderegler und Überwachungseinrichtungenfür Batterien in photovoltaischen Energiever-sorgungssystemen«, in: Tagungsband, OTTIEnergie-Kolleg, Fachseminar NetzferneStromversorgung mit Photovoltaik, Freiburg,Germany, 27./28.9.2006, pp. 117–138

Schmidt, H.»EMV-Messverfahren für PV und EMV-gerech-tes Schaltungsdesign«, in: Tagungsband, OTTIEnergie-Kolleg, Profiseminar EMV undBlitzschutz für Solaranlagen, Regensburg,Germany, 22./23.11.2006, pp. 35–64

Schönfelder, S.1; Bagdahn, J.1; Baumann, S.;Kray, D.; Mayer, K.; Willeke, G.; Becker, M.2;Christiansen, S.2

»Strength Characterization of Laser DicedSilicon for Application in Solar Industry«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM (1: Fraunhofer-Institut für WerkstoffmechanikIWM, Halle, Germany) (2: Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg,Germany)

Schubert, M.; Riepe, S.; Warta, W.»Spatially Resolved Trapping Detection andCorrelation with Material Quality inMulticrystalline Silicon«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Schultz, O.; Rentsch, J.; Grohe, A.; Glunz, S.;Willeke, G.»Dielectric Rear Surface Passivation forIndustrial Multicrystalline Silicon Solar Cells«,in: Proceedings, IEEE 4th World Conference onPhotovoltaic Energy Conversion, Waikoloa,Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Schultz, O.; Glunz, S.; Warta, W.; Preu, R.;Grohe, A.; Hermle, M.; Willeke, G.; Russel, R.1;Fernandey, J.1; Morilla; C.1; Bueno, R.1;Vincuería, I.1

»High-Efficiency Solar Cells with Laser-GroovedBuried Contact Front and Laser-Fired Rear forIndustrial Production«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM (1: BP Solar España, Poligono Industrial TresCantos, Madrid, Spain)

Schultz, O.; Glunz, S.; Riepe, S.; Willeke, G.»Gettering of Multicrystalline Silicon for High-Efficiency Solar Cells«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Sicre, B.»La Micro-Cogénération Bois: État de laTechnique et Perspectives«, in: Proceedings,Capteur 2006, Bourges, France,18./19.10.2006

Sicre, B.; Reynier, B.; Bühring, A.»La Maison Solaire ÉnergétiquementAutarcique de Fribourg-en-Brisgau: Retourd´Expérience et Conséquences sur les SystèmesÉnergétiques Actuels«, in: Proceedings,Capteur 2006, Bourges, France,18./19.10.2006

Siefer, G.; Bett, A. W.»Calibration of III-V Concentrator Cells andModules«, in: Proceedings, IEEE 4th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion,Waikoloa, Hawaii, USA, 7.–12.5.2006, CD-ROM

Siefer, G.; Bett, A. W.»Accelerated Indoor Aging Test Procedure forConcentrator Modules«, in: Proceedings, 21st European Photovoltaic Solar EnergyConference & Exhibition, Dresden, Germany,4.–8.9.2006, CD-ROM

Smolinka, T.; Grootjes, S.1; Mahlendorf, F.2;Hesselmann, J.; Makkus, R.1

»Prototype of a Reversible Fuel Cell System forAutonomous Power Supplies«, in: Proceedings,3rd European PV-Hybrid and Mini-GridConference, OTTI Energie-Kolleg, Aix-en-Provence, France, 11.–12.5.2006, pp. 131–136(1: Energy Research Center of the Netherlands(ECN), The Netherlands) (2: Universität Duisburg-Essen, Germany)

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Fakten im Überblick

130–Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006

Bücher und Beiträge zu Büchern

Hebling, C.»Brennstoffzellen für Portable Anwendungen«,in: Brennstoffzellen, Hrsg. Heinzel, A.; Roes, J.;Mahlendorff, F., Huethig Verlag (2006), pp. 105-119 ISBN 3-7880-7741-7

Kaiser, R.; Henning, H.-M; Schossig, P.»Energiespeicher« in: Technologieführer –Grundlagen, Anwendungen, Trends, Bullinger, H.-J. (ed.), Springer Verlag, 2006ISBN 3-540-33788-1

Ortiz, B.»Energiebedarf in ländlichen Gebieten Mexikosund die Verminderung von CO2-Emissionen«in: Ökologische Transformation derEnergiewirtschaft, Erfolgsbedingungen undRestriktionen, Hrsg: Dipl.-Pol. MischaBechberger, Dr. phil. Danyel Reiche, ErichSchmidt Verlag, 2006, Berlin, pp. 139-158,ISBN-13: 978 3 503 09303 7, ISBN-10: 3 503 09313 3, ISSN: 1438-5023

Reber, S.; Kieliba, T.; Bau, S.»Crystalline Silicon Thin-Film Solar Cells onForeign Substrates by High-TemperatureDeposition and Recrystallization« in: Thin-FilmSolar Cells: Fabrication, Characterization andApplications, Arkhipov, V.; Poortmans, J. (ed.),published by John Wiley and Sons, 2006, pp. 39-95.ISBN 0-470-09126-6

Strobl, G.1; Bergunde, T.1; Köstler, W.1; Kern, R.1; Meusel, M.1; LaRoche, G.1;Zimmermann, W.1; Dimroth, F.; Geens, W.2;Taylor, S.3 ; Fernandez, E.3; Gerlach, L.3;Signorini, C.3; Hey, G.4

»European Roadmap of Multijunction SolarCells and Qualification Status«, in: Proceedings,IEEE 4th World Conference on PhotovoltaicEnergy Conversion, Waikoloa, Hawaii, USA,7.–12.5.2006 (1: RWE Space Solar Power GmbH, Heilbronn,Germany) (2: Umicore, Olen, Belgium) (3: European Space Agency, ESA, Noordwijk,The Netherlands) (4: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR), Bonn, Germany)

Trassl, R.1; Ratschat, H.1; Daube, C.1; Wieder, S.1; Wolke, W.; Preu, R.»Successful Market Entry of Applied Materials´ATON (TM) System for sputtered SiN:H«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM (1: Applied Materials GmbH & Co. KG,Alzenau, Germany)

Vogt, A.; Peharz, G.; Jaus, J.; Bösch, A.; »Degradation Studies on Flatcon Modules andAssemblies«, in: Proceedings, 21st EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference &Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM

Volz, K.1; Lackner, D.1; Rubel, O.1; Stolz, W.1;Baur, C.; Dimroth, F.; Müller, S.; Bett, A.»Improving the Material Quality of MOVPEGrown (GaIn) (NAs)«, in: Proceedings, 21st

European Photovoltaic Solar Energy Conference& Exhibition, Dresden, Germany, 4.–8.9.2006,CD-ROM (1: Materialforschungzentrum und PhysikalischeFakultät, Phillips Universität, Marburg,Germany)

Voyer, C.; Biro, D.; Wagner, K.; Benick, J.; Preu, R.»Fabrication of Textured Solar Cells UsingSprayed Phosporic Acid as the Dopant Sourcefor the In-Line Emitter Diffusion«, in:Proceedings, 21st European Photovoltaic SolarEnergy Conference & Exhibition, Dresden,Germany, 4.–8.9.2006, CD-ROM

Walze, G.; Gombert, A.; Nitz, P.; Blaesi, B.»Rigorous Validation of the Lateral Goos-Hänchen Shift in Microstructured Sun ShadingSystems«, in: Proceedings, Photonics Europe,Strasbourg, France, 3.–7.4.2006

Welser, E.; Dimroth, F.; Ohm, A.; Guter, W.;Siefer, G.; Schöne, J.; Polchroniadis, E.K.1

»Lattice-Matched GaInAsSb on GaSb for TPVCells«, in: Proceedings, 7th WorldThermophotovoltaic Generation of Electricity(TPV) Conference, Madrid, Spain,25.–27.9.2006(1: Aristotle University of Thessanoliki, Greece)

Wiemken, E.; Henning, H.-M.»Solar Assisted Air-Conditioning in the Frameof the German Solarthermie 2000PlusProgramme«, in: Proceedings, The SustainableMobility Challenge at the National Congress ofthe Italian Thermotechnical Association (ATI),University of Perugia, Italy, 14.9.2006

Wilson, H. R.»High-Performance Glazing«, in: Proceedings,ISES International Summer Workshop Solar-Low-Energy Housing in Europe, Freiburg,Germany, 11.–19.8.2006

Wittwer, C.; Becker, R.»Modellbasierte Ertragskontrolle von PV-An-lagen in Gebäuden«, in: Tagungs-CD, Inter-nationales Kolloquium über Anwendungen inder Informatik und Mathematik in der Archi-tektur, Universität Weimar, Germany, 12.–14.7.2006

Yu, H.1; Ziegler, C.»Transcient Behaviour of a Proton ExchangeMembrane Fuel Cell under Dry Operation«, in:Journal of the Electrochemical Society JES(1: Dalian Institute of Chemical Physics, ChineseAcademy of Sciences, Dalian, China)

Zacharias, P.; Schmid, J.1; Schweizer-Ries, P.2; Ortiz, B.; Vetter, M.»Export erneuerbare Energietechniken –Ländliche Elektrifizierung«, in: Tagungsband zurJahrestagung des ForschungsVerbundsSonnenenergie Forschung und Innovation füreine nachhaltige Energieversorgung,21.–22.09.2006(1: Institut für Solare Energietechnik ISET,Kassel, Germany) (2: Universität Magdeburg, Germany)

Zastrow, A.»The Evaluation of Photocatalytic Activity:Measurement Techniques and StandardisationTools for a New Range of Products and RapidlyGrowing Industry«, in: Tagungsband, DECHEMA, Frankfurt, Germany, 15.–19.5.2005

Zimmermann, B.1; Glatthaar, M.1; Niggemann, M.1; Riede, M.1; Hinsch, A.;Gombert, A.»ITO-Free Anode Wrap Through Organic SolarCells – a Module Concept for Cost EfficientReel to Reel Production«, in: Solar Energy:Materials and Solar Cells(1: Freiburger Materialforschungszentrum FMF,Freiburg, Germany)

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Fakten im ÜberblickDie Fraunhofer-Gesellschaft

Forschung für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunhofer-Gesellschaft.Die 1949 gegründete Forschungsorganisation betreibt anwendungsorientierteForschung für die Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartnerund Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunternehmen sowie dieöffentliche Hand. Im Auftrag von Ministerien und Behörden des Bundes undder Länder werden zukunftsrelevante Forschungsprojekte durchgeführt, diezu Innovationen im öffentlichen Nachfragebereich und in der Wirtschaft beitragen.

Die Wirkung der angewandten Forschung geht über den direkten Nutzen fürdie Kunden hinaus: Mit ihrer Forschungs- und Entwicklungsarbeit tragen dieFraunhofer-Institute zur Wettbewerbsfähigkeit der Region, Deutschlands undEuropas bei. Sie fördern Innovationen, stärken die technologische Weiterent-wicklung, verbessern die Akzeptanz moderner Technik und sorgen auch fürInformation und Weiterbildung des dringend benötigten wissenschaftlich-tech-nischen Nachwuchses.

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet die Fraunhofer-Gesellschaft dieMöglichkeit zur fachlichen und persönlichen Entwicklung für anspruchsvollePositionen in ihren Instituten, in anderen Bereichen der Wissenschaft, inWirtschaft und Gesellschaft. Studentinnen und Studenten an Fraunhofer-Instituten eröffnen sich wegen der praxisnahen Ausbildung und Erfahrung her-vorragende Einstiegs- und Entwicklungschancen in Unternehmen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt derzeit mehr als 80 Forschungseinrich-tungen, davon 56 Institute, an 40 Standorten in ganz Deutschland. 12 500Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit natur- oder ingenieurwissen-schaftlicher Ausbildung, bearbeiten das jährliche Forschungsvolumen von1,2 Milliarden €. Davon fallen mehr als 1 Milliarde € auf den LeistungsbereichVertragsforschung. Zwei Drittel dieses Leistungsbereichs erwirtschaftet dieFraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlichfinanzierten Forschungsprojekten. Nur ein Drittel wird von Bund und Ländernals Grundfinanzierung beigesteuert, damit die Institute Problemlösungen erar-beiten können, die erst in fünf oder zehn Jahren für Wirtschaft und Gesellschaftaktuell werden.

Niederlassungen in Europa, in den USA und in Asien sorgen für Kontakt zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts- undWirtschaftsräumen.

Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer (1787–1826), der als Forscher,Erfinder und Unternehmer gleichermaßen erfolgreich war.

Fraunhofer ISE Jahresbericht 2006–131

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Gestaltung und Druckwww.netsyn.de Joachim Würger, Freiburg

Anschrift der Redaktion Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISEPresse und Public RelationsHeidenhofstr. 279110 FreiburgTel. +49 (0) 761/45 88-51 50Fax. +49 (0) 761/45 88-93 [email protected]

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