Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2002

Integration eines Brennstoffzellensystems in einen Laptop.Prototyp-Entwicklung des Fraunhofer ISE mit CEM CleanEnergy Technologies Inc. und LG-Caltex Oil, Korea. DerZellstapel besteht aus 27 aufeinander gestapelten Einzel-zellen, ein hocheffizienter Spannungswandler (97%) sorgt für die genau benötigte Ausgangsspannung (Beitrag S. 56).

Räumliche Verteilung der Lebensdauer von Minoritätsladungs-trägern einer 100 x 100 mm2 großen multikristallinen Silicium-scheibe, gemessen mit Carrier Density Imaging (CDI). Mithilfeeiner im mittleren Infrarot arbeitenden Digitalkamera konntedie Zeit für die Aufnahme von Lebensdauerbildern mit guterOrtsauflösung auf wenige Sekunden (bisher Stunden) reduziertwerden. Dadurch wird ein industrieller Einsatz dieser Mess-technik zur Prozesskontrolle bei der Solarzellenherstellungmöglich (Beitrag S. 43).

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Mikrostruktur fürDachverglasungen. Die Struktur reflektiert direktes Sonnenlicht(gelb) und transmittiert diffuses Himmelslicht (blau). In die Ver-glasung integriert, schützt sie vor Überhitzung und versorgtden Raum mit Tageslicht (Beitrag S. 20).

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 Systeme, Komponen-ten, Materialien und Verfahren in den Geschäfts-feldern: Gebäude und technische Gebäudeaus-rüstung, Solarzellen, Netzunabhängige Strom-versorgungen, Regenerative Stromerzeugung imNetzverbund und Wasserstofftechnologie.

Die Arbeit des Instituts reicht von der Erfor-schung der naturwissenschaftlichen Grundlagender Solarenergienutzung über die Entwicklungvon Produktionstechniken und Prototypen bis hinzur Ausführung von Demonstrationsanlagen. DasInstitut plant, berät und stellt Know-how undtechnische Ausrüstung für Dienstleistungen zurVerfügung.

Vorwort 4

Das Institut im Profil- Kurzporträt 6- Forschungs- und

Dienstleistungsangebot 6- Interne Organisationsstruktur 7

Das Institut in Zahlen 8

Höhepunkte des Jahres 2002 9

Kunden und Auftraggeber 10

Internationale Kooperationen 12

Kuratorium 14

Inhalt

2 Fraunhofer ISE 2002

Geschäftsfelder

Gebäude und technischeGebäudeausrüstung 16- Entwicklung von Sonnenschutz-

Verglasungen mit optisch funktionalen Mikrostrukturen 20

- Entwicklung von industriell vorge-fertigten Kompaktbaugruppen für große solarthermische Anlagen 23

- Anforderungen an Rohrverbindungs-techniken im Solarkreis von thermischenSolaranlagen 24

- Mikroverkapselte Phasenwechsel-materialien in Wandverbundsystemen 25

- Sorptionsgestützte Klimatisierung für mediterranes Klima in Kombination mit Kraft-Wärme-Kopplung 26

- Entwicklung eines neuartigen, modularen Solarluftkollektors 27

- Demonstration und energetische Bewertung innovativer Fassaden 28

- Entwicklung von Sonnenschutzsystemen 29- Solares Bauen – Wohnhäuser 30- Integration von PV-Anlagen in Gebäude 31- Solares Bauen – Gewerbliche Bauten 32

Solarzellen 34- Neuartige und hocheffiziente Solar-

zellenstrukturen für kristallines Silicium 38- Waferäquivalente aus dünnen

kristallinen Siliciumschichten 39- III-V Weltraum- und Konzentrator-

Solarzellen 40- Lebensdauerspektroskopie zur

Analyse von Defekten in Silicium 42- Analyse örtlich verteilter Verluste

in Silicium-Solarzellen 43- Kontaminationsarmer Transport für

die industrielle Hochtemperaturpro-zessierung von Silicium-Solarzellen 44

- Labor- und Servicecenter Gelsenkirchen 45- Farbstoffsolarzellen 46- Organische Solarzellen 47

Fraunhofer ISE 2002 3

Netzunabhängige Stromversorgungen 48- Ergonomische Kommunikations-Schnitt-

stelle für PV-Systeme am Beispiel eines Displays für Prepayment-Systeme 52

- Exportoffensive zu Produkten und Dienstleistungen für die ländliche Elektrifizierung 53

- Erfahrungen aus zehn Jahren ländlicher Elektrifizierung für Unternehmen nutzbar machen 54

- Neue Ladeverfahren für Batterien in autonomen Stromversorgungen 55

- Mikroenergietechnik 56

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund 58- Stromnetze mit hohem Anteil

fluktuierender erneuerbarer Energien 62- Elektronikentwicklung 64- Malaysia: Netzgekoppelte Photovoltaik

in Südostasien 66- Solarthermische Stromerzeugung 67- Photovoltaik – Sicherheitsaspekte 68- Satellitendaten für Qualitätssicherung

und Betriebsführung 69

Wasserstofftechnologie 70- Brennstoffzellen im Reformatgas-

Betrieb – Optimierung von Betriebs- führung und Komponenten 74

- Reformer gehen in die Luft – Effiziente Stromversorgung in Flugzeugen 75

- Auswahl von Katalysatoren für die Gasprozesstechnik 76

- Flache Mikrobrennstoffzelle 78- Regelung und Simulation von

Brennstoffzellen 79

Servicebereiche 80- ISE CalLab: Kalibrieren von Solarzellen

und Modulen 84- Prüfzentrum für Thermische Solar-

anlagen (PZTS) 85- Teststand für Solare Sorptionsgestützte

Klimatisierungsanlagen (SSGKTEST) 86- Vermessung von Fassaden und

transparenten Bauteilen 87- Gebäudekonzepte und Simulation 88- Charakterisierung von Wechselrichtern 89- Qualifizieren und Optimieren von DC-

Komponenten für Photovoltaik-Systeme 90

Fakten im Überblick

Gastwissenschaftler 92

Mitarbeit in Gremien 92

Vom Institut (mit-)organisierteKongresse, Tagungen undSeminare 93

Vorlesungen und Seminare 94

Messebeteiligungen 94

Patente 94

Promotionen 95

Pressearbeit 95

Vorträge 96

Veröffentlichungen 98

Abkürzungen 104

Impressum 105

Der vorliegende Jahresbericht unseres Instituts istder erste, der nach Geschäftsfeldern strukturiertist. In den letzten zwei Jahren haben wir amFraunhofer ISE eine professionelle Strategie-planung aufgebaut, die es gestattet, unsereArbeit noch fokussierter auf unseren F&E Markthin auszurichten. Dieser Markt bildet sich für unsnunmehr in fünf Geschäftsfeldern ab:

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung,Solarzellen, Netzunabhängige Stromversorgungen,Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund,Wasserstofftechnologie.

Entlang dieser Geschäftsfeldstruktur wollen wirin Zukunft unser Marketing im F&E- undDienstleistungsbereich ausrichten, unsereAußendarstellung betreiben und vor allem einezielgerichtete kontinuierliche forschungs- undtechnologiebezogene Strategieplanung realisie-ren. Parallel zu den Geschäftsfeldern haben wiraber unsere bewährte Abteilungsstruktur ohneAbstriche beibehalten. In den Abteilungen findetdie konkrete Strukturierung unserer wissen-schaftlichen Arbeit und die Organisation desLaborbetriebs statt. Darüber hinaus – und ganzwichtig für ein größeres Forschungsinstitut –stellen die Abteilungen die kleinskaligere»Heimat« für unsere Mitarbeiterinnen undMitarbeiter dar. Dieses zweigleisige System vonAbteilungen und Geschäftsfeldern hat sich trotzseiner komplexeren Struktur am Fraunhofer ISEbewährt, wir werden es in Zukunft beibehalten.

Das Fraunhofer ISE ist auch 2002 wieder merk-lich gewachsen: Im Personalbereich um etwa10%. Da unser Institutsneubau bereits zum

4–Fraunhofer ISE 2002

Zeitpunkt unseres Einzugs 2001 für das gesamteInstitut zu klein war, hätte dieses erneuteWachstum sehr leicht zu großen räumlichenProblemen führen können. Erfreulicherweisegelang es uns aber, mit tatkräftiger Unter-stützung der Fraunhofer-Zentrale, auf dergegenüberliegenden Straßenseite unseresNeubaus ein 6 000 m2 großes Grundstück miteinigen Gebäuden in Erbpacht zu mieten. Wirwollen diese Flächen in den kommenden Jahrenauch dazu nutzen, um in der Produktionstech-nologie auf den Feldern optische Beschich-tungen, mikrostrukturierte Oberflächen undSolarzellen zu expandieren.

Eine Komponente des personellen Wachstumsunseres Instituts lag im Bereich Doktoranden undDiplomanden. Wir bilden derzeit 47 Diploman-den von Fachhochschulen und Universitäten ausund werden durch 48 Doktoranden in unserenForschungsarbeiten unterstützt. Dies zeigt zumeinen die wissenschaftliche und technologischeAttraktivität des Instituts, zum anderen reflektiertdies aber auch unser Engagement in der akade-mischen Lehre. Elf Wissenschaftler unseresInstituts lehren zur Zeit an Universitäten undFachhochschulen (siehe Seite 94 diesesJahresberichtes).

Wie in den letzten Jahren können wir auch die-ses Jahr stolz berichten, dass ein leitenderWissenschaftler des Fraunhofer ISE einen Ruf aufeine Professur erhielt. Herr Dr. Karsten Voss wirdAnfang 2003 eine Professur an der BergischenUniversität Wuppertal im Bereich Bauphysik undTechnische Gebäudeausrüstung übernehmen. Ichmöchte Herrn Voss im Namen des ganzenInstituts auch an dieser Stelle herzlich gratulieren

Fraunhofer ISE 2002–5

und ihm für das in vielen Jahren für das InstitutGeleistete nachdrücklich danken. Nachfolger vonHerrn Voss im Bereich Solares Bauen wird einengagierter und erfahrener Wissenschaftler desFraunhofer ISE: Herr Sebastian Herkel.

Wie bereits im letzten Jahresbericht angekün-digt, hat Herr Dr. Tim Meyer zum 1. Januar 2002die Leitung der Abteilung »Elektrische Energie-systeme« übernommen. Unter seiner Leitungsind im Jahr 2002 wesentliche Schärfungen desAbteilungsprofils vor allem in den BereichenElektronik, verteilte Stromerzeugung und auto-nome Stromversorgungssysteme erfolgt.

Allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern unseresInstituts danke ich an dieser Stelle für die kreati-ve, hoch motivierte und erfolgreiche Arbeit.Einige besonders hervorstechende Ergebnisse dergemeinsamen Anstrengungen sind auf Seite 9dieses Jahresberichts herausgehoben. Der enga-gierte Einsatz der Menschen unseres Instituts fürdie technische Nutzung der Sonnenenergie unddas Fraunhofer ISE verdient uneingeschränkteBewunderung. Mein besonderer Dank gilt unse-ren Auftraggebern in Industrie, Ministerien undEuropäischer Union, die durch ihr Interesse undihr Vertrauen unsere Arbeit erst ermöglichten.

Prof. Joachim Luther

Seit März 2001 ist das Fraunhofer ISEzertifiziert nach DIN EN ISO 9001:2000

Das Qualitätsmanagement wurde eingeführt mitdem Ziel einer optimierten und transparentenOrganisation der Projekt- und Forschungsarbeit.Die positive Resonanz insbesondere im Rahmender internationalen Akquisitionsbemühungenbestätigt das Institut in dieser Maßnahme.

Kurzporträt

Die Forschung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE schafft technischeVoraussetzungen für eine effiziente und um-weltfreundliche Energieversorgung, sowohl inIndustrieländern als auch in Schwellen- undEntwicklungsländern. Dazu entwickelt dasInstitut Materialien, Komponenten, Systeme und Verfahren in den Geschäftsfeldern: Gebäudeund technische Gebäudeausrüstung, Solarzellen,Netzunabhängige Stromversorgungen, Regener-ative Stromerzeugung im Netzverbund undWasserstofftechnologie.

Die Arbeit des Instituts reicht von der Erfor-schung der naturwissenschaftlich-technischenGrundlagen der Solarenergienutzung über dieEntwicklung von Produktionstechniken undPrototypen bis hin zur Ausführung von Demon-strationsanlagen. Das Institut plant, berät undstellt Know-how sowie technische Ausrüstungfür Dienstleistungen zur Verfügung.

Das Institut ist in ein Netz von nationalen undinternationalen Kooperationen eingebunden, esist u.a. Mitglied des Forschungsverbunds Son-nenenergie und der European Renewable EnergyCenters (EUREC) Agency. Besonders eng ist dieZusammenarbeit mit der Albert-Ludwigs-Univer-sität Freiburg.

Forschungs- und Dienstleistungsangebot

Das Fraunhofer-Institut für Solare EnergiesystemeISE ist Mitglied der Fraunhofer-Gesellschaft, einerNon-profit-Organisation, die sich als Mittler zwi-schen universitärer Grundlagenforschung und in-dustrieller Praxis versteht. Es finanziert sich zuüber 80% durch Aufträge in den Bereichenangewandte Forschung, Entwicklung und Hoch-technologie-Dienstleistungen. Ob mehrjährigesGroßprojekt oder Kurzberatung, kennzeichnendfür die Arbeitsweise ist der Praxisbezug und dieOrientierung am Kundennutzen.


Das Institut im Profil

Interne Organisationsstruktur des Fraunhofer ISE


Das Institut im Profil

Institutsleitung Prof. Joachim Luther

Stellvertretende Institutsleitung Priv. Doz. Dr. Volker Wittwer

Abteilungen Thermische und Optische Systeme +49 (0) 7 61/45 88-51 43Priv. Doz. Dr. Volker WittwerEnergietechnik +49 (0) 7 61/45 88-51 95Dr. Christopher HeblingSolarzellen - Werkstoffe und Technologie +49 (0) 7 61/45 88-52 66Priv. Doz. Dr. Gerhard WillekeElektrische Energiesysteme +49 (0) 7 61/45 88-52 16Dr. Tim Meyer

Kaufmännische und Dipl.-Kfm. Wolfgang Wissler +49 (0) 7 61/45 88-53 50Technische DienstePresse und Public Relations Karin Schneider M.A. +49 (0) 7 61/45 88-51 47

Strategieplanung Dr. Carsten Agert +49 (0) 7 61/45 88-53 46

Die Organisationsstruktur des Fraunhofer ISE hat seit dem Jahr 2002 zwei parallele, sich wechselseitig ergänzende Hauptkomponenten: Abteilungen und Geschäftsfelder. F&E Marketing, die Außendarstellung des Instituts und vor allem unsere Strategieplanungsind entlang der fünf Geschäftsfelder des Instituts strukturiert. Die vier wissenschaftlichenAbteilungen sind für die konkrete Arbeitsorganisation und den Laborbetrieb entscheidend.Die meisten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus den Bereichen Wissenschaft und Technikhaben ihre Basis in den einzelnen Abteilungen. Das Bild oben zeigt die Leiter der wissen-schaftlichen Abteilungen und den Institutsleiter des Fraunhofer ISE. Von links nach rechts:Tim Meyer, Gerhard Willeke, Joachim Luther, Christopher Hebling und Volker Wittwer.


Kosten

Erträge

Das Institut in Zahlen

Neue Reihe Nr. 16

Neue Reihe Nr. 17

Neue Reihe Nr. 18

Neue Reihe Nr. 19

Neue Reihe Nr 20

1999 2000 2001 2002(vorl.)

0

5

10

15

20

0

Mio Euro

� Bund/Länder � Industrie� EU� Sonstige� Institutionelle Förderung

Neue Reihe Nr. 14

Neue Reihe Nr. 15

1999 2000 2001 2002(plan)

2000(plan)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

0

� Sonstige� Befristete Stellen (BAT)� Unbefristete Stellen (BAT)

Personalentwicklung

Eine wichtige Stütze des Instituts sind die »sonstigen« Mitarbeiter, welche die Arbeit inden Forschungsprojekten unterstützen und sowesentlich zu den erzielten wissenschaftlichenErgebnissen beitragen. Im Dezember 2002waren dies 48 Doktoranden, 47 Diplomanden, 22 Praktikanten, 7 Auszubildende sowie 87 wis-senschaftliche und 6 weitere Hilfskräfte. DasFraunhofer ISE leistet auf diese Weise einenwichtigen Beitrag zur Ausbildung.

Zusätzlich zu den in der Grafik angegebenenAusgaben tätigte das Institut im Jahr 2002Investitionen in Höhe von 4,4 Mio Euro.

Institutionelle Förderung

Sonstige

Industrie

Bund/Länder

1999 2000 2001 2002(vorl.)

0

5

10

15

20

0

Mio Euro

� Sachkosten � Sonstiges Personal� Eigenes Personal

*

* ohne umzugsbedingte Personal- und Sachkosten

* ohne Finanzmittel für umzugsbedingtenPersonal- und Sachaufwand 2001

* ohne umzugsbedingten Personal- und Sachaufwand

*


Forschung und Entwicklung

- Mikro-Compound Parabolic Concentrators (CPC) als effektive Sonnenschutzsysteme erstmals photolithographisch hergestellt

- Mikrostrukturierte Prismensysteme kombiniert mit gaschromen Schichten als effektives semitransparentes Blend- und Sonnen- schutzsystem erfolgreich demonstriert

- Putze mit integrierten mikroverkapselten Paraffinen als wärmespeicherndes Baumaterial für klimaanlagenfreie Gebäude marktreif entwickelt

- Wirkungsgrad von Großkollektoranlagen durchneue Pumpeneinheiten, die von simulations- basierter Regelung gesteuert werden, verbessert

- Kleine Lüftungskompaktgeräte erweisen sich im Feldtest als exzellente Technik zur Wärmeversorgung von Solar-Passivhäusern

- Laser-unterstütztes Verfahren reduziert Prozesszeit für Rückseitenkontakte bei Si-Hocheffizienzsolarzellen auf 1 s

- Siebdruck-Solarzellenprozess mit 15% Wirkungsgrad erfolgreich auf großen multi-kristallinen Si-Scheiben etabliert

- 70 µm dünne Wafer mit konventionellen Verfahren zu 20.5% effizienten Solarzellen prozessiert

- 5 x 5 cm2 große Waferäquivalent-Dünnschicht-solarzelle mit 13% Wirkungsgrad auf direkt- epitaxiertem p++ Cz-Wafer mit einfachem Industrieprozess hergestellt

- Wärmebildkamera und Lock-In-Technik beschleunigen Charakterisierung kristalliner Siliciumwafer um mehr als das 100-fache

- Laborfertigungsanlage für langzeit-versiegelte Farbstoffsolarzellen-Module bis 30 x 30 cm2

aufgebaut - Organische Testsolarzellen (0,5 cm2) erreichen

2% Wirkungsgrad - Neue Schaltungstopologie für Wechselrichter

(HERIC® Highly Efficient and Reliable Inverter Concept) mit bis zu 96,5% Wirkungsgrad erfolgreich demonstriert

- Reformer für ein stationäres Brennstoff-zellenheizgerät zur Kogeneration von Strom und Wärme aus Erdgas entwickelt und realisiert

Höhepunkte des Jahres 2002

- 50 W Mikrobrennstoffzellen-System zur Versorgung eines Laptops entwickelt und vollständig in das Akkufach integriert

- Flaches Brennstoffzellen-System (50 W) inklusive Leistungsaufbereitung für die Integration hinter das Display eines Laptops entwickelt

- Methanol-Brennstoffzelle mit einer Leistungsdichte von 35 mW/cm2 bei Umgebungsbedingungen entwickelt

- Vollautomatisierter Druckelektrolyseur mit einer Leistung von 2 kW erfolgreich entwickeltund realisiert

- Benzin-Reformer für den mobilen Einsatz entwickelt

Rufe, Ernennungen, Preise

Herr Dr. Karsten Voss hat den Ruf auf eine C3Professur an die Bergische Universität Wuppertal,Lehrstuhl für Bauphysik und TechnischeGebäudeausrüstung, angenommen.

Im Wettbewerb »Innovationspreis Brennstoffzelle2002« erhielt Herr Dr. Christopher Hebling den»f-cell award in Bronze« für den Beitrag »Minia-turisiertes PEM-Brennstoffzellen-System zurStromversorgung eines digitalen Camcorders«.Die Entwicklung des Mini-Brennstoffzellen-Systems für den Camcorder steht im Zentrumder Arbeiten der Fraunhofer-Initiative Mikro-brennstoffzellen.

Herr Thomas Werber erhielt am 22.11.2002 dieEhrenplakette der Fachhochschule Aachen fürseine Diplomarbeit »Konstruktion, Aufbau undInbetriebnahme eines Reformers zur Wasser-stofferzeugung für PEM-Brennstoffzellen«.

Herr Priv. Doz. Dr. Gerhard Willeke ist seit11.10.2002 assoziiertes Mitglied im FreiburgerMaterialforschungszentrum FMF der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.

Das Fraunhofer ISE wurde als einer von fünf»Finalists« für die Endrunde um den »WorldTechnology Network Award for Energy 2002«nominiert, der am 23.7.2002 in New York vergeben wurde.

Kunden und Auftraggeber

Das Fraunhofer-Institut für Solare EnergiesystemeISE arbeitet seit Jahren mit Auftraggebern vielerBranchen und Unternehmensgrößen erfolgreichzusammen.

Kunden, die einer Nennung zugestimmt haben:

- ACR GmbH, Niedereschach- Adam Opel AG- Aixtron GmbH, Aachen- Akkumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH

(Exide German Group), Büdingen- Ambient Recording, München- Ansaldo, Genua, Italien- Applied Films, Alzenau - AstroPower Inc., Newark, USA- Autotype Ltd., Wantage, UK- Badenova AG, Freiburg- BASF AG, Ludwigshafen- Bau Info Center Lüftungstechnik, ein

Unternehmensbereich der Schwörer Haus KG, Hohenstein

- Bayer AG, Krefeld-Uerdingen- Beratung für Batterien und Energietechnik

BBE, Osterode- Bess Europe, Zulte, Belgien- British Petroleum BP Solar International,

Sunbury, UK- Bug-Alu Technik AG, Kennelbach, Österreich- Bundesministerium für Bildung und Forschung

BMBF, Berlin- Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz

und Reaktorsicherheit BMU, Bonn- Bundesministerium für Wirtschaft und

Technologie BMWi, Berlin- Bundesverband Leichtbetonzuschlag-Industrie

e.V., Stuttgart- Caparol Farben, Lacke, Bautenschutz, Ober-

Ramstadt- Centrotherm GmbH, Blaubeuren- Club zur ländlichen Elektrifizierung, C.L.E.,

Freiburg- Creavis GmbH, Marl- Daimler-Chrysler AG, Stuttgart- Degussa-Hüls AG, Hanau- DETA Batterien, Bad Lauterberg

- Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück- Deutsche Everlite GmbH, Wertheim (Main)- Deutsche Gesellschaft für Technische

Zusammenarbeit GmbH GTZ, Eschborn- Deutsche Solar GmbH, Freiberg- Deutscher Alpenverein DAV, München- E.ON, Hannover und München- Econzept Energieplanung GmbH, Freiburg- EDAG Engineering + Design AG, Fulda- Eichhorn, Thanhoffer & Thanhoffer OEG - ETT,

Wien, Österreich- EKRA Maschinenfabrik GmbH, Bönnigheim- Energie Baden-Württemberg AG, EnBW,

Karlsruhe- Epichem Ltd., Merseyside, UK- Ersol AG, Erfurt- Europäische Union, EU, Brüssel, Belgien- Flabeg Holding GmbH, Gelsenkirchen- Flughafen Köln/Bonn GmbH- Ford AG, Köln- Fresnel Optics GmbH, Apolda- G+H Isover, Ladenburg- Gebäudemanagement Schleswig-Holstein

(GMSH), Kiel- Grammer KG, Amberg- GreenONEtec, Ebenthal, Österreich- Greenpeace Deutschland, Hamburg- Grundwert Verwaltungs- und

Projektentwicklungs-GmbH (GVP), Frankfurt- H.C. Starck Ceramics GmbH & Co.KG, Selb- Hagen Batterie AG (Exide German Group),

Soest- Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG,

Kleinostheim - Hochbauamt der Stadt Mannheim, Mannheim- Hüppe Form, Oldenburg- IBC Solartechnik, Staffelstein- Institutt for energieteknikk – Norges inter-

natsjonale energiinstitutt IFE, Kjeller, Norwegen

- Instituto de Energía Solar IES, Madrid, Spanien- Interoptix Inc., San Jose, USA


Kunden und Auftraggeber


- Interpane E&B mbH Co. KG, Lauenförde- Kostal GmbH + Co. KG, Dortmund- Liebherr Aerospace AG, Lindenberg- M + W Zander GmbH, Stuttgart- Maico Haustechnik, Villingen-Schwenningen- Master Flex AG, Gelsenkirchen- Maxit Baustoff- und Kalkwerk Mathis GmbH,

Merdingen- Merck KGaA, Darmstadt- Messer Mahler IGS, Stuttgart- MHH Solartechnik GmbH, Tübingen- MHZ-Hachtel, Leinfelden-Echterdingen- Ministerium für Wissenschaft und Forschung,

Baden-Württemberg, Stuttgart- Moonlight, Wehr- MVV Energie AG, Mannheim- Okalux Kapillarglas GmbH, Marktheidenfeld- OMG AG, Hanau- Philips Medical Systems DMC GmbH, Hamburg- Prof. Michael Lange, Berlin- Prokuwa Kunststoff GmbH, Dortmund- PV Silicon AG, Erfurt- RENA Sondermaschinen GmbH, Gütenbach- Resol Elektronische Regelungen GmbH,

Hattingen- Robert Bosch GmbH, Stuttgart- Roth + Rau AG, Wüstenbrand- RWE Power AG, Essen- RWE Solar GmbH, Alzenau- RWE Space Solar Power GmbH, Heilbronn- RWTH Aachen, Aachen - Saint Gobain G+H Isover, Ladenburg- Saint Gobain Glass, Herzogenrath- Schott Rohrglas GmbH, Mitterteich- Siemens & Shell Solar Deutschland GmbH,

München- Solar World, Bonn- Solar-Application GmbH, Freiburg - Solarenergieförderverein Bayern e.V., München- Solar-Fabrik GmbH, Freiburg- Solvis GmbH, Braunschweig- Sorpetaler Objekte GmbH, Sundern-Hagen

- Stadtwerke Karlsruhe, Karlsruhe- Steca GmbH, Memmingen- Stiftung Energieforschung Land Baden-

Württemberg, Stuttgart- Sto AG, Stühlingen- Süd-Chemie AG, München - Südwestrundfunk, Landesstudio Mainz- Sunways, Konstanz- Suptina Grieshaber, Schapbach- Trama Tecno Ambiental, Barcelona, Spanien- Transénergie, Lyon, Frankreich- Truma AG, München- TRUMPF Laser GmbH & Co. KG, Schramberg- Universitätsklinikum, Freiburg- University of New South Wales, Centre for

Third Generation Photovoltaics, Sydney, Australien

- Vegla GmbH, Aachen- Velux A/S, Vedbaek, Dänemark- Viega GmbH Co. KG, Attendorn- Wagner & Co., Cölbe- Warema Renkhoff GmbH, Marktheidenfeld- Webasto AG, München- Weltbank, Washington, USA- Wilo GmbH, Dortmund- Wirtschaftsministerium Nordrhein-Westfalen- Würth Solar GmbH & Co. KG., Marbach am

Neckar - Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-

Forschung ZSW, Stuttgart/Ulm- Zibell, Willner & Partner, Berlin


Internationale Kooperationen

In ständig zunehmendem Maße arbeiten wir in unseren Projekten mit internationalen Ein-richtungen zusammen.

- Air Liquide S.A., Sassenage, Frankreich- Altaier Zentrum Nichttraditionelle Energetik u.

Energieeinsparung, Barnaul, Russland- Aplicaciones Tecnicas de la Energía S.A. –

ATER SA, Valencia, Spanien- Arge Erneuerbare Energie, Gleisdorf,

Österreich- A.S. Joffe Institut, St. Petersburg, Russland- Australian Cooperative Research Centre for

Renewable Energy – ACRE, Perth, Australien- Australian National University – ANU,

Canberra, Australien- BPP Teknologie LSDE, Technical

Implementation Unit, Energy Technology Laboratory, Serpong Tangerang, Indonesien

- British Petroleum BP Solar International, Sunbury, UK

- Centre de Caderache – CEA-GENEC, Saint-Paul-Lez-Durance, Frankreich

- Centre for Renewable Energy Sources CRES, Pikermi, Griechenland

- Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Palaiseau/Meudon/Strasbourg/ Marseille/ Montpellier, Frankreich

- Centre Scientifique et Technique du Bâtiment CSTB, Grenoble, Frankreich

- Centro de Investigación en Energía y Agua, CIEA, Las Palmas de Gran Canaria, Spanien

- Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano Giacinto Motta SpA – CESI, Mailand, Italien

- Chloride, Madrid, Spanien- CIEMAT Instituto de Energías Renovables IER,

Madrid, Spanien- Compagnie Européene d’Accumulateurs

CEAC, Gennevielliers, Frankreich- Consejo Superior de Investigaciones

Cientificas CSIC, Madrid, Spanien- Det Norske Meteorologisk Institutt, Bergen,

Norwegen- Ecole des Mines, Paris (Centre d’Energétique,

Sophia Antipolis), Frankreich- Ecole Nationale des Travaux Publics de L’Etat

ENTPE, Lyon, Frankreich

- Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt – EMPA, Dübendorf, Schweiz

- Ente per le Nuove Tecnologie, l'energia e l'ambiente – ENEA, Rom, Italien

- ENECOLO AG, Mönchaltorf, Schweiz - Energy Research Centre of the Netherlands –

ECN, Petten, Niederlande- Esbensen Consulting Engineers, Virum,

Dänemark- Europäische Union EU, Brüssel, Belgien- Greencell, Sevilla, Spanien- Guangzhou Institute of Energy Conversion

GIEC, Guangzhou, China- HCT Shaping Systems, Cheseaux, Schweiz- Hebrew University, Jerusalem, Israel- Hochschule für Technik und Architektur,

Burgdorf, Schweiz - Inabensa, Sevilla, Spanien- Instituto Catalan de Energía ICAEN, Barcelona,

Spanien- Instituto de Energía Solar IES, Madrid, Spanien- Instituto de Investigaciones Electricas,

Cuernavaca, Morelos, Mexiko- Instituto Nacional de Tecnica Aerospacial

»Esteban Terradas« INTA, Madrid, Spanien- Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia

Industrial INETI, Lissabon, Portugal- Instituto Tecnológico y de Energías

Renovables ITER, Teneriffa, Spanien- International Energy Agency IEA, Paris,

FrankreichPhotovoltaic Power Systems Programme PVPS:

- Task 5:»Grid Interconnection of Building Integrated and Other Dispersed PV Power Systems«

- Task 7: »Photovoltaic Power Systems in the Built Environment«

- Task 9: »PV Deployment in Developing Countries«Solar Heating & Cooling Programme SHCP:

- Task 21: »Daylight in Buildings«


Internationale Kooperationen

- Task 25: »Solar Assisted Air Conditioning of Buildings«

- Task 27: »Performance of Solar Façade Components«

- Task 28: »Sustainable Solar Housing«- Task 31: »Daylighting Buildings in the 21st

Century«- International Solar Energy Society ISES,

Freiburg- Interuniversity Microelectronics Center, IMEC,

Leuven, Belgien- Joint Research Center, Ispra, Italien- Kema Nederland B.V., Arnheim, Niederlande - Laboratoire Charles Fabry de l´Institut

d´Optique, CNRS, Orsay, Frankreich- Lawrence Berkeley National Laboratory LBNL,

Berkeley, USA- National and Kapodistrian University of

Athens, Athen, Griechenland- National Institute for Chemistry, Ljubljana,

Slowenien- National Renewable Energy Laboratory NREL,

Golden, USA- Naval Research Laboratory, Washington, USA- Nedstack, Arnhem, Niederlande- NLCC Architects Sdn., Kuala Lumpur,

Malaysia- Norsk Enok og Energi AS, Drammen,

Norwegen- Nuvera Fuel Cells, Mailand, Italien- Oxford Brookes University, Oxford, UK- Photowatt SA, Bourgoin-Jallieu, Frankreich- Pillar Joint-Stock Co., Kiev, Ukraine- Politechnika Krakowska, Krakau, Polen- Politechnika Lódzka, Lodz, Polen- RISOE – National Laboratory, Roshilde,

Dänemark- Rutherford Appleton Laboratory, Oxford, UK- S.E. del Acumulador Tudor S.A., Madrid,

Spanien- SAMSUNG Corp., Yongin, Korea- Scanwafer AS, Høvik, Norwegen- Solarenergie Prüf- und Forschungsstelle,

Rapperswil, Schweiz- Stockholms Universitet, Stockholm, Schweden- Swedish National Testing and Research

Institue, Boras, Schweden- TNO Building and Construction Research,

Delft, Niederlande- Tokuyama Corporation, Yamaguchi, Japan- Topsil Semiconductor Materials, Frederiksand,

Dänemark- Total Energie, La Tour de Salvagny, Frankreich- Trama Tecno Ambiental, Barcelona, Spanien- Universidad de la Laguna, La Laguna,

Teneriffa, Spanien- Universidad San Juan UNSJ, San Juan,

Argentinien- Università degli Studi di Genova, UGDIE,

Genua, Italien- Universität Zürich, Schweiz- Universiteit Utrecht, Utrecht, Niederlande- University of California, Berkeley, USA- University of Cyprus, Nikosia, Zypern- University of New South Wales – UNSW,

Sydney, Australien- University of Reading, UK- University of Strathclyde, UK- Uppsala Universitet, Uppsala, Schweden- Velux A/S, Soborg, Dänemark- Vergnet S.A., Ingré, Frankreich

Kuratorium

Das Kuratorium begutachtet die Forschungs-projekte und berät die Institutsleitung und denVorstand der Fraunhofer-Gesellschaft bezüglichdes Arbeitsprogrammes des Fraunhofer ISE.Stand: 31.12.2002

Vorsitzender

Prof. Peter WoditschDeutsche Solar AG, Freiberg

Stellvertretender Vorsitzender

Dr. Rolf BlessingInterpane Entwicklungs- undBeratungsgesellschaft mbH, Lauenförde(bis 9.10.2002)

Mitglieder

Dr. Hubert AulichPV Silicon AG, Erfurt

Dipl.-Phys. Jürgen BergerVDI/VDE TechnologiezentrumInformationstechnik GmbH, Teltow

Hans Martin BitzerFresnel Optics GmbH, Apolda

Prof. Michael BohnetBundesministerium für wirtschaftlicheZusammenarbeit und Entwicklung BMZ, Bonn

Dr. Gerd EisenbeißForschungszentrum Jülich GmbH, Jülich

Dr. Klaus HassmannSiemens AG, Erlangen

Prof. Thomas HerzogTechnische Universität München

Dr. Winfried HoffmannRWE SOLAR GmbH, Alzenau

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

Dr. Holger JürgensenAixtron AG, Aachen

Prof. Werner KleinkaufGesamthochschule Kassel, Kassel

Regierungsdirektor Dr. Thomas PflügerMinisterium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, Stuttgart

Ministerialrat Gerd HeitmannWirtschaftsministerium Baden-Württemberg,Stuttgart

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

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

Ministerialrat Dr. Wolfhart von StackelbergBundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Bonn

Gerhard WarnkeMAICO Ventilatoren, Villingen-Schwenningen


Ges

chäf

tsfe

lder

Gebäude und technische Gebäudeausrüstung

Netzunabhängige Stromversorgungen

Solarzellen

Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund

Wasserstofftechnologie

Servicebereiche



Gebäude undtechnischeGebäudeausrüstung


Solares Bauen lohnt sich

Nachhaltige Gebäude schützen nicht nur dasKlima, sondern lassen sich auch besser vermark-ten. Wer Solarenergie und Energieeffizienz inseine Immobilie »einbaut«, wird leichter Käuferund Mieter dafür finden. Das gilt für Neubautengenauso wie für die Gebäudesanierung, für ge-werbliche Bauwerke genauso wie für das Ein-familienhaus. Denn die Energiekosten sind längstzur »zweiten Miete« geworden. Außerdem bie-ten nachhaltige Gebäude mehr Nutzungskom-fort: viel natürliches Licht ohne Blendung, Wohl-fühltemperaturen das ganze Jahr hindurch, frische Luft ohne Zugerscheinungen.

Die Gesetzgebung unterstützt den Trend zumnachhaltigen Bauen. So müssen in den nächstenJahren drei Millionen Heizanlagen saniert wer-den, weil sie die Effizienznorm nicht mehr erfül-len. Oder der Energiepass: Er wird den spezifi-schen Energieverbrauch von Gebäuden auch fürLaien transparent machen.

Wie wichtig dieses Thema ist, zeigt folgendeZahl: Wir verbrauchen heute für den Betrieb vonGebäuden über 40% der deutschen Endenergie.Damit wird geheizt, gekühlt, gelüftet, beleuchtetund vieles mehr. Rationelle Energienutzung redu-ziert den Energieeinsatz für diese Dienstleis-tungen und verbessert dabei oft sogar noch denNutzungskomfort. In jedem Fall gilt: Je geringerder verbleibende Energiebedarf, desto größer istder Anteil, den erneuerbare Energien sinnvolldecken können.

Beim Fraunhofer ISE sind Gebäude und ihretechnische Ausrüstung ein zentrales Geschäfts-feld. Wir sind immer dann der richtige An-sprechpartner, wenn ganz neue Lösungengesucht werden oder besonders hohe Anforde-rungen zu erfüllen sind. So entwickeln wir Ideen,machen sie in Produkten oder Verfahren praxis-reif und testen sie in Demonstrationsbauten.Oder wir konzipieren anspruchsvolle Bauwerkemit selbst entwickelten Simulationswerkzeugen.Die Bearbeitungstiefe der Themen reicht von derGrundlagenentwicklung bis zur Markteinführungfertiger Systeme.


Gebäude undtechnischeGebäudeausrüstung


Für diese Aufgaben arbeiten viele Disziplinenzusammen: Materialforschung und Schichtent-wicklung, rationelle Energienutzung, Simulation,Planung, Monitoring, Entwicklung von Kompo-nenten wie Fenstern oder Fassaden und vonSolarsystemen für Strom und Wärme. Wachsen-de Bedeutung haben Kleinstwärmepumpen.Zukunftsweisend sind dezentrale Energieer-zeuger wie kleine Brennstoffzellen als Strom-und Wärmelieferanten im Gebäudebereich.

Mit umfassender Messtechnik charakterisierenwir Materialien und Systeme. Mit Monitoring impraktischen Einsatz werten wir die Betriebs-erfahrungen an ausgewählten Gebäuden ausund verbessern so unsere und unserer KundenKonzepte. Nationale Demonstrationsprogrammebegleiten wir mit umfangreichen Analysen.

Im Team mit Architekten, Fachplanern und derIndustrie planen wir Gebäude von heute undentwickeln Gebäude für morgen. Die internatio-nalen Rahmenbedingungen hierfür gestalten wirin der Internationalen Energieagentur IEA zurSolaren Klimatisierung, zum Solaren Bauen undzur Langzeitbeständigkeit von Komponentenmit. Damit sind wir immer über die aktuellentechnischen Normen informiert. Zusammen mitunseren internationalen Kontakten können wirunsere Kunden so beim Markteintritt unterstüt-zen.

Unsere Apparaturen und Messverfahren ent-wickeln wir ständig weiter. Einige Beispiele:

- große Laserbelichtungstische, um bis zu 60 cm x 80 cm große Mikrostrukturen herzustellen

- Vakuumbeschichtungsanlage zur industrie-nahen Herstellung großflächiger (140 cm x 180 cm) komplexer Schichtsysteme auf Gläsern, Folien und Metallen

- optische Labore für Charakterisierungen und Analysen bei der Materialentwicklung

- Testlabore zur Bestimmung physikalischer und technischer Eigenschaften von Kollektoren, thermischen Speichern, Fenster- und Fassadensystemen

- Messtechnik für die Qualitätssicherung vor Ort im Bauwesen.

Um die Nutzerakzeptanz von baulichenLösungen zu untersuchen, beziehen wir auchTestpersonen ein.

Begleitet werden die experimentellen Arbeitendurch die Weiterentwicklung von Simulations-programmen. Sie bilden die Voraussetzung zurweiteren Optimierung von Materialien undSystemen.

Je komplexer Gebäude und Systeme werden,desto wichtiger sind Steuerung und Regelung.Mit der Entwicklung eigener Soft- und Hardwarestreben wir letztendlich das Ziel an, Gesamt-systeme unter ökonomischen und/oder ökologi-schen Gesichtspunkten optimal zu betreiben.


Ansprechpartner

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

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

Lüftung- und Klimatechnik Dr. Andreas Bühring Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 88E-Mail: [email protected]

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

Sorptive und Phasenwechsel- Dr. Hans-Martin Henning Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 34Speichermaterialien 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. Klaus Kiefer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 18Demonstrationsprojekte E-Mail: [email protected]

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

Membranbrennstoffzellen – Dr. Peter Hübner Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 10Entwicklung von Komponenten E-Mail: [email protected] Systemen Dipl.-Ing. Ursula Wittstadt Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 04

E-Mail: [email protected]

Beschichtungstechnik Dipl.-Ing. Wolfgang Graf Tel.: +49 (0) 7 61/4 01 66-85E-Mail: [email protected]

Strukturierung von Oberflächen Dr. Andreas Gombert Tel.: +49 (0) 7 61/4 01 66-83E-Mail: [email protected]

Beschleunigte Alterungsanalysen Dipl.-Phys. Michael Köhl Tel.: +49 (0) 7 61/4 01 66-82E-Mail: [email protected]

Übergreifende Koordination

Gebäude und technische Priv. Doz. Dr. Volker Wittwer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 40Gebäudeausrüstung E-Mail: [email protected]

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

Nullemissionsfabrik SOLVIS. Im Bild Fassade mit Vakuum-dämmung (rot), lichtstreuenden Verglasungen (grau) undZuluftöffnungen (Lochsteine). Die Solarkollektoren sindBestandteil des Dachtragwerks (Beitrag S. 32). Architekten:Banz+Riecks, Bochum; Foto: Chr. Richters

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von mikroverkapsel-ten Phasenwechselmaterialien (Kügelchen) in Gipsputz, ca.2000fache Vergrößerung. Die durchschnittliche Größe derKapseln beträgt ca. 8 µm (Beitrag S. 25).

Elektrochrome Fensterverglasung. Für die Durchführung von Nutzerakzeptanzstudien hat das Fraunhofer ISE in einem institutseigenen Büroraum ein Testfenster installiert.

Visuelle Inspektion eines Oberflächenrelief-Gitters. Die amFraunhofer ISE hergestellten Masterstrukturen werden inKunststoffen und Sol-Gel-Schichten vervielfältigt.


Gebäude und technischeGebäudeausrüstung


Entwicklung von Sonnenschutz-Verglasungen mit optischfunktionalen Mikrostrukturen

Transparente Fassadenbereiche sindein Schwerpunkt moderner, tages-lichtorientierter Architektur. Hierfürwerden innovative Systeme zur effi-zienten saisonalen Steuerung dernatürlichen Licht- und Energieströmegesucht. Wir entwickeln Mikrostruk-turen, die Licht und Solarstrahlunggezielt lenken. Insbesondere reflek-tieren sie unerwünschte Strahlung imSommer nach außen.

Benedikt Bläsi, Christopher Bühler,Andreas Georg, Andreas Gombert,Wolfgang Hoßfeld, Jörg Mick, Peter Nitz, Harald Lautenschlager,Christian Schetter, Günther Walze,Volker Wittwer

Die im Winter erwünschte Funktiongroßer verglaster Fassaden, viel Lichtund Wärme ins Gebäude zu bringen,kann im Sommer zum Problemwerden. Der Überschuss an Licht undWärme muss oft durch aufwändigeMaßnahmen abgeblockt oder mithohem Energieaufwand von Klimaan-lagen abgeführt werden. Gewünschtist daher eine wirksame solare Trans-mission der Fassade, die abhängig vonder Jahreszeit ist. Da die Sonne imSommer höher als im Winter steht, istunser Ansatz, die Transmission derFassade vom Sonnenstand abhängigzu machen. Dafür nutzen wir dielichtlenkende Wirkung von transpa-renten Materialien, die prismatischstrukturiert sind. Zusätzlich kann dieTransmission durch schaltbare Schich-ten beeinflusst werden.

Prismatische Sonnenschutzsystemesind nicht neu. Prismen mit Größenvon mehreren Millimetern werdenaneinander gereiht, um flächigeSysteme zu ermöglichen. Durch Total-reflexion an den Prismenflanken wirddie aus bestimmten Winkelbereichenkommende Solarstrahlung reflektiert.Tageslicht, das aus anderen Winkelnals die direkte Solarstrahlung auf dasSonnenschutzsystem auftrifft, wirddurchgelassen. Teilweise werden diePrismensysteme zur Lenkung desLichtes auch auf einer Flanke ver-spiegelt.

Bisher stellte die Größe der Prismenein Problem dar: die Systeme warenrelativ groß, schwer und auch teuer.Deshalb setzten wir uns das Ziel, dieStrukturen zu verkleinern. Mit Struk-turgrößen von ca. 0,1 mm oderkleiner können die angesprochenenSonnenschutzsysteme bereits aufrelativ dünnen Folien oder Platten inVerglasungen integriert werden. Da-durch werden nicht nur die genannten

Nachteile bestehender prismatischerSonnenschutzsysteme vermieden; dieMikroprismen haben darüber hinausein homogenes Erscheinungsbild. Dasist besonders bei Südwest- oder Süd-ostorientierung der Fassade wichtig: Indiesem Fall schneidet die Ebene derSonnenbahn die Fassade nicht mehrhorizontal, sondern in einer geneigtenGeraden. Um die Strahlung in Ab-hängigkeit vom Sonnengang zurrichtigen Jahreszeit auszublenden,muss das Sonnenschutzsystem ent-sprechend geneigt werden. BeiMakrostrukturen stören die geneigtenLinien oft das architektonische Erschei-nungsbild, bei Mikrostrukturen ist derEffekt nach außen unsichtbar.

Die Miniaturisierung der Strukturenstellte uns vor Fragen nach den Her-stellverfahren und nach den physika-lischen Grenzen. Wie klein können diePrismen werden, bevor Beugungs-effekte die Funktion deutlich ver-schlechtern? Wir haben uns anhandder physikalisch genauesten Methode,der rigorosen Beugungstheorie, mitdiesem Thema befasst. Die Ergebnissezeigen, dass Strukturgrößen durchauskleiner als 0,1 mm sein können, ob-wohl dabei bereits Beugungseffekteauftreten. Bei verschiedenen Struktur-formen und insbesondere bei Struk-turtypen, die teilweise verspiegeltsind, ist die Beeinträchtigung deroptischen Funktion durch Beugungs-effekte aber höchst unterschiedlich.Mit der rigorosen Beugungstheoriekönnen wir jetzt auch Strukturformenoptimieren.

Mikrostrukturierte Folien oder Plattenkönnen mit etablierten Prozessen derMikroreplikation hergestellt werden.Die Herstellung der Urform ist abernach wie vor schwierig. Eine Möglich-keit ist die spanabhebende Fertigung,bei der mit einem Diamantwerkzeug

Abb. 1: Raster-Elektronen-Mikroskop (REM)-Bildeines in Kunststoff replizierten Mikroprismen-Feldes. Die Periode der Prismen ist 50 µm. DasAußenlicht kommt von links oben.



in höchster Präzision gedreht, gefrästoder gehobelt werden kann. In Ab-bildung 1 ist ein Prismen-Feld zusehen, das in dieser Form vermutlichnur spanabhebend gefertigt werdenkann.

Eine andere Möglichkeit ist die Her-stellung von prismatischen oderähnlichen Strukturen mit Hilfe derInterferenzlithographie. Dabei werdenLaserstrahlen geteilt, aufgeweitet undüberlagert. Es entsteht ein Interferenz-muster, mit dem eine Glasplatte miteiner lichtempfindlichen Lackschichtbelichtet wird. Nach Entwicklung einerso belichteten Lackschicht entsteht einOberflächenrelief, das über weitereArbeitsschritte durch Abformprozessewie Prägen in Kunststoffe übertragenwerden kann.

Obwohl bei der Überlagerung vonzwei Laserstrahlen nur ein streifen-förmiges Hell-Dunkel-Muster erzeugtwerden kann, bietet die Interferenz-lithographie durch Mehrfachbe-lichtungen oder durch Überlagerungmehrerer Laserstrahlen erstaunlichviele Möglichkeiten, auch sehr kom-plexe Mikrostrukturen zu erzeugen.Die mit dem Photolack beschichtetePlatte kann gekippt und zwischenzwei Belichtungen auch gedrehtwerden (Abbildung 2). Der Einbau vonDiffusoren in den Strahlengang er-möglicht die Herstellung von aperio-dischen Strukturen.

Die Interferenzlithographie kann großeFlächen homogen strukturieren. Bisherwurden Mikrostrukturen für Sonnen-schutzsysteme auf Flächen von 37 x37 cm2 homogen hergestellt. AndereStrukturtypen wurden am FraunhoferISE schon auf Flächen von 0,5 m2

hergestellt. Wir arbeiten an einerweiteren Vergrößerung der Fläche, umin der Anwendung möglichst wenig

Folien- oder Plattenstücke aneinandersetzen zu müssen. Die Interferenz-lithographie ermöglicht auch dasMischen oder Übermodulieren ver-schiedener Strukturanteile, z. B. perio-discher und aperiodischer Strukturen.

Mit dem beschriebenen Verfahrenhaben wir Mikrostrukturen fürSonnenschutzsysteme mit Teildurch-sicht entwickelt. UnstrukturierteBereiche zwischen den Strukturenermöglichen dabei einen Außenbezug(Abbildung 3). Abbildung 4 zeigt eineperiodische prismatische Struktur mitsaisonaler Sonnenschutzfunktion,deren »Zähne« aperiodisch übermo-duliert sind. Ziel dieses zum Patentangemeldeten Kunstgriffes ist es,Farbeffekte zu unterdrücken, diedurch Prismenwirkung oder Beu-gungseffekte entstehen können. Dieso hergestellte Verglasung mit inte-griertem saisonalen Sonnenschutz hatdas elegante Erscheinungsbild einessatinierten Glases.

Weitere optische Funktionen mikro-strukturierter Folien können durchVakuumbeschichtung der Folien er-reicht werden. Durch schräge Einfalls-winkel können die Flanken der Struk-turen auch selektiv beschichtetwerden. Bisher haben wir die Be-schichtung mit Metallen als Spiegel-materialien und mit WO3 für gas-chrom schaltbare Systeme untersucht.

Abb. 2: Optischer Aufbau und Möglichkeiten zurBeeinflussung der resultierenden Strukturprofilebei der Interferenzlithographie.

Abb. 3: REM-Bild eines in Photolack gefertigtenMikroprismen-Feldes mit Teildurchsicht. DiePeriode der Prismen ist 17 µm.

Abb. 4: REM-Bild in Kunststoff replizierter pris-matischer Strukturen mit saisonaler Sonnen-schutzwirkung. Die Strukturierung durch Inter-ferenzlithographie ermöglicht das Übermodu-lieren von aperiodischen Strukturanteilen (im Bildsichtbar als Höhenvariation der »Zähne«). Dieresultierende Verglasung hat das Erscheinungs-bild eines satinierten Glases. Die Periode derPrismen ist 17 µm.

Laser

Photolackplatte

Strahlteiler



Wird diese Struktur in geneigtenDachverglasungen eingesetzt, soreflektiert sie Strahlung aus einemBereich von Einfallswinkeln, der überdie Geometrie der CPC-Wände freieingestellt werden kann. Dieser Re-flexionswinkelbereich beträgt für dieuntersuchten Strukturen etwa 40°, sodass bei Einbau in ein 35° geneigtesDach die direkte Einstrahlung im ge-samten Sommerhalbjahr reflektiertwerden kann. In Abbildung 7 zeigt diedurchgezogene Linie die Messung, diegepunktete Linie die Simulation deroptischen Funktion einer CPC-Strukturnach Abbildung 6. Die gestrichelteLinie schließlich zeigt das Verbesse-rungspotenzial, also die Transmissioneiner idealen Struktur. Eine An-näherung an diese optimale Funktionkann in absehbarer Zeit erreichtwerden.

In dem vom Bundesforschungsmini-sterium geförderten Verbundprojekt»Nanofab« untersuchten wir span-abhebend gefertigte Mikrostrukturen.Im Rahmen des vom Bundeswirt-schaftsministerium gefördertenGrundlagenprojekts »Mikrofun«haben wir Fertigungsmöglichkeitenmit Hilfe der Interferenzlithographieund partieller Vakuumbeschichtungvon abgeformten Strukturen ent-wickelt und demonstriert. Folgepro-jekte zur Umsetzung der Ideen inVerglasungsprodukte werden derzeitin enger Zusammenarbeit mit derIndustrie geplant.

Abb. 5: Gerichtet-hemisphärische Transmission(gepunktet für Solarstrahlung, durchgezogen fürsichtbares Licht) einer schaltbaren Verglasung inAbhängigkeit vom Einfallswinkel. Ungeschaltet(oben), geschaltet (unten). Dieser Prototyp hateine flächig gaschrom beschichtete Mikro-struktur.

Abb. 7: Gerichtet-hemisphärische Transmissionvon Platten oder Folien, die mit CPCs mikro-strukturiert sind. Die Messung an der in Abbil-dung 6 gezeigten Struktur (dicke Linie) wird ver-glichen mit der Simulation dieser Struktur (ge-punktet) und dem theoretischen erreichbarenOptimum einer idealen Struktur mit idealer Ver-spiegelung (gestrichelt).

Transmission

Transmission

0,8

0,6

0,4

0,2

00 30 60 90

Einfallswinkel [°]

-90 -60 -30 0 30 60 90 Einfallswinkel [°]

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Gaschrom schaltbare mikrostruktu-rierte Systeme bieten den Vorteil, dassdie Transmission vom Sonnenstandabhängig variiert und auf Wunschaktiv geschaltet werden kann. Nebendieser Flexibilität besitzen »kombi-nierte« Systeme gegenüber »norma-len« gaschromen Fenstern oderFenstern mit unbeschichteten Mikro-strukturen das Potenzial, die erhöhtenBlendschutzanforderungen von Bild-schirmarbeitsplätzen zu erfüllen. DieBeschichtung kann dabei flanken-selektiv oder flächig aufgebrachtwerden. In Abbildung 5 sind diewinkelabhängigen Messwerte füreinen flächig gaschrom beschichteten,mikrostrukturierten Verglasungsproto-typ gezeigt.

Eine andere interferenzlithographischhergestellte Mikrostruktur sindCompound Parabolic Concentrators(CPCs). Sie konzentrieren gerichtetesSonnenlicht aus einem definiertenWinkelbereich auf ihre verspiegelteEmpfängerfläche und reflektieren esso. Gleichzeitig haben sie eine hoheTransmission für diffus einfallendesHimmelslicht, was zur Versorgung desRaumes mit Tageslicht erwünscht ist. Abbildung 6 zeigt das rasterelektro-nenmikroskopische Bild einer in trans-parenten Kunststoff replizierten,interferenzlithographisch hergestelltenCPC-Struktur. Durch schräges Be-dampfen gelingt es, auch kleinsteStrukturen im Mikrometerbereichgezielt selektiv zu beschichten und sodie Empfängerflächen eines CPCs zuverspiegeln.

Abb. 6: REM-Bild eines in Kunststoff repliziertenCompound Parabolic Concentrators (CPCs),deren Spitze selektiv metallisch beschichtet ist. Die Periode der Prismen ist 10 µm (vgl. Titelbild).



Entwicklung von industriell vor-gefertigten Kompaktbaugruppenfür große solarthermische Anlagen

Bei den neuinstallierten Solaranlagenfür Einfamilienhäuser nimmt der An-teil der Kombianlagen, d.h. Brauch-wassererwärmung kombiniert mitsolarer Heizungsunterstützung, kon-tinuierlich zu. Eine ähnliche Tendenzwird für die nahe Zukunft auch fürsolarthermische Großanlagen mit über100 m2 Kollektorfläche erwartet.

Stephan Buschmann, Konrad Lustig,Matthias Rommel, Christof Wittwer

Mit Hilfe von Simulationsmodellenuntersuchen wir die grundlegendenSystemvarianten, die für solche An-lagen in Frage kommen. Wir dimen-sionieren die Komponenten und erar-beiten Regelungsstrategien. Einezentrale Rolle spielt dabei die Ent-wicklung einer Be- und Entladeeinheit,die das Zusammenspiel von Pumpenund Wärmetauscher mittels Rege-lungssystem optimiert.

Zwei derartige Kompaktbaugruppenmit einem neu entwickelten, vernetz-ten Regelungssystem wurden zuTestzwecken in die Anlage »Vauban«des Studentenwerks Freiburg (140 m2

Kollektorfläche) eingebaut. Durch dieEinbindung des Regelsystems in dasInternet können wir einerseits auf dieAnlagen zugreifen, andererseits überStrahlungsdaten aus dem Internet denAnlagenertrag prüfen.

Die Simulationsstudien erfolgen mitColSim, einem Programm, das wir amFraunhofer ISE speziell für die Rege-lungsentwicklung konzipiert haben. Esberücksichtigt den Zeithorizont einesJahres, der für Systemaussagen vonSolarsystemen notwendig ist. Gleich-zeitig bildet es die Regelungsdynamik

mit einer Zeitauflösung im Sekunden-bereich ab. Die Software ist modularaufgebaut und im portablen ANSI-CCode implementiert. So können dieModule auch auf Mikrocontroller-Regelungssystemen zum Einsatzkommen.

Die Module des vernetzten Regelungs-systems für die Kompaktbaugruppenwurden ebenfalls in der Simulations-umgebung entwickelt, bevor sie aufdas Zielsystem übertragen wurden.

Auch die Einbindung dynamischerSystemmodelle in die Regelung wirdaus zwei Gründen immer wichtiger:Einerseits werden die Regelungs-systeme immer leistungsfähiger,andererseits kann dann der Anlagen-betrieb durch »real time identifi-cation« kontrolliert werden.

Die Ertragskontrollen sind gerade fürteilsolare Systeme, bei denen aucheine konventionelle Energieversorgungzur Bedarfsdeckung bereit steht,wichtig: Durch die ständige Verfüg-barkeit der konventionellen Energie-ersorgung wird ein defekter Solar-betrieb meist nicht unmittelbarerkannt.

Die Arbeiten werden vom Bundes-wirtschaftsministerium gefördert.

Abb. 2: Aufbau der Kompaktbaugruppe für dieEntladeseite, um Wärme aus dem solar beheiz-ten Pufferspeicher an den Trinkwasserkreis zuübergeben (Foto: Fa. PAW).

Abb. 1: Anlagenschema Kombisystem. Bei großdimensionierten Solarfeldern kann neben derBrauchwassernutzung über den Warmwasser-bereitschaftsspeicher auch der Heizkreis desGebäudes solar versorgt werden. Das Systemist in jedem Falle mit einem Heizkessel aus-zustatten (zwei Wärmequellen, zwei Wärme-senken).

Kollektor

Puffer

Pufferspeicher Warmwasserverteilung

Beladegruppe Entladegruppe

Brenner

Heizkreis

Kaltwasser



Anforderungen an Rohrver-bindungstechniken im Solarkreisvon thermischen Solaranlagen

Die Temperaturbelastungen, denen dieKomponenten eines Kollektors stand-halten müssen, sind relativ genau be-kannt. Dagegen waren die Anforde-rungen an die Rohrverbindungen, dieim Solarkreis eingesetzt werdenkönnen, bislang nicht näher unter-sucht worden. Wir haben das getanund entsprechende Anforderungendefiniert. Damit können Hersteller vonRohren und Verbindungstechnikenihre Produkte besser an die Anforde-rungen der Solartechnik anpassen.

Joachim Koschikowski, Matthias Rommel, Arim Schäfer,Vitali Schmidt, Yan Schmitt

Das Wärmeträgermedium im Solar-kreis ist eine wichtige Komponentevon thermischen Solaranlagen. Diesbetrifft sowohl den »normalen«,

energiesammelnden Betriebszustand,als auch den »Stagnationsfall«. EinStagnations- oder Stillstandsfall trittimmer dann ein, wenn der Speicherdes Systems Maximaltemperatur er-reicht hat und somit trotz Einstrahlungauf den Kollektor die Pumpe desSolarkreises ausgeschaltet werdenmuss. Dies kann wegen Verkalkungs-gefahr für den Solarkreiswärme-tauscher notwendig sein oder um imSpeicher Temperaturen über 100 °Czu vermeiden.

Bei voller Sonnenbestrahlung tretenim Absorber eines (trockenen) Kollek-tors je nach Bauart Temperaturenzwischen 200 °C und 300 °C auf. ImStagnationsfall eines Systems kommtes zur Verdampfung des Fluids. Dabeigelangt auch Dampf in die Verrohrungdes Solarkreises.

Wir haben die Belastungen unter-sucht, die aufgrund der damit ver-bundenen Temperatur- und Druckbe-

lastungen in den Rohrleitungen auf-treten. Durch die hervorragenden Ex-perimentiermöglichkeiten mit einemneuen Solarsimulator im Technikumkonnten wir aussagekräftige Versuchedurchführen. Aus den Ergebnissenkonnten wir die Anforderungen ab-leiten, die an Rohrverbindungstech-niken für den Einsatz in Solaranlagengestellt werden müssen. Dabei habenwir nachgewiesen, dass im Stagna-tionsfall fraktionierte Destillation desWasser-Glykol-Fluids auftritt. Deshalbsind Anforderungen an die Rohrver-bindungen im Solarkreis höher, alsbislang angenommen. Die auftreten-den Temperaturen sind höher als dieSattdampftemperatur des Wassers beiden maximalen Drücken des Systems.Die Reichweite des Dampfes in denRohren des Solarkreises ist stark ab-hängig von der Absorberverrohrungder Einzelkollektoren und der Kollek-torfeldverschaltung. Bei schlechtemEntleerungsverhalten des Kollektor-feldes dringt der Dampf wesentlichweiter vor als bislang angenommenwurde. Mit unseren Ergebnissen kannjetzt genau bestimmt werden, welcheVerbindungen in einem solarther-mischen System besonders hitzefestausgeführt werden müssen.

Mit dem Solarsimulator können wirähnliche Untersuchungen für andereKomponenten und Betriebszuständevon thermischen Solaranlagen imKundenauftrag durchführen.

Das Projekt wurde im Auftrag desDeutschen Kupferinstituts (DKI) zu-sammen mit der PSE-GmbH, mit Her-stellern von Verbindungstechniken,einer Solarfirma und mit Unterstüt-zung der Deutschen BundesstiftungUmwelt durchgeführt.

Abb. 1: Messungen mit dem Labor-Solarsimulator. Selbst in einem Abstand von über 2 Metern vom Kollektoranschluss treten Temperaturen deutlich über der Sattdampf-temperatur des Wasser-Glykolgemisches auf.

12 13 14 15 16 17 18Zeit [h]

Tem

pera

tur

[°C

]

250

200

150

100

50

0

Koll.-Anschluss PumpenseiteKoll.-Anschluss MAG-SeiteAbsorber-mitte

2 m PumpenseiteKollektor-SammelkanalAbsorber-unten



Mikroverkapselte Phasen-wechselmaterialien inWandverbundsystemen

Durch Phasenwechselmaterialien(PCM) in Baustoffen kann die Wärme-kapazität von Gebäuden in Leicht-bauweise drastisch erhöht werden.Diese Kapazitätserhöhung ist oftwünschenswert, um Temperatur-spitzen, wie sie vor allem an heißenSommertagen auftreten, abzupuffern.Bei Gebäuden in Leichtbauweise wieneuen Bürogebäuden, reduziert diesden Klimatisierungsbedarf und erhöhtden Nutzungskomfort.

Hans-Martin Henning, Peter Schossig,Alexandra Raicu*, Thomas Haussmann

Mit Gebäudesimulationen haben wirsinnvolle Einsatzgebiete derartigerProdukte identifiziert und Wandprüf-muster vermessen.

Dazu haben wir am Fassadenteststand(Abbildung 1) zwei identische Leicht-bau-Testräume mit detaillierter Mess-technik ausgestattet und mit PCM-Produkten versehen. Die Testzellensind in typischer Leichtbauweise aus-geführt: Gipskartonplatten auf einerHolzlattung mit Dämmung, die aufden PU-Wänden der Kabinen montiertist. Eine der Testzellen erhielt zusätz-lich eine 6 mm starke, PCM-haltigeSpachtelschicht. Die Referenzzellewurde mit einer herkömmlichenSpachtelmasse ohne PCM ausgerüstet.Beide Testzellen sind kontrolliert be-lüftbar und haben außenliegende Ja-lousien. Bei den Versuchen durchliefensie das gleiche Testprogramm.

In Abbildung 2 und 3 sind die ge-messenen Wand- bzw. Lufttempera-turen an drei aufeinanderfolgendenTagen im Sommer 2002 aufgetragen.

Deutlich ist zu erkennen, dass imSchmelzbereich des PCM (24-27 °C)die Temperaturen in der PCM-Zellegegenüber der Referenzzelle deutlichlangsamer ansteigen. Nach Erreichender 27 °C steigen die Temperaturen inbeiden Zellen wieder parallel an, wo-bei im Maximum ein Temperatur-unterschied von bis zu 4 K erreichtwird. Zusätzlich verschiebt das PCMdas Temperaturmaximum um etwaeine Stunde nach hinten auf 18 Uhr.Nachts liegen die Temperaturen derPCM-Zelle höher. Eine Entladung desSpeichermaterials ist durch eine aus-reichende Nachtlüftung zu gewähr-leisten.

Aus den Messungen können wir denPCM-Effekt direkt quantitativ be-stimmen, da Einflüsse durch unter-schiedliche Nutzer oder andere Rand-bedingungen ausgeschaltet sind. Mitden experimentellen Ergebnissenwurde ein Computermodell validiertund verfeinert. Mit diesem verbesser-ten Modell identifizieren wir inumfassenden Parameterstudienweitere Anwendungsgebiete.

Die Statistik über einen 20tägigenZeitraum in Abbildung 4 zeigt z. B.,dass bei geregelter Verschattung undausreichender Nachtlüftung dieReferenzzelle rund 50 Stunden, diePCM-Zelle dagegen nur rund 5Stunden wärmer als 28 °C war.

Die am Teststand gewonnenen Datenzeigten deutlich das Potenzial vonBaumaterialien mit PCM zur Redu-zierung des Klimatisierungsbedarfsund zur Erhöhung des Komforts.

Im Jahr 2003 kommen erste Produktemit integrierten PCM auf den Markt.

Das Verbundprojekt mit den PartnernBASF, DAW, maxit und Sto wird vomBundesministerium für Wirtschaft undTechnologie gefördert.

Abb. 1: Fassadenteststand des Fraunhofer ISE:In der Mitte übereinander die beiden Leicht-bauzellen.

Abb. 2: Wandtemperaturen in der Referenzzelle(schwarz) und in einer Zelle mit 6 mm starkerPCM-Schicht (rot).

Abb. 4: Kumulative Häufigkeitsverteilung derLufttemperaturen in den Zellen; daraus lässtsich die Anzahl der Überschreitungsstundeneiner bestimmten Temperatur ablesen. Referenz(schwarz) und PCM-Zelle (rot).

36

32

28

24

20

Tem

pera

tur

[°C

]

36

32

28

24

20

Tem

pera

tur

[°C

]

27/07 27/07 28/07 28/07 29/07 29/07 30/0700:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00

Zeit

Abb. 3: Lufttemperaturen in Referenz-(schwarz) und PCM-Zelle (rot).

27/07 27/07 28/07 28/07 29/07 29/07 30/0700:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00

Zeit

500

400

300

200

100

0

Anz

ahl d

er S

tund

en

ReferenzPCM

16 18 20 22 24 26 28 30

Temperatur [°C]

* PSE GmbH Forschung Entwicklung Marketing, Freiburg



Sorptionsgestützte Klima-tisierung für mediterranes Klima in Kombination mit Kraft-Wärme-Kopplung

Das Klima der Küstenregionen derMittelmeerländer zeichnet sich durchhohe sommerliche Außenlufttempera-turen verbunden mit hoher Luft-feuchtigkeit aus. Gemeinsam mitPartnern aus Italien entwickeln wireine energiesparende Raumluft-technik, die Sorptionsverfahren mitKraft-Wärme-Kopplung kombiniert.

Hans-Martin Henning, Tim Selke*,Edo Wiemken

Die sommerliche Raumklimatisierungspielt in Mittelmeerländern naturge-mäß eine noch größere Rolle als inMitteleuropa. Insbesondere in Küsten-regionen ist die Außenluft oft sehrwarm und sehr feucht zugleich. Beider Konditionierung von Frischluft istdeshalb die Entfeuchtung besonderswichtig. Sorptionsgestützte Verfahrenmit Entfeuchtungsrotoren sind auchunter diesen Bedingungen möglich;allerdings kann wegen der hohenLuftfeuchte die Verdunstungskühlungnur bedingt genutzt werden.

Derzeit entwickeln wir gemeinsam mitPartnern aus Italien eine kompletteHaustechnik für kleinere und mittlereNichtwohn-Gebäude in diesen Klima-zonen: Stromerzeugung, Heizung,

Kühlung und Lüftung mit einemBlockheizkraftwerk als zentralerKomponente. Im Sommer wird dieAbwärme des BHKW für die sorptiveLuftentfeuchtung genutzt. Abbildung1 zeigt eine von uns neu entwickelteVerschaltung der klimatechnischenKomponenten und Abbildung 2 denProzessverlauf im T-x-Diagrammfeuchter Luft. Diese Verschaltung istso energieeffizient, dass im Vergleichzu üblicher Technik der Primärenergie-verbrauch für die Luftaufbereitung um30% reduziert wird. Eine Pilotanlagewird derzeit im Bürogebäude derGaswerke Palermo installiert.

Das Vorhaben »MITES – Micro Tri-generation System for Indoor Air-Conditioning in the MediterraneanClimate« wird von der EuropäischenUnion gefördert. Wir arbeiten dabeimit den Gaswerken Palermo (AMG)und dem Fiat Forschungszentrum(CRF, Turin) zusammen.

Abb. 1 (oben): Schema der Lüftungsanlage mitsorptiver Luftentfeuchtung.

Abb. 2 (unten): Temperatur-Feuchte-Diagrammzu Abbildung 1. Im Gegensatz zur üblichenSorptionskühlung ist dem Sorptionsrotor (SO)ein Luftkühler (HX in Abbildung 1 links unten)vorgeschaltet. Dieser kühlt und entfeuchtet diesehr feuchte und warme Außenluft vor. Wie inder gestrichelten Linie von Abbildung 2 zusehen, findet dieser Prozess auf einem hohenTemperaturniveau statt, so dass die Kälte-maschine mit hoher Verdampfertemperaturarbeiten kann. Anschließend wird die Luftsorptiv bis auf die gewünschte Zuluftfeuchteentfeuchtet und wiederum mittels Luftkühlerauf die gewünschte Zulufttemperatur abge-kühlt. Da nun keine weitere Luftentfeuchtungerforderlich ist, kann auch hier wieder mithoher Verdampfertemperatur der Kälte-maschine gearbeitet werden, so dass dieKältebereitstellung mit hoher Effizienz(Arbeitszahl) erfolgt. Die Regenerierung desSorptionsmittels im Rotor erfolgt mit derAbwärme des Blockheizkraftwerks (roter,senkrechter Linienbereich von 50 nach 78 °C in Abbildung 2).


Tem

pera

tur

[°C

]

80

70

60

50

40

30

20

10

0

5 10 15 20 25 30absolute Feuchte [g/kg]



Entwicklung eines neuartigen,modularen Solarluftkollektors

Solarluftkollektoren haben system-technische Vorteile bezüglich Einfrier-gefahr und Kollektorstillstand. Den-noch ist ihr Marktanteil gering. UmSolarluftkollektoren auch für den Ein-und Zweifamilienhausbereich attrak-tiver zu machen, haben wir im letztenJahr im Auftrag und in Zusammen-arbeit mit der Fa. Grammer-Solar+Baueinen neuartigen, modularen Solar-luftkollektor entwickelt.

Carsten Hindenburg, Volker Kallwellis*, Thorsten Siems,Flaviu Marton

Ausgangspunkt war ein kommerziellerKollektor zur solaren Lufterwärmungin größeren Gebäuden (z. B. Hallen-beheizung). Diese Kollektoren habengegenüber herkömmlichen Flach-kollektoren ein hohes Gewicht.Aufgrund der bisher geringen Stück-zahlen und wegen der Absorberkon-struktion mit 36 nebeneinanderliegenden Rechteckkanälen, ist dieFertigung zudem nur wenig auto-matisiert.

Wir haben daher einen neuenKollektor entwickelt, der bei deutlichverringertem Gewicht und hohemthermischen Wirkungsgrad einekostengünstige Fertigung ermöglicht.So konnte das spezifische Kollektor-gewicht um 20% auf 24 kg/m2 ge-senkt werden. Da die neuen Modulefür ein besseres Handling auchgeringere Abmessungen haben, istdas Gewicht pro Modul sogar um36% auf 48 kg gesunken. Darüberhinaus ist der neue Kollektor sehreinfach und schnell zu montieren. Der

zum Patent angemeldete, spezielleAbsorber besteht nur noch aus einemStück. Das spart Material undvereinfacht die Fertigung deutlich.

Wir haben mehrere Prototypen amneuen Indoor-Solarluftkollektortest-stand des Fraunhofer ISE vermessenund konnten sie dadurch in kurzerEntwicklungszeit optimieren. Der neueTeststand ist in den Indoor-Solarkollek-tor-Teststand (Beitrag S. 85) integriertund steht für Vermessung in Anleh-

nung an EN 12975–2 und Entwick-lung von Solarluftkollektoren zurVerfügung. Abbildung 1 zeigt dasSchema der Teststandes.

Der neue Kollektor wird bereits abdem Frühsommer 2003 auf demMarkt verfügbar sein.

Abb. 1: Schema des Solarluftkollektorteststands. Der Kollektor ist in einen geschlossen Luft-kreislauf integriert. Durch Vermessung der Eintritts- und Austrittstemperatur sowie desMassenstromes (Gasdurchflusszähler) kann die Energiebilanz des Kollektors und damit derthermische Wirkungsgrad berechnet werden. Es stehen zwei Ventilatoren und Gasdurchfluss-zähler – jeweils vor und nach dem Kollektor – zur Verfügung und somit können verschiedenehydraulische Anordnungen und deren Auswirkung auf die Kollektoreffektivität untersucht werden.Ferner können somit Untersuchungen zum Leckluftverhalten der Solarluftkollektoren durchgeführtwerden. Zusätzlich können am Teststand volumenstromabhängige Druckverluste von Solar-luftkollektoren vermessen werden.


PID-Regler

Vp TL,in Pstau Pstau TL,out

PBaroTL,amb

rF

Vp

Kreislaufkühler



Demonstration und energetischeBewertung innovativer Fassaden

Messwerte aus dem Labor reichenPlanern, Investoren und Nutzern vonGebäuden oft nicht, um Vor- undNachteile alternativer Fassaden-varianten zu beurteilen. Wie werdenz. B. Energieverbrauch und Komfortbeeinflusst? Zeigen Neuentwicklungenvorhergesagte Effekte? RealitätsnaheDemonstration und Bewertungsver-fahren beantworten diese Fragen.

Georg Bopp, Sebastian Bundy,Tilmann Kuhn, Werner Platzer, Helen Rose Wilson*, Jan Wienold

Eine zukunftsorientierte Gebäudehüllevermindert die Wärmeverluste, opti-miert das Tageslichtangebot undschafft mit Sonnenenergie ein ange-nehmes Raumklima. So wird dieinstallierte Leistung und der Energie-verbrauch von Heiz- und Kühlgerätenminimiert. Wie aber sollen verschie-denste Produktentwicklungen wieschaltbare Verglasungen, transparenteWärmedämmung oder Sonnenschutzbewertet werden?

Zwei Fälle sind zu unterscheiden:

- Geht es um ein konkretes Bauvorhaben, können wir mit Simulationen objektspezifische Aussagen machen. Das hilft z. B. in der Konzeptphase das Gebäude zu optimieren.

- Soll ein Produkt z. B. für die Vermarktung unabhängig von einem konkreten Bauwerk bewertet werden, dann arbeiten wir mit repräsentativen Referenzdaten für Gebäude, Gebäudetechnik und Nutzer.

Wir bieten mehrere Möglichkeiten zurBewertung und Demonstration vonFassaden. Zum einen entwickeln wir ininternationaler Zusammenarbeit imRahmen der IEA Task 27 repräsenta-tive Referenzverfahren für die Simu-lation. Die Übertragbarkeit von Labor-daten in die Gebäudesimulation veri-fizieren wir am Fassadenprüfstand(Abbildungen 1, 2). Damit können wirFassadenvarianten umfassend undrational begründet vergleichen (Ab-bildung 3). Das BMWi unterstützt dieEntwicklung der Methodik und dieMitarbeit in der Task 27.

Zum anderen besteht im neuen »SolarBuilding Innovation Center SOBIC« dieMöglichkeit, an drei realen Büro-

räumen die Wechselwirkung voninnovativen Fassaden und angepassterGebäudetechnik messtechnisch zuuntersuchen und gleichzeitig derÖffentlichkeit darzustellen.

Fraunhofer SOBIC, das gemeinsameDemonstrationszentrum der Fraun-hofer-Institute für Bauphysik IBP undSolare Energiesysteme ISE, arbeitet anzwei Standorten. Themenschwerpunktin Freiburg sind Büro- und Gewerbe-immobilien, während sich beim Sa-telliten in Fellbach alles um denprivaten Hausbau dreht. Dort wurdeEnde Oktober das neue Gebäude imAusstellungszentrum »Eigenheim undGarten« eingeweiht. Das SOBIC inFreiburg ist noch im Fraunhofer-Insti-tut für Solare Energiesysteme ISEuntergebracht. Im Frühjahr 2003 wirdes in das neue solar info center beimFreiburger Messegelände einziehen.

Ziel des Fraunhofer SOBIC ist es,Forschungsergebnisse des energie-effizienten und solaren Bauens raschan Wirtschaft und Endkunden weiter-zugeben. An beiden Standorten er-halten Hersteller, Planer und Ent-scheider umfassende Beratung undFortbildung. Außerdem können sie dieProdukte und Verfahren gleich in derAnwendung oder in Anschauungs-modellen praxisnah kennen lernen.

Abb. 1: Durchsicht durch eine gaschrome Verglasung mit Temperatur- und Strahlungs-sensoren am Fassadenprüfstand.

Abb. 2: Validierung des Fassadenmodells einergaschromen Verglasung mit Hilfe eines Ver-gleichs von simulierten und gemessenenInnenraumtemperaturen am Fassadenteststand(Juli; grau hinterlegter Bereich: gefärbter Zu-stand der Verglasung; durchgezogene Linie:simuliert; gepunktet: experimentelle Daten).

Abb. 3: Vergleichssimulationen des auf dieNutzfläche bezogenen Jahresenergiebedarfs mitder Basisvariante eines Referenzbüros, Luftküh-lung werktags auf maximal 26 °C Raumtem-peratur (hellgrau: Standardwärmeschutzver-glasung, dunkelgrau: gaschrome Wärmeschutz-verglasung – Schaltpunkt 24 °C).

Rom Brüssel Stockh. Rom Brüssel Stockh.

4654 4678 4702 4726 4750 4774 4796

Jahresstunden [h]

Kühlenergie Heizenergie50

40

30

20

10

0

34

30

26

22

18

14

spez

. Ja

hres

ener

gieb

edar

f [k

Wh/

(m2 a

)]

Raum

tem

pera

tur

[°C

]

* Interpane E&BmbH, Lauenförde



Entwicklung vonSonnenschutzsystemen

Die sinnvolle Nutzung von Tageslichtund Sonnenwärme in Gebäuden wirdin den meisten Fällen erst durchSonnenschutzsysteme ermöglicht.Insbesondere im Verwaltungsbaukommt dem sommerlichen Wärme-schutz eine Schlüsselstellung bei derFunktion der Gebäudehülle zu. DerGrund hierfür sind die hohen internenLasten. Wir haben neue Sonnen-schutzsysteme entwickelt und dieverbesserten Eigenschaften an Proto-typen nachgewiesen.

Tilmann Kuhn, Christopher Bühler

Wir entwickeln neue Produkte miteinem ganzheitlichen Ansatz, bei demfolgende Kriterien berücksichtigtwerden:

- sehr guter sommerlicher Wärmeschutz

- hoher visueller Komfort (Blendschutz, Durchsicht, Tageslichtversorgung, neutrale Farbwiedergabe, Möglichkeit zur Abdunklung)

- hohe Zuverlässigkeit unabhängig vom Nutzerverhalten

- niedrige Kosten, vor allem Material- und Herstellungskosten

- ästhetische Anforderungen- Übereinstimmung mit technischen

Randbedingungen- Schutz vor Feuer, Schall, Wetter und

Einbruch.

Natürlich können diese Kriterien nichtalle gleichzeitig optimal erfülltwerden. Wir suchen für jeden Einzel-fall die Lösung, die den potenziellenAnforderungen der Nutzer und denvom Hersteller vorgegebenen Rand-bedingungen am besten entspricht.

Mit der Firma Hüppe Form, Olden-burg, wurde eine innenliegendeJalousie mit einer völlig neuenLamellengeometrie (Abbildung 1)entwickelt, die sich durch folgendeEigenschaften auszeichnet:

- sehr gute Sonnenschutzwirkung im Vergleich mit anderen innen- liegenden Systemen

- unempfindliches Regelverhalten (Abbildung 2)

- gute Durchsicht durch neue Form und flache Lamellenstellung durch verringerten Lamellenabstand

- gute Tageslichtversorgung- guter Blendschutz auch bei

teilweise geöffneten Lamellen- wirtschaftlicher Preis- gute Abdunklung und sehr niedrige

Leuchtdichte im geschlossenen Zustand.

Mit der Firma Clauss Markisen, Bissingen-Ochsenwang, wurde einvöllig neuartiger außenliegender Edel-stahl-Behang entwickelt (Abbil-dung 3). Ausgehend von der Idee,einen Behang aus rollgeformten Edel-stahlstäben zu fertigen, wurde vomFraunhofer ISE die Stabgeometrie unddie Oberfläche entwickelt und opti-miert (Abbildung 4). Der Behangzeichnet sich durch folgende Eigen-schaften aus:

- sehr gute Sonnenschutzwirkung- höchste Anforderungen an die

Ästhetik. (Dieses subjektive und schwer fassbare Kriterium spielt auch bei der Materialauswahl eine große Rolle.)

- reduzierte Leuchtdichte auf der Innenseite des Behangs durch optimierte Stabform und Oberfläche

- gute Durchsicht.

Abb. 1: Neue Lamelle mit optimierterSonnenschutzwirkung und robustemRegelverhalten.

Abb. 2: Der gleichmäßig hohe Reflexionsgradder Lamelle ist der Grund für die gute Sonnen-schutzwirkung und das gutmütige Regelver-halten.

Abb. 3: Edelstahlbehang mit neuerStabgeometrie und Oberfläche.

Abb. 4: Ein Funktionsmuster des neuenEdelstahlbehangs mit Durchsicht.

0 10 20 30 40 50 60 70Höhenwinkel [°]

40° Kippwinkel, neue Jalousie

40° Kippwinkel, herkömmliche, weiße Jalousie

40° Kippwinkel, Tageslicht-jalousie

(Oberseite verspiegelt)

0,8

0,6

0,4

0,2

0div.

-hem

Ref

lexi

onsg

rad



Solares Bauen – Wohnhäuser

Mit der Einführung der Energieein-sparverordnung EnEV im Februar 2002erweitert sich das Augenmerk für dieEnergieplanung von Gebäuden aufeine effiziente Versorgungstechnikund die Einbindung erneuerbarerEnergie. Abluftwärmepumpen inLüftungs-Kompaktgeräten erobernsich einen stetig wachsenden Markt.Kraft-Wärmekopplung im Kleinstleis-tungsbereich eröffnet neue Perspek-tiven. Vor der Marktreife werden Nut-zen und Aufwand kritisch evaluiert.

Andreas Bühring, Peter Engelmann,Christian Reise, Christel Russ, BenoitSicre, Karsten Voss

Evaluierung vonDemonstrationsprojekten Mehrgeschossige Wohnbautenstanden 2002 im Zentrum unsererArbeiten in der InternationalenEnergieagentur IEA. Wir koordinierendie Evaluierung von Demonstrations-projekten mit einem gemeinsamenmethodischen Ansatz. Beispielhaftzeigt Abbildung 1 das Jahresenergie-flussbild für Deutschlands erstes mehr-geschossiges Passivhaus. Sein Primär-energieverbrauch liegt mit26 kWh/m2a rund 75% unter demGrenzwert der EnEV; die Mehrkostendafür betrugen 15% der Bauwerks-kosten. Weitere Bauprojekte bis hin zuganzen Siedlungen bestätigen Primär-energiekennzahlen zwischen 25 und35 kWh/m2a. Die Arbeiten gehörenzur IEA SHCP Task 28 / ECBCS Annex38, »Sustainable Solar Housing«.

Als Ergänzung begannen wir noch imWinter 2002 mit Förderung derdeutschen Bundesstiftung Umweltund der Industrie mit dem Monitoringdes Passivhauses der Baugruppe»ISIS«, ebenfalls in Freiburg-Vauban(Abbildung 2). Wir konzentrieren uns

dabei auf eine vergleichende Be-trachtung von innovativen Lüftungs-und Wärmeversorgungstechniken imGeschosswohnungsbau.

Lüftungs-KompaktgeräteDiese Lüftungsgeräte mit Wärme-rückgewinnung enthalten zusätzlicheine Abluftwärmepumpe. Sie ersetzenin einem Passivhaus die konventionelleHeizung und dienen auch zur Trink-wassererwärmung, meist in Kombi-nation mit einem Solarkollektor. Die

Technik wurde von uns zusammen mitder Industrie entwickelt und ist bei derWärmeversorgung von Solar-Passiv-häusern führend. Erfahrungen in Ein-familienhäusern nutzen wir zur Ent-wicklung eines noch kompakterenGerätetyps für den Einsatz imGeschosswohnungsbau. Für dieAuswahl der Komponenten und ihre optimale Verschaltung dienenComputersimulationen. Die Ergebnisseprüfen wir mit unserem Teststand fürLüftungs-Kompaktgeräte. Unter festkonditionierbaren Randbedingungenmit verschiedenen Speichern undWasserzapfprofilen führen wir sowohlstationäre als auch dynamische Unter-suchungen entsprechend EuronormEN 255 durch. Das erste Versuchs-muster ist im Passivhaus »ISIS« seitHerbst 2002 im Test (Abbildung 3).

Gegenwärtig untersuchen wir weitereVerbesserungen der Wärmepumpe(Kältemittel-Enthitzer zur Trinkwasser-erwärmung, natürliches Kältemittel,Kühlfunktion), der Wärmerückge-winnung, der Regelung und zusätz-licher Funktionsmodule.

Abb. 1: Energieflussbild und gemessene Verbrauchsdaten von 19 Wohneinheiten im Zeitraum1.3.2001–28.2.2002 für das Passivhaus der Baugruppe »Wohnen + Arbeiten« in Freiburg-Vauban.Die Zahlenangaben in kWh/m2a beziehen sich auf die beheizte Wohnfläche von 1.428 m2.Dargestellt ist links der Endenergieverbrauch von Strom und Erdgas, rechts die Nutzenergie fürHeizung, Lüftung und Warmwasser. Im unteren Teil sind die Verluste, im oberen Teil die Gewinneaus der genutzten Umweltenergie aufgetragen. Der Stromverbrauchspfad im Umwandlungsprozessvon der Endenergie zur Nutzenergie ist gelb dargestellt, die konventionellen Energieträger schwarzund die im Prozess erzeugte Wärme rot.

Abb. 2: Das Monitoring im Passivhaus derBaugruppe ISIS begann im Winter 2002.Architektur: M. Hansen, Freiburg. Das Gebäudezeigt in der Fassade Gestaltungsmöglichkeitenvon Passivhäusern.

PV-Generator Lüftung

Zirkulation

Speicher

BHKW

Erzeugerverluste5,2

Wärmeverluste10,7

Pumpen /Regelung

Strom-5,4 / -6,9

-1,5

0,11

Erdgas38,7

Lüftungswärme-gewinne 17,3

Wassererwärmung10,5

Heizwärme 13,4

Solarkollektor

0,59,3

23,9-9,6

4,3

4,4

3,6



Diese Arbeiten sind Teil des vomBundeswirtschaftsministeriums ge-förderten Projektes: Neue Gesamt-energieversorgungskonzepte fürGebäude (NEGEV).

Im Auftrag der EnBW erfassen wir in78 geförderten Solar-Passivhäusernmit Wärmepumpentechnik diewichtigsten Energiekennwerte. DerStromverbrauch in Häusern mitLüftungs-Kompakt-Geräten ist imstatistischen Mittel deutlich niedrigerals in Häusern mit anderen Ver-sorgungstechniken. Den ausführlichenMonitoringbericht erhalten Sie überunsere Internetseite www.ise.fhg.de.

Brennstoffzellen-HeizgeräteFür den dezentralen Einsatz vonAnlagen mit Kraft-Wärme-Kopplungbieten sich Brennstoffzellen wegenihrer einfacheren Skalierbarkeit gegen-über Motor-BHKW zukünftig an. Überdas Zwischenprodukt Wasserstoffproduzieren sie aus fossilen Brenn-stoffen (Erdgas, Heizöl, eventuellBiogas) Strom und Wärme. Sie bietenein Potenzial höherer Brennstoffaus-nutzung.

rungen bei der Gebäudeintegrationvon PV aus. Dabei fanden wir vieleBeispiele hochwertiger Gebäude mitgelungener Integration von Photo-voltaik.

Auch diese Arbeiten führten wir imRahmen des PVPS-Programms der IEAdurch. Sie sind in englischsprachigenAbschlussberichten der IEA Task 7unter www.iea-pvps.org dokumen-tiert. Task 7 »Integration von Photo-voltaikanlagen im Gebäudebereich«behandelte architektonische Aspektevon Photovoltaik an Gebäuden,Systeme zur Gebäudemontage, Bau-recht, Ausbildungsmaterialien fürArchitekten, Planungswerkzeuge,Zuverlässigkeit und Betriebserfahrung,Optimierung der elektrischen Ver-schaltung, nicht-technische Barrieren,Installationspotenzial auf Gebäudensowie Marketing und Verbreitungs-strategien.

Durch die Diskussion technischerFragen und Regelwerke kennen wirdie entsprechenden Vorschriften fürPV-Anlagen in den beteiligten Ländernsehr genau. So und über diegeknüpften Kontakte können wirinteressierten Firmen einen Einstieg indie jeweiligen Märkte erleichtern.

Die Arbeit des Fraunhofer ISE wurdedurch das Bundeswirtschaftsmini-sterium gefördert.

Abb. 4: Shed-Dach mit integrierter Photovoltaikim Atrium des Fraunhofer ISE Neubaus.

Integration von PV-Anlagen in Gebäude

An mehreren Beispielen konnten wirdokumentieren, wie die gelungeneIntegration von Photovoltaik Gebäudeaufwertet. Mit unserem umfassendenWissen um nationale und internatio-nale technische Vorschriften könnenwir Firmen den Einstieg in auslän-dische Märkte erleichtern.

Thomas Erge, Hermann Laukamp,Karsten Voss, Edo Wiemken

Am Beispiel »Neubau Fraunhofer ISE«mit seinen vier, auf unterschiedlicheWeise integrierten PV-Anlagenkonnten wir zeigen, dass Aufmaßmo-dule so konstruiert werden können,dass Ästhetik, Architektur, Wärme-schutz, Tageslichtnutzung und Strom-ertrag ausgewogen zur Geltungkommen.

Mit Fachleuten aus Instituten undFirmen der bedeutendsten Photo-voltaikländer tauschten wir Erfah-

Abb. 3: Das erste Etagen-Lüftungs-Kompakt-gerät der Fa. Maico im Test im Passivhaus ISIS,Versuchsmuster in vereinfachtem Design. DasGerät ist nicht größer als eine Kühl-Gefrier-kombination und kann platzsparend in derWohnung, z. B. im Bad aufgestellt werden.

Anderseits steht ihr Abwärmepoten-zial in Konkurrenz zu wärmever-brauchssenkenden Maßnahmen(Wärmedämmung) und zur Wärmebe-reitstellung aus Solarenergie (Kollek-toren). Um diese Zusammenhänge zuuntersuchen, entwickeln wir neueSimulationsmodelle für Brennstoff-zellen-Heizgeräte im Kleinleistungs-bereich sowie Regelkonzepte, die dasökonomische Optimum mit demökologisch Sinnvollen zusammen-führen. Ein Ziel unserer Arbeit ist dieSuche nach dafür geeigneten Strom-vergütungsmodellen. Die Arbeitensind Teil eines Verbundprojektes fürdas Bundesumweltministerium unterLeitung des Deutschen Zentrums fürLuft- und Raumfahrt (DLR).

http://www.iea-pvps.org



Solares Bauen – GewerblicheBauten

Optimale Bedingungen am Arbeits-platz mit geringem Energieverbrauchzu verbinden, ist der Kern unsererArbeit für gewerbliche Gebäude.Neben der Mitarbeit in der Gebäude-planung haben wir 2002 weitereMonitoring- und Querschnittsprojektedurchgeführt.

Sebastian Herkel, Jens Pfafferott,Christian Reise, Christian Reetz*,Roland Schregle, Augustinus Topor*,Karsten Voss, Jan Wienold

Nullemissionsfabrik SOLVIS Durch konsequente Energieplanungund eine Gebäudetechnik mit ge-ringem Stromverbrauch wird das neueProduktionsgebäude der SOLVISGmbH & Co KG zukünftig vollständigaus regenerativen Energiequellenversorgt. Neben Solarsystemen fürStrom und Wärme deckt ein mitRapsöl betriebenes BHKW denEnergiebedarf. Bei CO2-neutralerRapsölproduktion führt dies zur»Nullemissionsfabrik«. Der prog-nostizierte Primärenergiebedarf fürHeizung, Lüftung, Klimatechnik undBeleuchtung liegt bei 90 kWh/m2a. In dem vom Bundeswirtschaftsmini-sterium (BMWi) geförderten Planungs-prozess entwickelten wir gemeinsammit der solares bauen GmbH, Frei-burg, das Energiekonzept und plantendie solaren Komponenten. Mit dyna-mischen Gebäude- und Lichtsimula-tionen bearbeiteten wir umfangreicheFragestellungen im Hinblick aufoptimale Arbeitsplatzbedingungen.

Messprogramm am Neubau des Fraunhofer ISE Durch ein zweijähriges Monitoringwird in Kooperation mit der FH Bi-berach der Energiebedarf des Fraun-hofer ISE Neubaus ermittelt. UnserSchwerpunkt ist die Überprüfung derunterschiedlichen Konzepte zurpassiven Kühlung. Weiteres Ziel ist dieBeschreibung des Nutzerverhaltenshinsichtlich Bedienung von Sonnen-schutz, elektrischer Beleuchtung undFensterlüftung durch Modelle. DieseModelle setzen wir ein, um die Vor-hersagegenauigkeit unserer Simula-tionsrechnungen und damit diePlanungssicherheit zu erhöhen. DieErgebnisse fließen in die Arbeit derIEA Task 31, »Daylighting Buildings inthe 21st Century«, ein. Die Arbeitenerfolgen im Rahmen des BMWi-Förderkonzeptes SolarBau.

SolarBau:MONITORIn dem 1995 bis 2005 laufendenFörderkonzept »SolaroptimiertesBauen« des BMWi bearbeiten wirbereits seit 1998 gemeinsam mit derUniversität Karlsruhe und dem BerlinerArchitekturbüro solidar die Begleit-forschung zu den Demonstrations-bauprojekten. Mit einem Zielwert fürden jährlichen Primärenergieverbrauchvon weniger als 100 kWh/m2a fürHeizung, Warmwasser, Lüftung, Kälteund Beleuchtung ist das Programmwegweisend für die derzeit diskutierteEU-Richtlinie »Gesamtenergieeffizienzvon Gebäuden«.

Da in sämtlichen Projekten auf eineflächendeckende Klimatisierungverzichtet wird, vergleichen wir dieunterschiedliche Umsetzung der»passiven Kühlung« (Seite 33). Neben der Auswertung der Mess-ergebnisse entstand 2002 ein Frage-bogen zur Nutzerakzeptanz derpassiven Kühlung. Von vier Projektenliegen bereits Ergebnisse vor, die inunterschiedlicher Ausprägung einehohe Nutzerakzeptanz bestätigen.

Herzstück der Informationsvermittlungan die Fachöffentlichkeit ist unsereInternetseite »www.solarbau.de«. Neuist u.a. das Informationsangebot inenglischer und französischer Sprache.

Mit dem Projekt »Building Networks«im Rahmen des EU-SAVE-Programmserweitern wir seit kurzem das ver-gleichende Energiemonitoring auf einegroße Zahl von Gebäuden in Europa.

Abb. 1: Fassade und Dachaufbau derNullemissionsfabrik SOLVIS (Foto: Chr. Richters).


http://www.solarbau.de



Passive KühlungOhne aktive sommerliche Kühlungergibt sich das sommerliche Raum-klima in einem Gebäude aus demVerhältnis von Wärmeeintrag (Sonne,Geräte, Personen) und Wärmeabfuhr(Lüftung) unter Berücksichtigung derWärmespeicherfähigkeit des Bau-körpers.

Theorie und Praxis der Wärmeabfuhrüber nächtliche Lüftung haben wir2002 anhand von vier Gebäuden ausdem Förderprogramm SolarBauuntersucht. Ausgangspunkt warenLangzeitmessdaten aus Monitoring-Programmen (Abbildung 2). Durchgezielte zusätzliche Messkampagnenin ausgewählten Räumen – Volumen-strommessungen mit Tracergas,Thermographie, ortsaufgelöste Tem-peraturmessungen in Räumen und anBauteilen – gelang uns darüber hinauseine detailliertere experimentelleAnalyse.

Über Parametermodelle und Gebäude-simulation werten wir die Ergebnissevon Lang- und Kurzzeitmessungenaus, um die Nachtlüftung physikalischgenau beschreiben zu können. Damitkönnen wir die Chancen und Grenzenvon passiver Kühlung aufzeigen. Umeine hohe Sicherheit in der Planung zuerreichen, berücksichtigen wir imSimulationsmodell die freie Lüftungauch in Kombination mit mechanischunterstützter Lüftung.

In unserem neuen Fraunhofer-Demonstrationszentrum »SolarBuilding Information Center SOBIC«haben wir drei Büroräume mit Beton-kerntemperierung zur nächtlichenEntwärmung über einen Wasserkreis-lauf und ein Rückkühlwerk ausge-stattet. Darüber hinaus können wirdort die Nachtlüftung und eine solareKlimatisierung alternativ betreiben(Beitrag S. 26).

Weiterentwicklung vonSoftwarewerkzeugen zurBeschreibung innovativerTageslichtsystemeEiner der Kernarbeitspunkte in einemvom Bundeswirtschaftsministeriumgeförderten Projekt ist die Einbindungeines Vorwärts-Strahlverfolgungsver-fahrens in die Lichtsimulationssoft-ware RADIANCE. Dieser sogenanntePhoton-Mapping-Algorithmus wurdein die Simulationsumgebungeingebunden. 2002 konzentriertensich die Arbeiten auf die Validierungdes neuen Verfahrens. Dazu werdenneben analytischen und numerischenVerfahren auch Messungen an einemmaßstäblichen Modell herangezogen(Abbildungen 3 und 4).

Zusammen mit unserem Projekt-partner Fraunhofer IBP veranstaltetenwir zwei Workshops, an denen die am Projekt beteiligten Hersteller undPlaner teilnahmen.

Abb. 3: Vergleich von Messung und Simulationfür das maßstäbliche Modell.

Abb. 4: Beispiel einer Visualisierung unterVerwendung des Photon-Mapping-Algorith-mus. Das Bild zeigt die Lichtlenkwirkungverspiegelter Lamellen in einem Büroraum.

Geb

äude

konz

ept

Sim

ulat

ion

Raum

klim

a

Sim

ulat

ion

Lich

t

Bera

tung

/Ent

wic

klun

g

Prod

uktp

rüfu

ng

Qua

lität

ssic

heru

ng

Mon

itorr

ing

o o o o oo o o

oo oo o

o o

Standorte

BonnRegensburgHammBaselZürichWien

Abb. 2: Gemessene operative Raumtemperaturfür Juli 2001 bis Juni 2002 im Gebäude der DBNetz AG in Hamm für die Betriebszeit. Dieoperative Raumtemperatur ist geordnet nachder Außentemperatur aufgetragen. Nur beiAußentemperaturen über 26 °C korreliert dieRaumtemperatur direkt mit der Außentempera-tur. Nur an 280 Stunden im Jahr liegt dieRaumtemperatur über 25 °C.

Temperatur [°C]30

28

26

24

22

200 520 1040 1560 2080 2600

Betriebsstunden [h]

Außentemperatur (Dauerlinie)

Raumtemperatur (Dauerlinie)

operative Raumtemperatur

0 200 400 600 800 1000Abstand zur Öffnung [mm]

Abb. 5: Weitere Projekte 2002.

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

Rela

tive

Bele

ucht

ungs

stär

ke [

-]

Messung RADIANCE classicPHOTON-Mapping

Solarzellen

Solarzellen


Strom aus Solarzellen – ein globaler Wachstumsmarkt

Die Photovoltaik erlebt weltweit einen regelrech-ten Boom mit Wachstumsraten von über 20%.In Deutschland haben das Erneuerbare-Energien-Gesetz und das Hundertausend-Dächer-Pro-gramm dazu geführt, dass allein 2001 rund 80 MW Leistung neu installiert wurden – vorwenigen Jahren entsprach das noch demVolumen des Weltmarkts.

Über 90% der Solarzellen sind aus kristallinemSilicium, Tendenz steigend. Preis/Leistungsver-hältnis, Langzeitstabilität und belastbare Kosten-reduktionspotenziale sprechen dafür, dass dieserLeistungsträger der terrestrischen Photovoltaikzumindest in den nächsten zehn Jahren markt-beherrschend bleiben wird.

Um den Einsatz teuren Ausgangsmaterials zureduzieren, werden die Siliciumscheiben immerdünner. Durch angepasste Zellstrukturen errei-chen wir dennoch konstant hohe Wirkungs-grade. Wir sind Vorreiter bei Hochleistungs-Solarzellen aus ultradünnen flexiblen 50 µm-Wafern, die in unserer Pilotlinie bereits komplettprozessiert werden. Wir arbeiten bereits an Ver-fahren zur direkten Herstellung dieser dünnenFolien aus Kristallen.

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.

Solarzellen


Als zweites Materialsegment bearbeiten wir III-VHalbleiter wie Galliumarsenid. Es steht derzeitnoch für einen Spezialmarkt, der mit denStichworten Weltraum, optische Konzentration,Sonderanwendungen beschrieben werden kann.Für die extraterrestrische Anwendung arbeitenwir an strahlungsresistenten Tandem- undTripelzellen. Für den terrestrischen Einsatz ent-wickeln wir Konzentratorzellen für höchste opti-sche Konzentrationsfaktoren.

Ein drittes Materialsegment sind Farbstoff- undOrganische Solarzellen. Insbesondere die Tech-nologie der Farbstoffsolarzellen hat sich in denletzten Jahren über den Labormaßstab hinausentwickelt. Neben der Langzeitstabilität mussaber auch die Skalierbarkeit dieser Technologieauf Modulflächen > 0.5 m2 noch gezeigt werden. Organische Solarzellen befinden sichderzeit im Stadium der angewandten Grund-lagenforschung. In allen Bereichen rückt aber die Forschung der kommerziellen Anwendungimmer näher.

Im Geschäftsfeld »Solarzellen« unterstützen wirMaterialentwickler, Anlagenhersteller undSolarzellproduzenten bei der

- Erstellung von Photovoltaik-Studien- Entwicklung neuer Zellstrukturen- Evaluierung von neuartigen Prozessabläufen - Optimierung von Herstellverfahren für

Solarzellmaterialien- Herstellung kleiner Serien von

Hochleistungssolarzellen und kunden-spezifischen Testobjekten

- Charakterisierung von Halbleitermaterialien und Solarzellen

- Entwicklung von Halbleitercharakterisierungs-verfahren.

Dabei greifen wir unter anderem auf folgendeAusstattung zurück:

- Reinraumlabor für Si- und III-V Halbleiter- Standardsolarzellentechnologie- industrienahe Fertigungslinien für kristallines

Silicium (Sieb- und Tampondruck, RTP-Durchlaufofen, RTP-Durchlaufdiffusionsofen)

- Gasphasen-Abscheideverfahren für Si, RTCVD- MOVPE für III-V Epitaxie- semiautomatisierte Produktion von

Farbstoffsolarzellen und Modulen- Plasmaätzanlage- optische Heizanlagen für die Silicium-

Herstellung und -bearbeitung- Schichttechnologie: Plasmaabscheidung,

Aufdampfen, Galvanik, Kontaktieren- Charakterisierung von Materialien:

Röntgenbeugung, Trägerlebensdauer, Photolumineszenz, Ellipsometer, IR-Fourierspektrometer, Glow-Discharge-Massenspektrometer, Rasterelektronenmikroskop mit EBIC, ECV-Profiling, MW-PCD, MFCA, DLTS, CDI, CV, SPV, Schichtwiderstands-Mapping, Stripping Hall, SRP

- Charakterisierung von Solarzellen: I/U-Kennlinie, SR, LBIC, PCVD, MSC, Diffusionslängentopographie, Shunt-Analyse.


Solarzellen

Ansprechpartner

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

Multikristalline Silicium-Solarzellen Prof. Roland Schindler Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 52E-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 60E-Mail: [email protected]

III-V-Solarzellen und Epitaxie Dr. Andreas Bett Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 57E-Mail: [email protected]

Farbstoff- und Organische Solarzellen Dr. Andreas Hinsch Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-54 17E-Mail: [email protected]

Hocheffiziente Solarmodule Dipl.-Phys. Helge Schmidhuber Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 93für die Geräteintegration E-Mail: [email protected]

Labor- und Servicecenter Dr. Dietmar Borchert Tel.: +49 (0) 2 09/1 68 33 18Gelsenkirchen E-Mail: [email protected]


Silicium- und III-V-Solarzellen Priv. Doz. Dr. Gerhard Willeke Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 66E-Mail: [email protected]

Farbstoff- und Organische Solarzellen Priv. Doz. Dr. Volker Wittwer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 40E-Mail: [email protected]

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

Hubschnurtransport für die kristalline Si-Solarzellenfertigung(Beitrag S. 44).

Epitaktisches Waferäquivalent auf hochdotierterSiliciumscheibe mit 13,2% Wirkungsgrad (Beitrag S. 39).

FLATCON®-Modul für 500fache Sonnenkonzentration(Beitrag S. 40).

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Schichtaufbauseiner Organischen Solarzelle (Beitrag S. 47).

Solarzellen


Neuartige und hocheffizienteSolarzellenstrukturen fürkristallines Silicium

Der mit Abstand größte Teil der welt-weiten Photovoltaikproduktion wirdaus mono- oder multikristallinenSiliciumwafern hergestellt. Um auch inZukunft wettbewerbsfähig gegen dieDünnschichttechnologien zu sein,muss insbesondere ein Kostenfaktorimmer weiter reduziert werden: derSiliciumwafer selbst. Er macht rund40–50% der Modulkosten aus. Nebender Kostenreduktion bei der Silicium-kristallzucht steht die Dicke desWafers im Vordergrund. In denmeisten industriellen Prozessenwerden heute noch Wafer von etwa330 µm Dicke verwendet. Das führtzu geringer Bruchwahrscheinlichkeitund damit hoher Ausbeute.

Stefan Glunz, Andreas Grohe, Franz J. Kamerewerd, Henner Kampwerth, Joachim Knobloch, Daniel Kray, Ji Youn Lee, Antonio Leimenstoll,Andreas Mohr, Daniela Oßwald*, Ralf Preu, Stefan Rein, Elisabeth Schäffer, Eric Schneiderlöchner, Oliver Schultz,Siwita Wassie, Wilhelm Warta,Gerhard Willeke

In den letzten Jahren wurden ver-mehrt Anstrengungen unternommen,die Waferdicke und damit die Modul-kosten zu reduzieren. Dabei sind zweiHerausforderungen zu meistern: (1)Bruchstabilität und (2) Solarzellen-wirkungsgrad. Die Bruchstabilität wirdhauptsächlich von den mechanischenEigenschaften des Wafers, abernatürlich auch vom »Stress«, der aufden Wafer während der Solarzellen-herstellung einwirkt, beeinflusst. DieÄnderung des Solarzellenwirkungs-grades bei abnehmender Dicke hängthauptsächlich von der verwendetenSolarzellenstruktur ab. Wir bearbeitenintensiv die Fragen nach den kri-tischen mechanischen Größen, deroptimalen Solarzellenstruktur fürdünne Wafer und ihrer industriellenUmsetzung.

Interessanterweise scheinen sich diemechanischen Eigenschaften derWafer mit abnehmender Dicke nichtimmer weiter zu verschlechtern. Abeiner bestimmten Dicke werden dieWafer flexibel, was die Bruchwahr-scheinlichkeit stark reduziert (Abbil-dung 1). Leider lassen sich solchdünne Wafer momentan noch nichtdirekt herstellen, sondern entstehendurch Abdünnen von dickeren

Wafern, was natürlich nicht zurKostenreduktion beiträgt. Darumentwickeln wir neue Methoden zurHerstellung von sehr dünnen Wafern.

Um parallel schon Solarzellenkonzepteund Bearbeitungsverfahren für dünneWafer erarbeiten zu können, stehenuns seit kurzem zwei neueApparaturen zum mechanischenAbdünnen dicker Wafer zurVerfügung. Mit den damit präpa-rierten Wafern können wir für unter-schiedlichste Dicken den optimalenSolarzellenprozess entwickeln. Einebesondere Herausforderung ist dabeidie relativ schlechte Absorption vonLicht in kristallinem Silicium, dieeigentlich eine Zelldicke von mehr als500 µm erfordern würde. Um auch indünnen Zellen das gesamte Lichtmöglichst gut in Ladungsträgerumzusetzen, muss die Zelle intern sehrgut verspiegelt werden. Das gelingtmit einer passivierten Rückseitebesonders gut. Dabei berührt dieRückseitenmetallisierung nicht wieüblich den Siliciumwafer ganzflächig,sondern ist von ihm durch eine dünneSiliciumdioxidschicht getrennt. Dieseist nur an wenigen Stellen zur elek-trischen Kontaktierung geöffnet. DieStruktur stellt einen fast perfektenSpiegel dar und hat außerdem her-vorragende elektrische Eigenschaften.Wir haben damit auf einem nur70 µm dünnen Wafer schon einenWirkungsgrad von 20.7% erreicht.

Die dazu verwendete Zellstruktur wardabei bisher nur dem Laborbetriebvorbehalten. Mit unserer neuartigenLFC-Technologie (Laser-Fired Con-tacts), siehe ISE-Jahresbericht 2001, istes nun erstmals möglich, diese auch ineinem Industrieprozess zum Einsatz zubringen.

Abb. 1: 25 µm dünner flexibler Wafer,für den wir hocheffiziente Solarzellen-strukturen entwickeln.

* Albert-Ludwigs-Universität, Freiburger Materialforschungszentrum FMF


Solarzellen

Waferäquivalente aus dünnenkristallinen Siliciumschichten

Der Nachschub von Rohsilicium für dieFertigung von Siliciumwafern ist eineentscheidende Frage in der Solar-zellenfertigung. Wir bieten mit dem»Waferäquivalent« eine Antwort aufdiese Frage an.

Stefan Reber, Albert Hurrle, Achim Eyer, Friedrich Lutz, Sandra Bau, Thomas Kieliba, Fridolin Haas, Norbert Schillinger,Miroslawa Kwiatkowska, Elke Gust

Der Markt für kristalline Silicium-solarzellen wächst stetig. Die Bereit-stellung von Abfall-Rohsilicium aus derMikroelektronikfertigung kann mitdem wachsenden Bedarf nicht Schritthalten. Ein Versorgungsengpass droht.Wir entwickeln Alternativen, die mitwesentlich weniger Siliciummaterialauskommen und zudem billiger her-gestellt werden könnten.

Unser Konzept heißt »Waferäqui-valent«. Es sieht von außen betrachtetaus wie ein Siliciumwafer. Wirklichaktiv ist aber nur eine dünne Silicium-schicht mit einer gegenüber Wafernum 90% reduzierten Dicke. Wirhaben uns zum Ziel gesetzt, dass einWaferäquivalent genauso zur Solar-zelle prozessiert werden kann, wie einnormaler Siliciumwafer. Sein großerVorteil ist dann, dass es sich in be-stehende Fertigungsstrukturen ohneÄnderungen an der Technologie ein-fügen lässt, quasi als vollwertigerErsatz des Siliciumwafers. Das spartKosten und erhöht die Akzeptanz derkristallinen Silicium-Dünnschichttech-nologie enorm.

Wir gehen zwei Wege, um einWaferäquivalent zu realisieren: Dererste und schnellste Weg ist, auf einSubstrat aus kostengünstigem Siliciumbei hohen Temperaturen eine hoch-wertige, epitaktische Siliciumschichtabzuscheiden (Abbildung 1). Als Sub-strate eignen sich z. B. Ausschusswaferaus der Bauelementeindustrie oderScheiben aus kostengünstigem hoch-dotierten Silicium. Dieses »epitak-tische« Waferäquivalent sieht nichtnur so aus wie eine normale Silicium-scheibe, es verhält sich auch fast so.Die bisher erreichten Wirkungsgradeum 13% mit industrieller Solarzellen-technologie stehen denen von Wafer-Solarzellen kaum nach (Abbildung 2).

Etwas mehr Freiheiten bietet einzweiter Weg: Auf ein leitfähiges(Keramik-) Substrat scheidet man eineSiliciumschicht ab, die zur Qualitäts-verbesserung überschmolzen unddamit rekristallisiert wird. Die dadurchentstehenden Kristalle der Silicium-schicht sind genauso groß wie die derbesten multikristallinen Siliciumschei-ben. Das Wirkungsgradpotenzial istalso ähnlich hoch. Das »keramische«Waferäquivalent braucht zur Reali-sierung zwar mehr Prozessschritte, eslässt aber mehr Möglichkeiten bei derSubstratwahl (z. B. Keramik, preis-wertes Silicium) und der Prozessierungzu, was zu niedrigeren Kosten führenkann. Die Wirkungsgrade im Laborsind bisher noch etwas geringer alsbeim ersten Konzept, aber mit ca. 9%auf kostengünstiger Keramik sehrerfolgversprechend.

Beide Wege haben ihre Vorteile. DieKosten werden entscheiden, welchersich durchsetzen wird.

Abb. 1: Der einfachste Waferäquivalent-Auf-bau: Auf ein kostengünstiges Siliciumsubstratwird die dünne Siliciumschicht epitaktischabgeschieden.

Abb. 2: Epitaktisches Waferäquivalent aufhochdotierter Siliciumscheibe von 21.16 cm2

mit 13.2% Wirkungsgrad.

Abb. 3: Aufbau eines Waferäquivalents aufleitfähigem Fremdsubstrat mit leitfähigerZwischenschicht.

Antireflex-beschichtung

Emitter-kontakt

Basis-kontakt

Silicium-substrat

Basis

Emitter

BasisBasis-kontakt

Emitter Emitter-kontakt

leitfähigeZwischen-schichtAnti-

reflex-schicht

Substrat

Solarzellen


III-V Weltraum- und Konzentrator-Solarzellen

Wir entwickeln Solarzellen mitmehreren pn-Übergängen, um hoheWirkungsgrade zu erzielen. SolcheZellen werden für Satelliten im Welt-raum oder in terrestrischen Konzen-tratorsystemen eingesetzt. NebenZellen entwickeln wir auch die Kon-zentratoroptik und Nachführeinheiten.Prototypen von Konzentratormodulenwerden unter realen Bedingungengetestet.

Carsten Baur, Andreas W. Bett,Armin Bösch, Martin Breselge, Marc Chenot, Frank Dimroth, Gerrit Lange, Gergö Létay, Astrid Ohm, Matthias Meusel, Sascha van Riesen, Gerald Siefer,Thomas Schlegl, Sivita Wassie

Metallorganische Gasphasen-Epitaxie (MOVPE)Die Basis für die Herstellung vonSolarzellen aus III-V Halbleitermateri-alien ist die geordnete Abscheidungauf einem Substrat: die Epitaxie. AlsAusgangsstoffe dienen bei uns metall-organische- und Hydrid-Verbindungen.In einem kommerziellen, industrie-tauglichen Reaktor der Firma AixtronAachen (2600G3), können bis zu acht4-Zoll-Substrate beschichtet werden.Abbildung 1 zeigt ein Schema dervon uns eingesetzten Anlage. Durchdie hohe Anzahl von metallorgan-ischen Quellen können wir vieleunterschiedliche III-V Halbleiterwachsen lassen. In diesem Jahr habenwir die Anlage nochmals wesentlicherweitert. Besonderes wichtig ist, dasswir mit der Charakterisierungs-methode EpiRas nun das Wachstums-verhalten in-situ beobachten können.Somit verstehen wir den Abscheide-prozess besser und können ihnschneller optimieren. Aufgrund vondetektierten Oszillationen bestimmenwir die Wachstumsrate nun direkt. EinBeispiel für den zeitlichen Verlauf der

Reflexion bei einer festen Wellenlängeist in Abbildung 2 gezeigt.

Wir nutzen EpiRas auch zur Analyseder Substratoberfläche vor undwährend des Wachstums und um dieRun zu Run Reproduzierbarkeit zuprüfen.

Abb. 2: Beispiel einer EpiRas-Messung. Die Auswertung der Oszillationen ermöglicht eine in-situ Wachstumsratenbestimmung. Die gezeigten Oszillationen sind eine Folge von Lichtreflexionen an Grenzflächen vonMaterialien mit unterschiedlichem Brechungs-index.

Abb. 1: Schema der am Fraunhofer ISE verwendeten AIX2600 MOVPE Anlage. Beachtenswert ist die hohe Anzahl der Ausgangsquellen und die Möglichkeit für eine in-situ Analyse (EpiRas).

Prozesspumpe

Scrubber

Filter

Vent-Leitung

Reaktor

Run-Leitung

EpiRas

Suszeptor mitSubstraten

0 500 1000 1500 2000Zeit [s]

0.4319 nm/s

GaAs buffer p-Al0.5Ga0.5InP

Rel.

Refle

ktio

n be

i 2.5

eV

4

3

2

1

0


Solarzellen

Tripelzellentwicklung fürWeltraumsolarzellenEin Schwerpunkt unserer Arbeiten wardie Entwicklung industrietauglicherProzesse für monolithische Tripelsolar-zellen. Dazu wachsen wir mittels derMOVPE eine aufwändige Schichten-folge aus GaInP und GaInAs auf einGe-Substrat. Während dieses Wachs-tums entsteht im Ge selbst ein pn-Übergang. Die einzelnen Zellen ausGaInP, GaInAs und Ge sind interndurch Tunneldioden in Serie ge-schaltet. Wir erzielten dieses Jahr über25% Wirkungsgrad unter dem extra-terrestrischen Sonnenspektrum AM0(Abbildung 3). Das ist europäischerRekord.

FLATCON®-Module FLATCON® steht für »Fresnel Lens All-Glass Tandem Cell Concentrator« undbeschreibt so unsere Entwicklungenim Konzentrator-Modulbau. DieFresnellinsen prägen wir als konzen-trierende Optik direkt in einen dünnenSilikonfilm. Das Verfahren haben wirzusammen mit dem Ioffe-Institut, St.Petersburg, Russland, entwickelt. DasModulgehäuse besteht komplett ausGlas. Als Konzentratorsolarzellensetzen wir GaInP/GaInAs-Tandemzellenein. Sie haben einen Durchmesser von2 mm und sind für 500fache Konzen-tration optimiert. In einem Modulwerden 48 Zellen verschaltet. ZweiModule, montiert auf einer Nach-führeinheit, sind in Abbildung 4gezeigt.

Mit den FLATCON®-Modulen habenwir über 22% Wirkungsgrad unterrealen Anwendungsbedingungen, d.h.ohne Temperaturkorrektur gemessen.Die Modultemperatur war circa 25 °Chöher als die Umgebungstemperatur.Ein FLATCON®-Modul mit 768 cm2

Aperturfläche hat bei 759 W/m2 Ein-strahlung über 13 W elektrischeLeistung erzeugt (Abbildung 5).

Für die finanzielle Unterstützungunserer Arbeiten im Bereich der Welt-raumsolarzellen bedanken wir uns beiESA-ESTEC, dem Deutschen Zentrumfür Luft- und Raumfahrt (DLR) und derRWE Space Power Solar GmbH. DieEntwicklungen im Bereich der Konzen-tratorsolarzellen werden durch dasBundeswirtschaftsministerium, dasLand Baden-Württemberg und RWESpace Power Solar GmbH gefördert.

Abb. 3: IV-Hell-Kennlinie einer 4 cm2 mono-lithischen GaInP/GaInAs/Ge Tripelzelle für dasextraterrestrische AM0 Spektrum. η=25.5%,FF=86.8%, Isc= 16.02 mA/cm2, Voc=2.51 V.

Abb. 4: FLATCON®-Module montiert auf der Nachführeinheit auf dem Dach des Fraunhofer ISE.

Abb. 5: Die in Abbildung 4 gezeigten FLAT-CON®-Module haben einen Wirkungsgrad von über 22.7% bei einer Einstrahlung von759 W/m2 und einer Umgebungstemperaturvon 17.5 °C.

0 4 8 12 16 Spannung [V]

Leis

tung

[W

]

16

12

8

4

0

1600

1200

800

400

0

Stro

m [

mA

]

0 1 2 Spannung [V]

Stro

m [

mA

]

60

40

20

0

Solarzellen


Lebensdauerspektroskopie zurAnalyse von Defekten in Silicium

Lebensdauerspektroskopie ist einerelativ neue, besonders aussage-kräftige Methode zur Analyse vonrekombinationsaktiven Defekten inSilicium. In unserer Gruppe konnten in jüngerer Zeit entscheidende Fort-schritte bei der Nutzung dieserTechnik erzielt werden.

Stefan Glunz, Patrick Lichtner, Stefan Rein, Wilhelm Warta

Mehr als 90% der weltweit gefertig-ten Solarzellen sind aus kristallinemSilicium. Ein wichtiger Ansatzpunkt fürdie Reduktion der Produktionskostenist eine Steigerung des Zellwirkungs-grades. Da die Materialqualität hierbeieine entscheidende Rolle spielt, ist dieAnalyse von elektrisch aktiven Defek-

ten, die während der Siliciumher-stellung oder während des Solarzellen-prozesses erzeugt werden, von zen-traler Bedeutung. »Deep-Level Trans-ient Spectroscopy« (DLTS) gilt allge-mein als eine der empfindlichstenMethoden, um auch geringe Kon-zentrationen elektrisch aktiver Defektezu detektieren und zu analysieren.Dennoch können auch Defektkon-zentrationen unterhalb der Nachweis-grenze von DLTS die Ladungsträger-lebensdauer stark beeinflussen. DieLadungsträgerlebensdauer ist diemittlere Zeit, die ein zum Beispieldurch Licht erzeugter Minoritäts-ladungsträger nach Abschalten desLichts »überlebt«.

Aufgrund der hohen Empfindlichkeitder Ladungsträgerlebensdauer aufelektrisch aktive Defekte eignen sichLebensdauermessungen besonders zurUntersuchung der Materialqualität.Neben der rein qualitativen Analysekönnen die Defekte auch direktidentifiziert werden, wenn die Ab-hängigkeit der Ladungsträgerlebens-dauer von der Temperatur und derLadungsträgerdichte analysiert wird.Diese Methode ist unter dem NamenLebensdauerspektroskopie bekanntund wird erst seit kurzem von einigenführenden Photovoltaikgruppeneingesetzt.

Da sie im Gegensatz zur DLTS kon-taktlos funktioniert, können sowohlDefekte, die bereits im Siliciumaus-gangsmaterial vorhanden sind alsauch solche, die erst durch den Solar-zellenprozess ungewollt »einge-schleust« werden, besonders einfachanalysiert werden. Das liefert wichtigeInformationen für die Weiterenwick-lung von Silicium-Solarzellen.

Insbesondere bei der temperaturab-hängigen Lebensdauerspektroskopie(TDLS) konnten wir in der letzten Zeitentscheidende Fortschritte erzielen.Grundprinzip dabei ist, dass dieRekombinationsaktivität eines Defektsmit steigender Temperatur abnimmtund damit die Lebensdauer ansteigt.Trägt man nun die gemesseneLadungsträgerlebensdauer dividiertdurch die Temperatur in einemArrhenius-Plot gegen die inverseTemperatur 1/T auf, so ergibt sich fürhöhere Temperaturen ein linearerAbschnitt, dessen Steigung direktproportional zum Energieniveau desDefekts im untersuchten Material ist.Das Energieniveau eines Defekts in derBandlücke ist aber wiederum derwichtigste »Fingerabdruck«, um ihnzu identifizieren.

Abbildung 1 zeigt eine typische TDLS-Messung. Der lineare Bereich beihohen Temperaturen ist gut zu er-kennen. Seine Steigung »verrät« dasEnergieniveau des gesuchten Defekts,in diesem Fall 0.335 eV. Darüberhinaus können wir dank unserer neuentwickelten Auswertungsroutine ausder TDLS-Messung entscheidendeInformationen über die Einfangquer-schnitte des Defekts gewinnen. Sokönnen wir den Defekt eindeutigbestimmen, in dieser Probe Molybdän.

Wir haben die Methode schon anvielen Defektarten (Fe, Cu, Ni, Mo, ...)erfolgreich angewendet und besitzenmit ihr eine Technik, die es nicht nurerlaubt, festzustellen, dass etwas beider Herstellung des Siliciumkristallsoder der Solarzelle »schief« gegangenist, sondern auch was!

Abb. 1: Ergebnis einer TDLS-Messung an einerMolybdän-verunreinigten Siliciumprobe.

Lebe

nsda

uer

/ T

[µs

/ K

]

2.0 2.5 3.0 3.5 4.01000 / T [1 / K]

250°

C20

0°C

150°

C

100°

C

50°C

0°C

-50°

C

1

0.1

0.01

Molybdän-verunreinigtes p-Typ Silicium

E=0.335 eV


Solarzellen

Analyse örtlich verteilter Verluste inSilicium-Solarzellen

Wir haben im letzten Jahr den Zu-sammenhang zwischen der Material-qualität von multikristallinem Silicium,deren Veränderungen im Solarzellen-prozess und dem Ertragsverhalten derSolarzellen untersucht. Dabei sind unswesentliche Schritte bei der Umset-zung der Erkenntnisse in die industri-elle Praxis gelungen.

Martin Hermle, Jochen Dicker, Jörg Isenberg*, Stephan Riepe, Roland Schindler, Martin Schubert,Wilhelm Warta

Für Solarzellen aus einkristallinemSilicium existiert mit dem Solarzellen-simulator PC1D ein hervorragendesWerkzeug, um die Ertragseigen-schaften aus Materialqualität undtechnologiebedingten Parametern zuberechnen und damit auch das Po-tenzial eines Materials abzuschätzen.PC1D ist jedoch ein eindimensionalerSimulator, d.h. laterale Homogenitätaller Eigenschaften ist vorausgesetzt.Bei Solarzellen aus multikristallinemMaterial zeigt oft bereits die Qualitätdes Ausgangsmaterials extremeSchwankungen. Aber auch beiSolarzellen aus einkristallinem Materialtreten in einem realen industriellenHerstellungsprozess lokale Problem-stellen (Kurzschlüsse, erhöhte Quer-leitungsverluste) auf.

Wir arbeiten mit Partnern aus For-schung und Industrie an der Ent-wicklung eines Programmpakets, dasdie bewährten Möglichkeiten vonPC1D auf lateral inhomogene Solar-zellen erweitert. Die entsprechenden

Programme zur zweidimensionalenSimulation haben wir in Forschungs-versionen bereits erstellt. Sie werdenjetzt an Zellen aus verschiedenenSchritten der Zellproduktion vonIndustriepartnern getestet. Paralleldazu gestaltet ein Softwareentwicklerdas Programmpaket zu einer nutzer-freundlichen, vermarktungsfähigenVersion um.

Wir arbeiten auch an den notwen-digen Messinstrumenten, um verläss-liche Daten für die Prozesskontrolle zuerhalten. Wir qualifizierten die imletzten Jahr eingeführte neue Lebens-dauermesstechnik CDI (Carrier DensityImaging) erfolgreich für den Einsatzan realen Proben aus industriellerSolarzellen-Herstellung. Einenwichtigen Zwischenschritt in derProduktion bildet die Emitterdiffusion.Nach diesem Schritt sind bei denWafern wesentliche prozessbedingteÄnderungen der Trägerlebensdauererfolgt, teure Folgeschritte könnenaber noch vermieden werden, fallsminderwertiges Siliciummaterialaussortiert wird.

Wir können nun mit CDI Emitter-diffundierte Wafer messen. Dabeihaben wir den wesentlichen Vorteilder Technik, die extrem kurze Messzeitim Vergleich zu anderen ortsauflösen-den Verfahren, erhalten. Ein Beispielfür eine CDI-Lebensdauermessung aneinen 100 x 100 mm2 großen multi-kristallinen Wafer mit beidseitigem,hochdotierten Emitter zeigt dieAbbildung 1, die Messzeit war 100 s.

Den Einfluss der Temperaturbelastungbeim Solarzellenprozess haben wir anGruppen paralleler Wafer untersucht .Sie waren bei unterschiedlichen Tem-peraturen mit industrieüblicher Emit-terdiffusion prozessiert und nach Ent-fernen der hochdotierten Schichtenoberflächenpassiviert worden.

Abb. 2: Lebensdauerverteilungen nachEmitterdiffusion bei 830, 875, 900 bzw. 925 °Cfür Material aus dem oberen Bereich eines mc-Si-Blockes.

Abbildung 2 zeigt Beispiele vonHäufigkeitsverteilungen (ermittelt ausCDI-Lebensdauerbildern).

Die Ausgangs-Lebensdauer von 1.5 µskonnte hier bereits bei der niedrigstenTemperatur deutlich verbessert wer-den. Bei höheren Diffusionstempera-turen tritt zunehmend Degradationauf. Mit verbesserter Solarzellentech-nologie werden solche Effekte immerwichtiger werden. Wir können Materi-alherstellern Erfahrungen und appara-tive Möglichkeiten zur Optimierungihres Kristallisationsprozesses anbieten.

Die Arbeiten wurden im EU ProjektPORTRAIT (Solar Cell PerformanceOptimisation Relating Process Trackingby Imaging Techniques withModelling) gefördert.


1 gefördert durch das BMWi im Projekt »KOSI«

0 20 40 60 80 100eff. Lebensdauer [µs]

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

Häu

figke

itsve

rtei

lung

[a.

u.]

20 40 60 80 100

x [mm]

τ eff[µs]y

[mm

]100

80

60

40

20

Abb. 1: CDI-Lebensdauermessung an einemEmitter-diffundierten Wafer.

Solarzellen


Kontaminationsarmer Transport fürdie industrielle Hochtemperatur-prozessierung von Silicium-Solarzellen

Zusammen mit der Firma Centrothermentwickeln wir ein neuartiges Systemzum Transport von Siliciumscheibendurch Hochtemperaturstrecken ins-besondere für die Phosphordiffusion.Durch den Einsatz des Transport-systems können wir die Kontamina-tionsprobleme von Siliciumscheiben inDurchlauföfen drastisch reduzierenund erreichen auf industriellemmultikristallinen SiliciummaterialWirkungsgrade von über 15%.

Daniel Biro, Gernot Emanuel, Andreas Grohe, Marc Hofmann,Dominik Huljic, Christopher Kopisch,Jochen Rentsch, Isolde Reis, Eric Schneiderlöchner, Wolfram Sparber, Winfried Wolke,Ralf Preu

In den letzten vier Jahren hat sich diekristalline Silicium-Solarzelle zu einemMassenprodukt entwickelt. Weltweitwerden pro Jahr deutlich über 100Millionen Stück hergestellt. Einesolche Massenfertigung legt die Ver-wendung von Produktionsverfahrenmit gutem Materialfluss nahe. Unterdiesem Gesichtspunkt wird idealer-weise »in-line« gefertigt, d.h. dieScheiben bewegen sich kontinuierlichdurch die Fertigungsstationen underfahren dabei ihre Prozessierung.

Nicht immer lassen sich mit kontinu-ierlichen Technologien die gleichenErgebnisse wie mit der simultanenProzessierung großer Scheiben-Stück-zahlen erreichen. Ein Beispiel war bis-her die Erzeugung des Emitters. Erwird durch den Einbau von Phosphor-atomen in den oberflächennahenBereich der Siliciumscheiben gebildet.Dazu werden sie dünn mit einemphosphorhaltigen Dotierstoff be-schichtet. Anschließend wird dieScheibe auf eine Temperatur vonungefähr 850–900 °C erhitzt. Dabeidiffundieren – beabsichtigt –Phosphor, aber auch andere Stoffe indas Silicium. Insbesondere der Einbauvon Metallatomen in das hochreineSiliciumgitter führt zu erheblichenLeistungseinbußen bei den fertigenSolarzellen.

Aus Mangel an Alternativen wurdenfür die industrielle »in-line«-Fertigungbislang Durchlauföfen mit hochtem-peraturstabilen metallischen Trans-portkettenbändern eingesetzt. Sieerzeugen unerwünschte Kontamina-tion durch Kontakt und Abrieb.Außerdem benötigt die hohe ther-mische Masse des Kettenbandes vielZeit zum Aufheizen und Abkühlen.Dadurch steigt der Platzbedarf, dieÖfen werden sehr lang. Trotz einesdeutlich ungünstigeren Materialflussesbehauptet sich deshalb bisher die ausder Halbleiterindustrie übernommeneTechnologie der Diffusion in einemgeschlossenen Rohrofen.

An dieser Stelle setzt eine Technologiean, die wir gemeinsam mit der FirmaCentrotherm zum Patent angemeldethaben: der Hubschnurtransport.

Anstelle des metallischen Ketten-bandes verwenden wir zwei Paare vonhochtemperaturstabilen Schnüren, aufdenen die Siliciumscheiben abgelegtwerden. Die Schnurpaare sind an zwei

Trägergestellen außerhalb des Hoch-temperaturbereiches aufgehängt, dieunabhängig voneinander sowohl rund30 cm horizontal, als auch etwa 2 cmvertikal bewegt werden können. DieScheiben liegen auf dem obenliegenden Schnurpaar, das in Trans-portrichtung bewegt wird, währenddas untere Schnurpaar in gegen-läufiger Richtung bewegt wird, bis esin der Ausgangssituation angehobenwird und die Scheiben übernimmt.Der periodische Vorgang und dieAnpassung der Schnur-Geschwindig-keiten gewährleistet einen vollständigkontinuierlichen Transport.

Wir haben bereits zwei einspurigeLaboranlagen mit diesem Transport-system am Fraunhofer ISE aufgebaut.Dabei konnten wir durch Unter-suchungen der Materialqualität pro-zessierter Scheiben nachweisen, dass– im Gegensatz zum metallischenKettenband – die Kontaminationvernachlässigbar ist. Wir setzen dieAnlage deshalb jetzt standardmäßig inunserer Pilotlinie für die Diffusion ein.Dadurch konnten wir den Wirkungs-grad multikristalliner Silicium-Solar-zellen, die mit industrierelevantenVerfahren hergestellt wurden, aufüber 15% steigern.

Wegen der hohen Nachfrage derIndustrie nach Durchlauföfen mitHubschnurtransport, haben wir mitder Firma Centrotherm ein vier-spuriges System entwickelt. Dieseswird von uns als Demonstrations-anlage am Fraunhofer ISE aufgebaut.Das Bundeswirtschaftsministeriumfördert dieses Verbundprojekt, an demauch das Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie IPT und dieFirma ACR beteiligt sind. Letztere be-schäftigt sich mit der Entwicklung unddem Aufbau der Automatisierungs-komponenten.Abb. 1: Scheibenaufnahme für den

Hubschnurtransport.


Solarzellen

Labor- und ServicecenterGelsenkirchen

Auf unserer Durchlaufpilotlinie habenwir einen Herstellungsprozess fürmultikristalline Silicium-Solarzellenentwickelt und darüber hinaus zweiTexturierungsverfahren für mono- undmultikristallines Silicium in unsererProduktionslinie etabliert. Für dieMesstechnik wurde ein System zurschnellen Detektion von Shuntsentwickelt.

Nico Ackermann, Christoph Ballif,Dietmar Borchert, Markus Dabruck,Andreas Gronbach, Ali Kenanoglu,Stefan Müller, Stefan Peters,Alexander Poddey, Markus Rinio, Mark Scholz, Jörn Suthues, Roland Schindler, Gerhard Willeke,Thomas Zerres

Das Labor- und Servicecenter Gelsen-kirchen betreibt in seiner Durchlauf-pilotlinie für siebgedruckte multi-kristalline Silicium-Solarzellen einePlasmaanlage, die es erstmalig er-laubt, Abscheide- und Ätzprozesse beider gebräuchlichen Standardfrequenzvon 13.56 MHz auf einer Fläche von45 x 45 cm2 durchzuführen. Für dieAbscheidung von Siliciumnitrid ergibtsich eine Homogenität von besser als5% auf der gesamten Fläche und vonbesser als 3% auf einer 12,5 x12,5 cm2 großen Solarzelle.

Die Lichteinkopplung in die Solarzellekann deutlich verbessert werden,wenn die Oberfläche der Zelle textu-riert wird. Dazu werden u.a. aufmonokristallinem Material Zufallspyra-miden hergestellt. Dies geschiehtdurch anisotropes Ätzen mit einerheißen Kaliumhydroxid-Isopropanol-Mischung. In der Massenproduktionist diese Mischung schwierig zuhandhaben, da große MengenIsopropanol verdampfen. Wir haben

nach einer alternativen Ätzlösungohne Isopropanol gesucht. Mit einerNatriumkarbonat-Lösung, die einengeringen Anteil Natriumhydrogen-karbonat enthält, konnten wir dieReflexion genauso stark reduzierenwie mit der Standard-Kaliumhydroxid-Isopropanol-Mischung (Abbildung 1).

Während auf monokristallinemSilicium wegen der Kristallgeometrienmit alkalischen Laugen Zufallspyra-miden geätzt werden können,funktioniert dies nicht auf multi-kristallinem Silicium. Hier werdensaure Ätzlösungen eingesetzt. Wirhaben auf der Basis einer modifizier-ten kommerziellen Ätzmischung eineLösung entwickelt, die zu einemStromgewinn von 4% in multi-kristallinen Silicium-Solarzellen führt.

Der hohe Durchsatz modernerProduktionslinien erfordert mehr undmehr, dass der Hersteller auch Mess-technik vor Ort hat. Die dort installier-ten Verfahren müssen robust undeinfach in der Handhabung sein. Siemüssen schnell ein Ergebnis liefern,das eindeutig interpretierbar ist. ImLabor- und Servicecenter Gelsen-kirchen haben wir nach dem FAKIR-System zur schnellen Messung vonSchichtwiderstandsverteilungen einneues Messsystem entwickelt.

Es handelt sich um ein Shunt-Analyse-System, das innerhalb von wenigenSekunden ein Übersichtsbild über allerelevanten Shunts liefert. Das Systemarbeitet mit einer temperaturempfind-lichen Flüssigkristallfolie. Bei Anlegeneiner Sperrspannung von typischer-weise 1 bis 10 Volt kommt es nach 2 bis 3 Sekunden dort, wo Shunts ineiner Solarzelle lokalisiert sind, lokalzu einem erhöhten Stromfluss. Da-durch wird die Solarzelle an diesenStellen stärker erwärmt. Das führt zueiner sichtbaren Verfärbung der Folie

(Abbildung 2). Mit unserem Systemkönnen ohne Umrüstung desMessplatzes drei verschiedeneZellgrößen vermessen werden.

Abb. 1: Reflexionsgrad einer Silicium-Oberfläche nach dem Ätzen mit einerNatriumcarbonat-Lösung. Ätzzeit 15 min.Kleines Bild: REM-Bild einer texturiertenOberfläche.

Abb. 2: Beispielmessung mit unserem Mess-system zur Detektion von Shunts an einer 12,5 x 12,5 cm2 grossen multikristallinenSolarzelle. Die mit der Vorderseite der Solar-zelle in Kontakt gebrachte temperatur-empfindliche Flüssigkristallfolie zeigt starkeVerfärbungen insbesondere im Bereich derBusbars. Grund für die Verfärbungen sindlokale Kurzschlüsse, die durch zu starkesFeuern der Kontakte entstanden sind.

300 500 700 900 1100 Wellenlänge [nm]

Refle

xion

[%

]

50

40

30

20

10

0

Solarzellen


Farbstoffsolarzellen

Farbstoffsolarzellen basieren auf einerneuen Technologie. Im Vergleich zuherkömmlichen Solarzellen kommenvollständig andere Materialien undHerstellungsverfahren zum Einsatz. Sie haben ein hohes Kostensenkungs-potential.

Simone Baumgärtner*, Udo Belledin*,Anneke Hauch*, Andreas Hinsch,Sarmimala Hore*, Rainer Kern,Ronald Sastrawan*, Marion Schubert*, Jochen Wagner*,Uli Würfel*

Farbstoffsolarzellen sind elektro-chemische Solarzellen. Bei der Her-stellung von Farbstoffsolarzellenwerden keine Halbleitertechnologiengenutzt, sondern prinzipiell billigeDünnschichttechnologien, wie sie inder Glasindustrie eingesetzt werden.Damit haben diese Solarzellen dasPotenzial einer sehr kostengünstigenProduktion. Am Fraunhofer ISE habenwir im letzten Jahr eine Produktions-linie im Technikumsmaßstab für 30 x30 cm2 Farbstoffsolarzellenmoduleaufgebaut. Unsere Schwerpunkte sind:

- präziser Sieb- bzw. Schablonendruck(Abbildung 1)

- thermische Versiegelungstechnik mit Glasloten oder Ionomeren

- Geräte zur Strukturierung von Glasplatten

- Dispergiereinheiten zur Formulierung der Siebdruckpasten

- Stationen zum Befüllen der Zellen und Module mit Farbstoff- bzw. Elektrolytlösungen.

Wir haben ein neues Modulkonzeptfür Farbstoffsolarzellen entwickelt, dasuns, zusammen mit unserem Know-how auf dem Gebiet der thermischenVersiegelungstechnik mit Glasloten,die Entwicklung von langzeitstabilenFarbstoffsolarzellen-Modulen ermög-

licht. Es basiert auf dem monolithi-schen Zellkonzept von Farbstoffsolar-zellen (Abbildung 2). Dabei sindsowohl Vorder- als auch Gegenelek-trode der Farbstoffsolarzelle auf demvorderseitigen TCO-Glas angebracht.Die rückseitige Glasplatte dient nurnoch zur Versiegelung der Zelle undwird durch Glaslote mit dem vorder-seitigen Glas verschmolzen.

Für die Befüllung der Zellen in denModulen haben wir eine Stationentwickelt, die mit Vakuumrückfüll-technik arbeitet. Pro Zelle genügt einLoch in der Gegenelektrode, um denElektrolyten einzubringen.

Zusammen mit dem Materialfor-schungszentrum der UniversitätFreiburg arbeiten wir außerdemintensiv daran, die Effizienz von Farb-stoffsolarzellen zu erhöhen. Dabeikooperieren wir im Rahmen eineseuropäischen Projektes (NANOMAX)mit anderen führenden Forschungs-gruppen. Wir arbeiten an neuenZellkonzepten und Materialien, um dieWirkungsgrade deutlich zu erhöhen.Sie sollen auch mit der neu aufge-bauten Produktionslinie im Techni-kumsmaßstab hergestellt werden. Imletzten Jahr haben wir für diese Zellen6% Wirkungsgrad erzielt.

Abb. 1: Fertigungstechnologie Farbstoff-solarzellen: Sämtliche Schichten der Zellenwerden im Siebdruck aufgebracht.

Abb. 2: Prinzipschema des am Fraunhofer ISE entwickelten monolithischen Zellkonzepts vonFarbstoffsolarzellen: Etwa 20 Nanometer große TiO2-Kristalle bilden eine 10 µm dicke poröseSchicht, in die der photoaktive Farbstoff (rot) eingebracht ist. Als Elektronenbarriere zwischen derPhotoelektrode und der Gegenelektrode aus Graphit (grau) dient eine poröse Zirkonoxidschicht(gelb). Die rückseitige Abdeckung (hellblau) und hermetische Versiegelung der Zelle besteht auseinem dünnen Glas. In den Schichten ist ein Elektrolyt eingeschlossen, um den Transport derphotogenerierten positiven Ladungen zu gewährleisten. Die negativen Ladungen werden über einetransparent leitfähige Schicht (SnO2:F) (grün) und eine schmale Leiterbahn aus Silber (grau) aufdem vorderseitigen Glas abgeleitet.



Solarzellen

Organische Solarzellen

Auf der Suche nach kostengünstigenSolarzellen entwickeln wir amFraunhofer ISE seit kurzem auchDünnschichtsolarzellen aus reinorganischen Materialien.

Simone Baumgärtner*, Markus Glatthaar, Andreas Hinsch,Michael Niggemann, MarionSchubert*, Jochen Wagner

Die Entwicklung von OrganischenSolarzellen ist noch mit einem hohenRisiko behaftet. Doch nach demDurchbruch bei den OrganischenLeuchtdioden (LED) sind auch dieErfolgsaussichten für OrganischeSolarzellen sprunghaft gestiegen.Polymere Elektronik wird als eine derSchlüsseltechnologien des 21. Jahr-hunderts angesehen. Die Technologieist vergleichsweise neu, mit wesent-lichen Fortschritten kann mithin inkurzer Zeit gerechnet werden. In denletzten Jahren konnten bei Organi-schen Solarzellen durch gezielteKombination von elektronen- undlöcherleitenden Materialien Wir-kungsgrade bis 3% erreicht werden.

Ein wesentlicher Gegenstand unsererForschung ist die Sichtung vonMaterialien in Hinblick auf ihre Taug-lichkeit als photoaktive Stoffe. Dabeiprüfen wir, ob verschiedene Stoff-kombinationen als Elektronen-Dona-toren und Elektronen-Akzeptorengeeignet sind - entweder als Schicht-systeme oder als Stoffgemische. Wirerzeugen die Schichten sowohl durchVerdampfen im Vakuum als auchdurch Spin-coaten. Alle Systemehaben einen planaren Schichtaufbaumit der aktiven Schicht zwischen einertransparenten und einer hoch reflek-

tierenden Elektrode. Geringe Ladungs-träger-Beweglichkeiten und hoheRekombinationsraten begrenzen dieSchichtdicken auf maximal 100 bis200 nm. Diese kleinen Schichtdickenführen zu niedriger Licht-Absorptionund begrenzen so die Effizienzentscheidend. Die Abweichung desAbsorptionsspektrums der photo-aktiven Stoffe vom solaren Spektrumschränkt die Ausnutzung des Sonnen-lichts bei den derzeit verwendetenAbsorbermaterialien noch ein.

Am Fraunhofer ISE versuchen wir dieLichtabsorption durch Aufprägen vonNanostrukturen zu erhöhen (Ab-bildung 1). Dabei können wir auf dielangjährige Erfahrung des Instituts mitgroßflächiger Nanostrukturierung vonpolymeren Materialien zurückgreifen.Die Experimente werden unterstütztdurch Modellierung der elektrischenFeldverteilung in den strukturiertenAbsorberschichten mit »RigorousCoupled Wave Analysis RCWA« (Abbildung 2).

Die Arbeiten auf dem Gebiet derOrganischen Solarzellen sind einge-bunden in Aktivitäten am Material-forschungszentrum der UniversitätFreiburg. Wir haben dort eine Glove-box mit integrierter Aufdampfanlagein Betrieb genommen. Sie dient zurAbscheidung der Elektrodenflächen.Die Charakterisierung der Solarzellenerfolgt mit einem angeschlossenenSolarsimulator ebenfalls innerhalb derGlovebox (Abbildung 3).

Das Fraunhofer ISE koordiniert zweidurch das Bundesforschungsmini-sterium geförderte Verbund- undNetzwerkprojekte zu diesem Themamit universitären und außeruniversi-tären Forschungsgruppen.

Abb. 1: REM-Aufnahme des Schichtaufbauseiner strukturierten Organischen Solarzelle. ImBild von unten nach oben: Glas, transparentleitfähiges ITO, Polythiophen (PEDOT) alselektrischer Lochleiter, aktive Absorberschicht(Buckyball-Polymermischung), Aluminium alsGegenelektrode.Die Absorberschicht wurdedurch Prägen nanostrukturiert.

Abb. 2: Berechnetes Betragsquadrat der Feld-verteilung im Querschnitt einer strukturiertenOrganischen Solarzelle (Periode der Struktur =720 nm). Das Maximum der Lichtabsorptionliegt in diesem Fall in der aktiven Schicht.Gerechnet wurde mit monochromatischemLicht einer Wellenlänge von 500 nm und einemsenkrechten Einfall von unten.

Abb. 3: Herstellung der OrganischenSolarzellen in der Glovebox.


Aktive Schicht

Leitfähiges Polymer

Transparente Elektrode

[µm]

[µm]


NetzunabhängigeStromversorgungen


Überall verfügbar und sauber – netzun-abhängige Stromversorgung mit erneuer-baren Energien

Zwei Milliarden Menschen ohne Strom, eineVielzahl technischer Stromversorgungen inTelematik, Telekommunikation oder Umwelt-messtechnik sowie vier Milliarden tragbareElektronikgeräte in den Industrieländern habeneines gemeinsam: Sie alle brauchen netzunab-hängigen Strom. Den liefern regenerativeEnergien oder innovative Energiewandler wieBrennstoffzellen nach Maß. Etwa 50% der welt-weit verkauften Photovoltaikmodule gehendaher in netzunabhängige Stromversorgungen.Hier existieren derzeit die größten natürlichenMärkte für Photovoltaiksysteme, die schon heuteoft wirtschaftlicher sind als Batterien, Netz-ausbau oder Versorgung mit Dieselgeneratoren.

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

Sowohl in der ländlichen Elektrifizierung als auchbei technischen Stromversorgungen hat sich dieQualität der Komponenten und des System-designs in den letzten Jahren spürbar verbessert.Zu oft stimmen aber Qualität oder Kosten derStromversorgung noch nicht. Es wird daherzunehmend auf sorgfältige Planung, hochwerti-ge Komponenten und ausgefeilte Betriebs-führung geachtet. Dabei müssen Systeminte-gratoren und Komponentenhersteller häufig daskomplexe Zusammenspiel vieler Einflussfaktorenabschätzen. Dazu brauchen sie Spezialkenntnissezu Leistungs- und Regelungselektronik, Batterie-modellierung, Ladestrategien, Anlagenbetriebs-führung, Energiemanagement, Systemsimulationoder Sozio-Ökonomie, die wir besitzen.




Brennstoffzellen haben ein großes Potenzial alsnetzunabhängige Stromversorgungen – insbe-sondere als Mikrobrennstoffzellen in tragbarenGeräten. Ihr entscheidender Vorteil ist die hoheerreichbare Energiedichte der Speicher fürWasserstoff oder Methanol gegenüber heutigenSekundärbatterien. Das kann bei gleicher Bau-größe oder gleichem Gewicht die Betriebszeitender Geräte wesentlich verlängern. Häufig kanndie mobile Stromversorgung durch Kombinationverschiedener Energiewandler wie Solarzellen,Brennstoffzellen oder Sekundärbatterien opti-miert werden.

Für die Firmen, die sich in der ländlichen Elektri-fizierung engagieren, sind neue Geschäftsmo-delle und angepasste Strategien zur Markter-schließung wichtig. Auch größere Elektrifizie-rungsprogramme berücksichtigen immer stärkersozio-ökonomische Faktoren. Das sichert einennachhaltigen Aufbau von Vertrieb und Service –und damit den langfristigen Betrieb der aufge-bauten Systeme. Wer die Märkte der ländlichenElektrifizierung erschließen will, muss deshalbsozio-ökonomische Methoden und Erkenntnissein Unternehmensplanung und Produktdesigneinfließen lassen.

Im Geschäftsfeld »Netzunabhängige Stromver-sorgungen« unterstützen wir Komponenten-hersteller, Systemintegratoren, Planer undDienstleister durch unsere Kompetenzen in denBereichen:

- Elektronikentwicklung- Batteriemodellierung- kleine Brennstoffzellen - Hocheffiziente Solarmodule zur

Geräteintegration- Systemauslegung und -optimierung- Systembetriebsführung und

Energiemanagementsysteme- Trink- und Brauchwasser-Aufbereitungssysteme

und entsprechende Technologien- Sozio-Ökonomie.

Für unsere Entwicklungsarbeiten stehen unsunter anderem folgende Einrichtungen zurVerfügung:

- Wechselrichterlabor - hochpräzise Leistungsmessgeräte für

Wechselrichter und Laderegler - Präzisionsmessgeräte zur Charakterisierung

von induktiven und kapazitiven Bauelementen - Messkabine für elektromagnetische

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

elektronische Lasten- Entwicklungsumgebungen für Mikrocontroller

und Digitale Signalprozessoren (DSP)- Lichtmesslabor - 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

Trinkwasseraufbereitungssysteme- parallele Linux-Farm für Optimierungs-

rechnungen komplexer Systeme.



Ansprechpartner

Systeme zur netzunabhängigen Dipl.-Phys. Dirk Uwe Sauer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 19Stromversorgung E-Mail: [email protected]

Systemkomponenten: Dipl.-Phys. Dirk Uwe Sauer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 19Speicher E-Mail: [email protected]

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

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

Systeme und elektrische Verfahren zur Dipl.-Ing. Ulrike Seibert Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 40Wasserentsalzung 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]

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

Hocheffiziente Solarmodule für Dipl.-Phys. Helge Schmidhuber Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 93die Geräteintegration E-Mail: [email protected]


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


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

PV-Hybrid-Dorfstromversorgung in Cal Peraire in Spanien. Im Rahmen des EU-Projektes MSG (Multi-User Solar HybridGrids) wurde die Anlage mit einer soziotechnischen Strategiegeplant und umgesetzt.

Batteriemessungen im Prüflabor zur Entwicklung vonBatteriebetriebsstrategien (Beitrag S. 55, Servicebereiche S. 90).

Regelungsplatine mit einer 50 W Brennstoffzelle zur autarkenEnergieversorgung eines Laptops (Beitrag S. 56, Beispiel fürdie Integration in einen Laptop - siehe Abbildung Titelseite).

Nachweis der Desinfektions- und Entsalzungsleistungen einerdezentralen Trinkwasseraufbereitungsanlage.



Ergonomische Kommunikations-Schnittstelle für PV-Systeme amBeispiel eines Displays fürPrepayment-Systeme

Für ein Photovoltaik-Kompaktsystem,das für Energiedienstleistungen innetzfernen Gebieten entwickelt wird,haben wir ein Display entworfen. Esgenügt Kriterien von Wahrnehmungs-psychologie und Ergonomie und dientals Schnittstelle zwischen technischemSystem und Nutzer. Durch die Kombi-nation von sozialwissenschaftlicherund technischer Kompetenz wurdenhier sowohl die Anforderungen derNutzer und des technischen Systemsgleichermaßen berücksichtigt.

Norbert Pfanner, Maria Xesus BelloRivas, Dirk Uwe Sauer, Sebastian Will*

Das Solar Home Kompaktsystembesteht aus einem externen Modulund einer in ein Gehäuse integriertenBatterie mit zugehöriger Ladeelek-tronik. Dadurch kann die Ladere-gelung an die Batterie angepasst, dasSystem vor Manipulation geschütztund der Installationsaufwand erheb-lich verringert werden. Installations-fehler sind so gut wie ausgeschlossen.

Das System arbeitet im Prepayment-Verfahren: Der Energie-Nutzer bezahltvorab wie bei einer Telefonkarte dieDienstleistung, die dann von einerChipkarte abgebucht wird.

Ein wesentlicher Aspekt ist dieKommunikation mit dem Nutzer, umihn über den Zustand des Systems zuinformieren. Das dafür konzipierteDisplay soll dem Nutzer einen hohenBedienungskomfort bieten und dienotwendige Information über denBetriebszustand visualisieren:

- um seinen Verbrauch optimal zu steuern, benötigt der Nutzer Information über den technischen Systemzustand (Batterie- und Ladezustand)

- eine Anzeige zur Fehlerdiagnose kann die Kosten für Wartung und Reparaturen (Fahrtkosten) reduzieren – ist für den Nutzer klar zu erkennen, was die Ursache eines Systemausfalls ist, steigt auch die Akzeptanz von Seiten des Endnutzers

- der Nutzer kann den Energie-konsum gut mit seinen finanziellen Ressourcen abstimmen, wenn ihm das Prepayment-Guthaben angezeigt wird

- eine Rückmeldung über positive sowie negative Effekte seines Verhaltens ermöglichen dem Nutzer Lernen im Systembetrieb.

Die Anzeige wurde nach ergono-mischen und wahrnehmungspsycho-logischen Kriterien gestaltet. Dabeiachteten wir besonders darauf, dassdie visualisierte Information an vor-handenes Wissen der Anwender an-knüpft. Wir wollten die Oberflächeder Anzeige mit bestehenden Vor-stellungen der Nutzer kompatibelmachen. Kompatibilität verstehen wirals Grad an Übereinstimmungzwischen den Strukturen im seman-tischen Gedächtnis der Bediener undden von ihnen geforderten Hand-lungen. Eine Schulung bei Inbetrieb-nahme der PV-Systeme fördert dieseKompatibilität.

Das Display ist so gestaltet, dass derNutzer alle relevanten Informationenauf einen Blick erfassen kann. EineVerunsicherung des Nutzers durchunvorhergesehene Anzeigen wirdvermieden.

Das PV-Kompaktsystem wird feder-führend von der Firma Steca ent-wickelt. Um eine Balance zwischenProduktionskosten und Ergonomie zuerreichen, entschied sich Steca inAbstimmung mit Fraunhofer ISE unddem Energiedienstleister Afrisol(Marokko) für eine Anzeige, in derPiktogramme die Funktionen Batterie-zustand, Wartungsservice und Konto-stand symbolisieren, und grüne, gelbeund rote LED´s den aktuellen Zustandanzeigen (Vorstudie in Abbildung 1).

Als nächste Schritte unserer sozio-technischen Strategie werden wir diePilot-Feldeinführung mit einer Studieüber die Akzeptanz des Kompakt-systems und des kundenspezifischenDisplays begleiten. Dieses Vorgehenermöglicht die Produktoptimierungund Ausweitung der Produktein-führung.


(benötigter Service)

(Kontostand, bzw.Chipkauf von Nöten)

(Ladestatus undBatteriezustand)

(Lastzustand: Überlast)

Abb. 1: Planungs-Entwurfder kundenspezifischenSystemanzeige.



Exportoffensive zu Produkten undDienstleistungen für die ländlicheElektrifizierung

Der Johannesburg-Gipfel hat dieländliche Elektrifizierung in denMittelpunkt der weltweiten Ent-wicklungspolitik gerückt. Angesichtsdieser Herausforderung einerseits undstark steigender Produktionskapazi-täten für Photovoltaikmodule anderer-seits, wird es Zeit, diese Exportmärktefür die deutsche Industrie effektiver zuerschließen. Diesem Ziel widmen sichzwei vom Fraunhofer ISE unterstützteInitiativen.

Sven Kreitz, Werner Roth, Dirk Uwe Sauer, Nicole Seibel, Irina Wellige

Die Versorgung ländlicher Gebiete mitEnergie und Wasser wurde auf demJohannesburg-Gipfel als zentrale Auf-gabe der Weltgemeinschaft in dennächsten Jahren verabschiedet. Rundzwei Milliarden Menschen leben heuteohne Zugang zu diesen Ressourcen.

Industrie und Forschung in Deutsch-land haben exzellente Produkte zurLösung dieser Versorgungsaufgabenzu bieten. Bis heute ist aber geradefür klein- und mittelständische Unter-nehmen (KMU) der Zugang zu denMärkten in Entwicklungs- undSchwellenländern schwierig. Ursachendafür sind zum einen die schwierigenMarktbedingungen, die hohe Investi-tions- und Vorlaufkosten nötigmachen und von KMU kaum aufzu-bringen sind. Zum anderen wird dieinternationale Konkurrenz aus vielenIndustrieländern durch deren jeweiligenationale Politik intensiv unterstütztund hat dadurch erhebliche Wettbe-werbsvorteile. Zentrales Elementdieser Unterstützung ist dabei eineenge Verknüpfung zwischen Ent-

wicklungshilfe einerseits und Förde-rung der eigenen Wirtschaft anderer-seits.

Das Fraunhofer ISE entwickelt seitvielen Jahren Technologien und sozio-ökonomische Methoden für den Ein-satz in Entwicklungs- und Schwellen-ländern und setzt sie in Projekten vorOrt ein.

Die dabei gewonnenen Erfahrungennutzen wir, um Firmen beim Eintritt indie Märkte der ländlichen Elektrifizie-rung zu unterstützen. Die Arbeitensind in zwei zentralen Aktivitätengebündelt:

1. Club zur ländlichen Elektrifizierung C.L.E.

2. Erschließung der Weltbank für Unternehmenskonsortien

C.L.E. ist ein Zusammenschluss vonüberwiegend KMU im deutsch-sprachigen Raum. Der Beitritt zu C.L.E.steht allen Unternehmen offen, dieein aktuelles oder zukünftiges Ge-schäftsfeld im Bereich der ländlichenElektrifizierung vor allem in südlichenLändern außerhalb Europas sehen.Zentrale Aktivitäten sind politischeLobbyarbeit, Kommunikation undInformationsbeschaffung, Unter-stützung bei der Akquisition vonWeltbankprojekten und Aufbau vonKontakten mit langfristiger Wirkung inden Zielländern.

Das Fraunhofer ISE ist Mitglied imC.L.E. und führt als Geschäftstelle dieTagesgeschäfte. In dieser Rolle sindwir in stetigem Kontakt mit Minister-ien, den Durchführungsorganisationender Entwicklungshilfe und der von derBundesregierung eingerichtetenExportinitiative. Dadurch verleihen wirden Firmen und dem speziellen Markt-segment eine Stimme. Ziel der Aktivi-

täten ist eine Verbesserung der Wett-bewerbssituation für deutsche Unter-nehmen und gleichzeitig die Entwick-lung von nachhaltigen Konzepten fürdie ländliche Elektrifizierung. Dieskann unserer Meinung nach nur durcheine enge Verbindung zwischenöffentlicher Entwicklungshilfe undprivatwirtschaftlichem Engagementerreicht werden. Weitere Informa-tionen zu C.L.E. finden Sie unterwww.cle-export.de .

Vor allem KMU fällt es sehr schwer,bei der Weltbank erfolgreich Projektezu akquirieren. Bei einem jährlichenKreditvolumen zwischen 700 Milli-onen und einer Milliarde US-Dollar,das die Weltbank für die ländlicheElektrifizierung bereitstellt, bleibendamit erhebliche wirtschaftliche Po-tenziale ungenutzt. Daher hat dieFraunhofer-Gesellschaft mit siebenihrer Institute und der Unterstützungdes Bayerischen Staatsministeriums fürWirtschaft, Verkehr und Technologiedie Gemeinschaftsinitiative »Erschlie-ßung der Weltbank für Unterneh-menskonsortien« gegründet und zuBeginn des Jahres 2002 gestartet. ImRahmen der Initiative werden die demFirmenpool beigetretenen Unterneh-men z. B. bei der Lobbyarbeit, bei derIdentifikation von aussichtsreichenAusschreibungen und beim Abgleichder Kompetenzen des Unternehmensmit Weltbank-Projekt-Anforderungenunterstützt.

Eine gemeinsame Imagebroschüre sollden Kontakt zu Zielländern und Ver-tretern der Weltbank vereinfachen.Mit direkter Unterstützung desFraunhofer ISE werden vollständigeAngebote erstellt und eingereicht.Weitere Informationen zu dieserInitiative finden Sie auf der Inter-netseite wb.iitb.fhg.de .

http://www.cle-export.de

http://wb.iitb.fhg.de/



Erfahrungen aus zehn Jahrenländlicher Elektrifizierung fürUnternehmen nutzbar machen

Die Integration neuer Energietech-nologien in ländliche Regionen kannnur gelingen, wenn kulturelle undsozio-ökonomische Bedingungen vonAnfang an berücksichtigt werden.Unternehmen müssen diese Bedin-gungen bewerten können und in ihreProjektarbeit mit einbeziehen. Umdieses Know-how Beteiligten aus derSolarindustrie zu vermitteln, arbeitenSozialwissenschaftler und europäischeFirmen, die sich mit ländlicher Elektri-fizierung befassen, gemeinsam einentsprechendes Trainingsprogrammaus. Das Training wird in Unterneh-men durchgeführt und evaluiert.

Dirk Uwe Sauer, Mark Ullrich, GiselaVogt, Sebastian Will*

Der Markt der ländlichen Elektrifizie-rung mit netzfernen Photovoltaik-Systemen bietet heute ein theore-tisches Marktpotenzial von mehreren100 Millionen Euro.

Bei der Elektrifizierung des ländlichenRaums überwiegen bisher häufigtechnokratische Herangehensweisen.Dabei wird »Technologie« oft mit»ländlicher Entwicklung« gleichge-setzt. Entsprechend dominiert imUmgang mit Nutzern ein funktional-deterministisches Menschenbild solcheProjekte. Meistens begrenzen aber

gerade nicht-technische Probleme eineschnellere Verbreitung dezentralerphotovoltaischer Stromversorgung.Wesentlicher Grund dafür ist diemangelnde Anpassung der PV-Techno-logien und Markterschließung an be-stehende soziale, kulturelle und sozio-ökonomische Strukturen.

Eine Analyse von Projektberichten derletzten zehn Jahre zeigt in vielenFällen folgende Defizite:

- unzureichende Kenntnis der lokalen Kultur und sozialen Bedingungen führen zu einer Diskrepanz zwischenEnergiebedarf und Möglichkeiten der realisierten PV-Systeme

- unzureichende Analysen der Einkommensstrukturen führen zu Finanzierungsmodellen mit hohem Risiko

- mangelhafte Schulungen der Endnutzer führen zu nicht sachgemäßem Gebrauch wie Überbrückung von Einrichtungen zur Verbrauchsbegrenzung oder Überlastung einzelner Komponenten

- fehlende Investitionen in die Infrastruktur und Ausbildung von lokalem Personal für Wartung, Service und Vertrieb führen zu massiver Einschränkung des Langzeit-Betriebs.

Um diese Defizite zu eliminieren, ent-wickelt das Fraunhofer ISE gemeinsammit Partnern1 aus Sozialwissenschaf-ten, den Praktikern vor Ort und derIndustrie ein »Train the Trainer«-Kon-zept, mit dem Unternehmen die be-nötigten Kompetenzen zur Bewertungvon sozio-ökonomischen und kultu-rellen Gegebenheiten erlernen. Da-rüber hinaus vermitteln wir, wie sie dieErgebnisse der Bewertung nutzenkönnen, um PV-Energiesysteme sozio-ökonomisch angepasst und nachhaltigzu implementieren. Erst die Koopera-tion von felderfahrenen Sozialwissen-

schaftlern und technischen Praktikernermöglicht die zielgruppenspezifischeEntwicklung der Trainingsinhalte.

Die Trainingskurse werden bei jedemIndustriepartner abgehalten undwissenschaftlich evaluiert. Danachsteht das Trainingsangebot allenFirmen offen, wobei aus einemThemenkatalog ausgewählt werdenkann. Ein Beispiel dafür ist der lokaleEnergiebedarf – er wird bisher durchdie Erfassung der vorhandenenelektrischen Verbraucher geschätzt.Da diese Methode kaum verlässlicheSchätzungen ermöglicht, lernen dieTeilnehmer, den jeweiligen Energie-bedarf unter Einbeziehung des lokalensozio-ökonomischen Kontexts zu beurteilen. Ein weiteres Beispiel ist dieAuswahl von Mitarbeitern – einequalifizierte Analyse und Beurteilungder lokalen Gegebenheiten sowie derKonzeption des Projekts, hilft denUnternehmen, die geeignetstenMitarbeiter für Installations- undWartungsaufgaben vor Ort auszu-wählen.

Bewährte Empfehlungen für Marke-ting und eine Einführung in dieNutzung von PV-Systemen gehörenebenso zu den Trainingsinhalten wieder Aufbau einer vertrauensvollenBeziehung zwischen den beteiligtenProjektteilnehmern. Schließlich werdenAnsätze und »Werkzeuge« für konti-nuierliches Monitoring und Follow-upStudien vermittelt, so dass die Firmenden technischen, sozialen undfinanziellen Erfolg beurteilen können.

Die Arbeiten finden im Rahmen desProjekts SOPRA RE statt, das von derEuropäischen Union gefördert wird.

Abb. 1: Installation einer PV-Hybridanlage in Indonesien.


1 Die Partner im SOPRA-RE Projekt: BP Solar, Total Energie, ATERSA, Trama Tecno Ambiental, Vergnet, ECN und Universität Carlos III. in Madrid



Neue Ladeverfahren für Batterienin autonomen Stromversorgungen

Batterien sind in autonomen undnetzfernen Stromversorgungssystemeneine zentrale Komponente. Bis heutewerden überwiegend Bleibatterieneingesetzt. Wir entwickeln hocheffektive Ladeverfahren, um dieoftmals als mangelhaft empfundeneLebensdauer der Batterien zu ver-längern.

Georg Bopp, Rudi Kaiser, Dirk Uwe Sauer

Bleibatterien sind aufgrund ihresguten Preis-Leistungsverhältnissesderzeit und wohl auch in absehbarerZukunft die meist-verwendeteBatterieart in stationären autonomenStromversorgungssystemen. Erheb-liche Belastungen im Teilzyklenbetrieb,unregelmäßige Vollladungen undungeeignete Ladeverfahren verkürzendie Batterie-Lebensdauer oft unnötig.

Nicht nur in autonomen Stromver-sorgungen werden heute vieleBatterien ausgetauscht, obwohl derirreversible Kapazitätsverlust nochnicht kritisch ist. Allerdings kann es zueiner erheblichen Anreicherung anreversiblen Sulfaten kommen, die her-kömmliche IU-Ladeverfahren (Kon-stantstrom/Konstantspannung) nichtauflösen können. Für den Nutzerergibt sich daraus momentan eineerheblich reduzierte Kapazität.

Sowohl im Feld als auch in unserenLabors konnten wir zeigen, dass mit Konstantstromnachladungen (Ia-Phase), vor allem bei Bleibatterienmit festgelegtem Elektrolyten, diereversiblen Kapazitätsverluste nahezuvollständig wieder ausgeglichenwerden können. Abbildung 1 zeigtdies anschaulich: Erst drei Ladungenmit Konstantstromnachladung (Ia-Phase) führen bei einer alten

Batterie zu einer Rückführung aufNennkapazität. Bei weiterem Betriebmit Standardladeverfahren blieb dieKapazität stabil auf dem Nennwert.Der Prüfling war hier eine Batterienach fünf Jahren Lagerung ohneBetrieb. Die dabei auftretende Sul-fatierung entspricht den Problemen,die auch bei einem typischen Betriebim Feld auftreten, z. B. wenn Batterienim Teilzyklenbetrieb nur unvollständiggeladen werden.

Auch bei Felduntersuchungen inZusammenarbeit mit dem Batterie-hersteller »Deutsche Exide Standby«konnten wir durch verbesserte Lade-verfahren die Lebensdauer verlängern.In einem Feldtest mit 16 Systemen mitverschlossenen Bleibatterien haben wir verschiedene IU- und IUIa-Lade-verfahren untersucht. Dabei konntegezeigt werden, dass nur IUIa-Lade-verfahren eine vollständige Aufladungder Batterie erreichen. Je nachBatterietyp und Jahreszeit konntenzwischen 5 und 20% mehr Ladung indie Batterie geladen und auch wiederentnommen werden, als mit denbesten IU-Ladeverfahren. HochwertigeBatterien, die zwei Mal im Jahr miteiner IUIa-Ladung vollständig geladenwurden, zeigten auch nach vierBetriebsjahren kaum einenKapazitätsverlust.

Die Konstantstromladung verlängertdie Batterielebensdauer ganz erheb-lich, aber nur wenige Ladegerätebeherrschen diese Technik und diegenaue Spezifikation des Ladever-fahrens muss je nach Anwendung und Batterietyp angepasst werden.

Im EU-Projekt »Reducing electricitystorage costs« haben wir Ladever-fahren mit pulsförmigen Strömen imFrequenzbereich 10 Hz bis 10 kHz undAmplituden bis zu I1 intensiv unter-sucht. Wir fanden keine signifikantenAuswirkungen auf das Ladeverhalten

von Bleibatterien mit flüssigemElektrolyten. Lediglich Batterien mitflüssigem Elektrolyten ohne Elektro-lytumwälzung zeigten schlechteLebensdauerwerte bei Pulsstrom-belastung wie sie in autonomenStromversorgungen vorkommt.

Elektrolytumwälzsysteme verlängern inBleibatterien mit flüssigem Elektro-lyten die Lebensdauer erheblich. Sohaben wir gerade an einer OPzS-Batterie nach zehn BetriebsjahrenFeldeinsatz nur eine geringfügigeAbnahme der Kapazität festgestellt.

Auf Basis unserer Untersuchungenkönnen wir eine Lebensdauerver-längerung von Batterien in auto-nomen Stromversorgungen von 30 bis 70% gegenüber dem status quorealisieren. Deshalb bieten wir Her-stellern und Anwendern die Ent-wicklung von energetisch und öko-nomisch optimierten Gesamtspeicher-konzepten und optimierten kunden-spezifischen Ladegeräte an. Diesebeinhalten insbesondere auch unserepräzisen und selbstadaptierendenAlgorithmen zur Ladezustands- undAlterungsbestimmung.

Abb. 1: Zyklisierung zur Wiederauffrischungeiner OPzV-Batterie nach fünf Jahren Lagerung.Jeder farbige Balken ist ein Ladevorgang, dernachfolgende schwarze Balken zeigt, wie vielKapazität entladen werden konnte. Blaue bzw.rote Balken sind konventionelle Ladungen mitKonstantspannung bzw. Konstantstrom. Erstdrei Konstantstromnachladungen (Ia-Phase;grüne Balken) bringen die Kapazität derBatterie wieder auf den Nennwert von 200 Ah.

Phasen

Kapazität[Ah] Kapazität[%]

175

150

125

100

75

50

25

0

350

300

250

200

150

100

50

0



Mikroenergietechnik

Der Energiebedarf von Geräten des4C-Markts (Cell Phone, Camcorder,Computer, Cordless Tools) nimmtwegen der Integration zusätzlicherFunktionen stark zu. Bei verteiltenelektrischen Verbrauchern – z. B. beiMess- oder Signalsystemen - wird ofteine energieautarke Stromversorgunggewünscht. Im Marktbereich Mikro-energietechnik entwickeln wir zu-verlässige miniaturisierte Stromer-zeuger als Ersatz oder Ergänzung zuBatterien.

Johannes Aschaber, Ulf Groos,Christopher Hebling, HelgeSchmidhuber, Jürgen Schumacher,Mario Zedda

Hocheffiziente SolarmoduleIm Alltag sind Solarzellen z. B. vonTaschenrechnern bekannt. Für einenhöheren Leistungsbedarf wie beiPalmtops, Mobiltelefonen oder Note-books sind herkömmliche Photo-voltaik-Technologien jedoch nichtausreichend. Mithilfe hocheffizienterSolartechnik als Zusatzstromerzeugerkönnen diese Geräte jedoch autarkversorgt werden oder erheblich ver-längerte Betriebs- bzw. Standby-Zeitenerreichen.

Unsere Technologie zeichnet sichgegenüber dem Stand der Technikdurch einen deutlich höheren Modul-Wirkungsgrad von 20% aus. Vorallem wenn Geräte bei schlechtenLichtverhältnissen z. B. in Innenräumenbetrieben werden, ist das am Fraun-hofer ISE erreichte hohe Niveau derZellspannung und damit des Wir-kungsgrads entscheidend. Eine hoheZuverlässigkeit der Energieversorgungerreichen wir durch die exakte Ab-stimmung von Solarmodul-Techno-logie und Ladeelektronik für dengeräteintegrierten Akku.

Um für eine Serienfertigung dieProduktionskosten zu senken, denDurchsatz und die Langzeitstabilität zu erhöhen, untersuchen wir neueMaterialien zum Laminieren der Solar-zellen. Außerdem haben wir einePilotfertigung für unsere hocheffi-zienten Solarzellen aufgebaut. Sogewährleisten wir einen direktenTechnologietransfer zu unserenKunden.

Beispielhaft wurde ein Organizer mitunserer Solartechnologie ausgestattetund ein energieautarker Betrieb inInnenräumen über mindestens zweiMonate nachgewiesen. Eine andereEntwicklung zeigt einen Solarakku für

ein Mobiltelefon, das mit unserenhocheffizienten Solarzellen einenahezu unbegrenzte Standby-Zeiterreicht. Der Nutzer kann somit aufLadegeräte, Kabel und Netzadapterverzichten und den Akku einfach amAuto- oder Hotelfenster aufladen.

MikrobrennstoffzellenAufgrund der hohen Energiedichte derSpeicher für Wasserstoff oderMethanol, eignen sich Mikrobrenn-stoffzellen besonders für elektrischeVerbraucher mit langen Betriebszeiten.Die Trennung von Stromerzeugung(Brennstoffzelle) und Brennstoff-speicher erlaubt eine ideale An-passung an die geforderte Spezifi-kation. Die Modularität der Brenn-stoffzelle bietet weite konstruktiveFreiräume.

Für einen Leistungsbereich bis ca.200 W entwickeln wir Membran-brennstoffzellen und hocheffizienteSpannungswandler. Wir integrierendiese Komponenten als Komplett-systeme einschließlich Energiespeicher,Elektronik und Peripherie in portableGeräte.

Unter Leitung des Fraunhofer ISEentwickelt die Fraunhofer-InitiativeMikrobrennstoffzelle innovativeEnergiesysteme, wobei auch Werk-stoffentwicklung, Produktions- undMontagetechnologie berücksichtigtwerden. Dadurch erhöhen wir dieProduktsicherheit und senken dieKosten zur Vorbereitung einer Markt-einführung. Zur Demonstrationunserer Entwicklungskompetenzenhaben wir ein miniaturisiertes Brenn-stoffzellen-System mit einer Leistungvon 10 W zum Betrieb eines handels-üblichen DV-Camcorders aufgebaut.Dazu haben wir Herstellungsver-fahren für die Bipolarplatten, neue

Abb. 1: Schindeltechnologie bei Solarmodulenfür höchste Modulwirkungsgrade. In Verbin-dung mit den hocheffizienten Solarzellen desFraunhofer ISE wird ein Modulwirkungsgradvon 20% erzielt.

Ohne ISE- Mit ISE-Solarmodul Solarmodul

800

600

400

200

0Stan

dby-

Zeit

[h]

Abb. 2: Verlängerung der Standby-Zeit einesMobiltelefons in Innenräumen am Fensterdurch Einsatz hocheffizienter Solartechnik.



Abb. 3: Komplett integriertes Brennstoffzellen-System für einen handelsüblichen DV-Cam-corder. Demonstrations-System der Fraunhofer-Initiative Mikrobrennstoffzelle unter Leitung desFraunhofer ISE.

Abb. 4: 50 W Brennstoffzelle mit Regelungs-platine zur autarken Energieversorgung einesLaptops.

Bipolmaterialien mit leitfähigen Poly-meren und eine automatisierteMontageeinheit entwickelt.

Im Auftrag eines Computerherstellerswurde ein Brennstoffzellen-System indas Akkufach eines Laptops integriert.Der Laptop wird von der Brennstoff-zelle mit einer Leistung von max.50 W versorgt; drei Metallhydrid-speicher stellen eine elektrischeEnergie von ca. 40 Wh bereit. Damitwird der normale geräteeigene Akkuvollständig ersetzt (Foto Titelseite).

Elektronik für BrennstoffzellenLeistungsstarke Brennstoffzellenwerden in Zukunft immer mehrenergieautarke Messsysteme, Laptopsoder Mobiltelefone mit Energieversorgen. Sie verdrängen oderergänzen dabei herkömmlicheBatterien und Akkus. Wir entwickelnDC/DC-Wandler, die die Energie derBrennstoffzellen so aufbereiten, dasssie handelsübliche Geräte versorgenkönnen. Die elektronischen Schal-tungen beinhalten dabei vieleFunktionen wie:

- Anlaufschaltung- Ablaufsteuerung- hocheffiziente DC/DC-Wandler- Wasserstoff-Druckregelung- Sauerstoff bzw. Lüfterregelung- Impedanzregelung- und Feuchteregelung.

Derzeit konzentrieren wir unsere For-schungsaktivitäten auf die Regelungdes Feuchtehaushalts, um einenstabilen Betrieb der Brennstoffzellesicherzustellen (Beitrag S. 64).

ThermophotovoltaikIm Gegensatz zur solaren Photovoltaiknutzt die Thermophotovoltaik (TPV)Wärmestrahlung zur Stromgeneration.In netzfernen Anwendungen kann soz. B. mit einem Gasbrenner eineReserveenergiequelle unabhängig vonder Solarstrahlung zur Verfügunggestellt werden.

Wir entwickeln TPV-Zellen, die an dieemittierte Infrarot-Strahlung angepasstsind. Auf der anderen Seite optimierenwir Material und Strukturierung desStrahlers so, dass das Emissionsmaxi-mum im gewünschten Wellenlängen-spektrum auftritt. Schließlich ent-wickeln wir Mikrobrenner zum Behei-zen des Emitters und die gesamteSystemtechnik.

Mittelfristig sind Leistungsdichten von1 W/cm2 und elektrische System-wirkungsgrade von 10% erreichbar.Damit ist die TPV hervorragend für dieKogeneration von Wärme und Stromz. B. im Camping-Bereich, auf Frei-zeithütten oder Booten geeignet.Weitere Märkte ergeben sich bei dernetzunabhängigen Hausheizung oderfür die Standby-Versorgung vonFahrzeugen.

Abb. 5: Schema eines TPV-Reaktors mitBrenner, Emitter, Vakuumtechnik, TPV-Zellenund Kühlsystem. Die elektrische Leistung sollca. 100 W bei einem elektrischen Wirkungs-grad von 10% betragen. Der Reaktor hat eine Höhe von 245 mm.


RegenerativeStromerzeugungim Netzverbund

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0

806040

200-20

0 200 400 600 800 1000

110/220

380 kV

10/20 kV

0,4 kV


Netzgekoppelte Photovoltaik, Solare Kraftwerke und verteilteStromerzeugung

Netzgekoppelte Anlagen bilden heute weltweitden größten Markt für die Photovoltaik. Gutausgestattete Markteinführungsprogramme vorallem in Japan, Deutschland und einigen Staatender USA sorgen für hohe Wachstumsraten. Diebisher erzielten und zum stabilen Wachstumweiter nötigen Kostensenkungen von PV-Systemen liegen dabei zu einem großen Teil inder Systemtechnik: Wechselrichter, Dachinte-grations-, Montage- und Verkabelungssysteme.Um Wartungs- und Reparaturkosten über An-lagenlebensdauern von 20 Jahren gering zu hal-ten, muss die Qualität der Komponenten stei-gen. Genauso spielen Qualitätssicherung undBetriebsüberwachung von Anlagen eine immerwichtigere Rolle.

Wirkungsgrade und Qualität von Wechsel-richtern für die Netzeinspeisung von Photo-voltaikstrom haben einen hohen Stand erreicht.Dennoch gibt es noch erhebliche Verbesserungs-potenziale durch neue Schaltungskonzepte, digitale Regelungstechnik, Fortschritte beiLeistungshalbleitern und passiven Bauelementen.Wir bieten Spezial-Know-how in den BereichenSchaltungsdesign und -auslegung sowie Dimen-sionierung und Implementierung von analogenund digitalen Reglern.

Gerade große, kommerzielle PV-Anlagen stellenPlaner und Betreiber vor Fragen der Qualitäts-sicherung: Welche Stromerträge sind zu erwar-ten, um die Anlage zu refinanzieren? Werdendie Spezifikationen, beispielsweise bei denSolarmodulen, eingehalten? Wir beraten bei derAnlagenplanung, erstellen Ertragsgutachten,führen Abnahmemessungen durch und ent-wickeln Konzepte für die Anlagenüberwachungim Betrieb oder die Visualisierung von Betriebs-daten z. B. im Internet.




Dabei greifen wir unter anderem auf folgendeAusstattung zurück:

- Wechselrichterlabor - hochpräzise Leistungsmessgeräte für

Wechselrichter und Laderegler - Präzisionsmessgeräte zur Charakterisierung

von induktiven und kapazitiven Bauelementen - Messkabine für elektromagnetische

Verträglichkeit (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

Solarkomponenten - Prüfeinrichtungen für Batterien in weitem

Strom-, Spannungs- und Temperaturbereich - Labor zur Entwicklung von Lade- und

Betriebsstrategien für Batterien- parallele Linux-Farm für Optimierungs-

rechnungen komplexer Systeme der verteilten Erzeugung.

Für die mittelfristige Zukunft können solarther-mische Kraftwerke wie die erfolgreichen An-lagen mit Parabolrinnen, einen wichtigen Beitragzur regenerativen Stromerzeugung leisten. Wirentwickeln Materialien, optimieren die Regelungund führen Systemsimulationen durch.

Auch optisch konzentrierende PV-Systeme könn-ten die Kosten von Solarstrom senken. So ent-wickeln wir ein preisgünstiges Verfahren zurHerstellung von Fresnellinsen in Konzentrator-modulen und bauen komplette Module für denFeldeinsatz auf.

PV-Anlagen und andere dezentrale Stromer-zeuger wie Blockheizkraftwerke interagieren mitden Stromnetzen, in die sie integriert werden.Wegen der Liberalisierung der Strommärkte undder Markteinführung klimaschonender Energie-technologien durchdringen solche Generatorenimmer stärker die Niederspannungsnetze. Fragender Betriebssicherheit, Versorgungssicherheit undSpannungsqualität werden zunehmend Gewichterhalten. Daher beschäftigen sich Netzbetreiberschon heute mit diesen Fragen. Am Ende derEntwicklung wird sich die Struktur von Verteil-netzen stark geändert haben: Viele kleine Er-zeuger und beeinflussbare Lasten interagierenund werden aktiv geregelt. Das führt zu völligneuen Forderungen an Regelung, Betriebs-führung, Kommunikation und Datenmanage-ment in Stromnetzen. Wir erarbeiten Konzepte,Elektronik, Planungs- und Managementwerk-zeuge für diese Fragen der verteilten Erzeugung.

Im Geschäftsfeld »Regenerative Stromerzeugungim Netzverbund« unterstützen wir Komponen-tenhersteller, Energieversorger, Anlagenplanerund -betreiber bei der

- Wechselrichterentwicklung- Qualitätssicherung und Monitoring von

Komponenten und Anlagen - Untersuchung von Konzepten der verteilten

Erzeugung- Integration von Stromerzeugern und Speichern

in Netze zur Optimierung von Lastflüssen und Verbesserung von Versorgungs- und Spannungsqualität

- Konzeption photovoltaischer und thermischer Kraftwerke.



Ansprechpartner

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

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

Systemkomponenten: Dipl.-Phys. Dirk Uwe Sauer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 19Speicher E-Mail: [email protected]

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

Solare Kraftwerke Dipl.-Phys. Hansjörg Lerchenmüller Tel.: +49 (0) 7 61/40166-91E-Mail: [email protected]


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

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


Am Fraunhofer ISE entwickelte Plattform für Wechselrichterder nächsten Generation. Sie verwendet die HERIC®-Schaltungs-Topologie (Beitrag S. 65).

Simulation einer Solaranlage mit MPP-Regelung. Dargestelltsind die zusätzlichen Verluste eines statischen MPP-Reglersgegenüber einem dynamischen MPP-Regler (Beitrag S. 65).

Fresnel-Kollektorfeld für Solarthermische Kraftwerke,Computervisualisierung (Beitrag S. 67).

Dezentrale Struktur eines Stromnetzes der Zukunft (Beitrag S. 62).



Stromnetze mit hohem Anteilfluktuierender erneuerbarerEnergien

Die Einbindung vieler Stromerzeugerin Niederspannungsnetze erfordertmittelfristig neue technische Konzepteund Optimierungswerkzeuge. Inschwachen Netzen kann ein aufwän-diger Netzausbau teilweise bereitsheute durch die kostengünstigereIntegration neuer Stromerzeuger oder-speicher vermieden werden. Wir ent-wickeln Konzepte und Werkzeuge fürMonitoring, verbesserte Planung undBetriebsführung solcher Netze.

Thomas Erge, Martin Jantsch,Hermann Laukamp, Tim Meyer, Dirk Uwe Sauer, Heribert Schmidt

Die weltweite Liberalisierung vonEnergiemärkten und der gezielte Aus-bau erneuerbarer Energien und der

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) führtbereits heute zu spürbaren Ände-rungen im Kraftwerkspark und beiden Netzstrukturen. Überkapazitätenwerden abgebaut und Potenziale zurKostenreduktion besser ausgeschöpft.Mit diesen Einsparungen entstehtallerdings die Gefahr, dass nicht mehrunmittelbar Sorge für eine hohe Ver-sorgungsqualität beim Endkundengetragen wird. Gleichzeitig werdenEigenerzeugungsanlagen zunehmendwirtschaftlich.

Vor diesem Hintergrund erschließensich den Unternehmen durch den ge-änderten rechtlichen Rahmen neueMärkte für Bau und Betrieb vonkleineren, dezentralen Kraftwerken.Dabei gewinnt die Integration in Ge-bäude und Gebäudeleittechnik einer-seits und in Stromnetze andererseitsan Bedeutung. Parallel stellen vorallem große Windparks und Block-heizkraftwerke (BHKW) neue Forde-rungen an die Betriebsführung derÜbertragungs- und Verteilungsnetze.

Bei unserer Entwicklung von Konzep-ten und Technologien zur Integrationverteilter Erzeuger in Stromnetzeknüpfen wir an Erkenntnisse aus demProjekt Edison an. Dort wurde dasKonzept der »verteilten Kraftwerke«mit einer Reihe von dezentralenBHKW und Batteriespeichern bis inden Leistungsbereich einiger 100 kWrealisiert.

Jetzt gehen wir den nächsten Schritt.Wir konzentrieren uns dabei auf tech-nologische und sozio-ökonomischeFragen der Integration verteilter Er-zeuger und Speicher in Niederspan-nungsnetze sowie auf Optionen zurBeeinflussung verteilter Lasten. Struk-turell haben Niederspannungsnetzeviel mit Hybridsystemen für Dorfstrom-versorgungen oder kleinen Netzengemein, so dass wir auf unserem

Know-how aus diesen Bereichen auf-bauen können.

Wir entwickeln beispielsweise Moni-toring-Konzepte für große Pilotin-stallationen. Dabei werden Span-nungen, Leistungsflüsse, Parameterzur Netzqualität wie Oberschwin-gungen, Flicker etc. erfasst und ineiner Datenbank zusammen geführt.Die Kommunikations- und Daten-strukturen sind so angelegt, dass vieleKomponenten und Messstellen erfasstwerden können. Über Fernzugriffekönnen die Datenbankrechner ge-steuert oder umkonfiguriert und dieDaten abgerufen werden. In derwissenschaftlichen Auswertunguntersuchen wir dann die Wechsel-wirkungen zwischen den verteiltenErzeugern und ihren Betriebs-führungen mit dem Netz:

- Netzrückwirkungen großer Mengen verteilter Erzeuger

- mögliche Einwirkungen spezifischer Netzbetriebszustände auf die verteilten Erzeuger

- Identifikation von Betriebs- parametern für aktives Netzmanagement

- Ermittlung und Bewertung der durch aktives Management erreichten Netzbeeinflussung.

Damit schaffen wir ein grundlegendesVerständnis für Vorgänge in Nieder-spannungsnetzen, die bis heute kaumsystematisch untersucht wurden.

Bestehende Niederspannungsnetze,die an ihrer Auslegungsgrenze be-trieben werden, können durch ge-zielte Integration von Photovoltaik-anlagen, Blockheizkraftwerken oderBatteriespeichern ertüchtigt werden.Dies gilt besonders für schwacheNetze oder Inselnetze in struktur-schwachen Regionen, z. B. in Ent-wicklungs- und Schwellenländern.

Abb. 1: Verlauf der Netzlast bzw. Rückspeisungin den drei Phasen des Drehstromnetzes (rot:Phase 1, blau: Phase 2, grün: Phase 3) amTransformator einer Solarsiedlung. BestehendeNetze sind oft für größere Rückspeisung nichtausgelegt.

06.00 07.00 08.00 09.00Tag [Stunde]

P [kW]

20

10

0

-10

-20

-30



Auf diese Weise lassen sich teilweiseAusbauinvestitionen in Betriebsmittelwie Kabel und Transformatoren ver-zögern oder ganz vermeiden. Umsolche Entscheidungen in der Pla-nungsphase unterstützen zu können,erweitern wir unser Auslegungswerk-zeug TALCO (Technical and Least CostOptimisation). TALCO bildet techni-sche und ökonomische Parameter allerKomponenten ab, zum Beispiel Leis-tungen, Regeldynamiken, wärme-seitige Beschränkungen für KWK-Anlagen, Investitions- und Kapital-kosten, Betriebs- und Wartungs-aufwand, Betriebsführungsstrategien.Wir optimieren Lebensdauerkosten,beziehen uns also auf große Zeit-räume wie 20 Jahre.

Um den Betrieb von Niederspan-nungsnetzen oder Inselnetzen öko-nomisch und energetisch zu opti-mieren, entwickeln wir ein Manage-mentsystem. Es kommuniziert mit derübergeordneten Leitwarte, den ver-teilten Erzeugern und Speichern imNetz sowie mit eventuell vorhandenenbeeinflussbaren Lasten. Es bekommtständig Informationen über Preise undtechnische Beschränkungen. Dieskann zum Beispiel bei KWK-Anlagender Ladezustand des Wärmespeicherssein, der den Betrieb der Anlage zeit-lich begrenzt. Anhand solcher Infor-mationen und integrierter Vorher-sagemodelle über zu erwartendeLastgänge können dann Lasten undErzeuger gezielt gesteuert werden.

Solche Eingriffe in den Betrieb vonEigenerzeugungsanlagen sind natür-lich nur möglich, wenn die Betreiberdes Managementsystems (z. B. derNetzbetreiber) und die Eigentümer derAnlagen entsprechende Verträgeschließen oder wenn die Netzbetreiberverstärkt auf den Betrieb eigenerverteilter Generatoren zurückgreifen.Entsprechend den rechtlichen

Rahmenbedingungen unterscheidensich die Einsatzmöglichkeiten undOptimierungsziele je nach Land. Das Managementsystem wird in ver-schiedenen Pilotinstallationen einge-setzt werden. Die größte ist die Solar-siedlung in Querdeich, die derzeit vondem EnergieversorgungsunternehmenMVV errichtet wird. In Querdeich werden viele Photovoltaikanlagen, einBHKW und eventuell ein Batteriespei-cher installiert. Ihr Betrieb soll beihöchster Versorgungsqualität tech-nisch und ökonomisch optimiertwerden.Diese Arbeiten finden im Rahmen deseuropäischen Projektes »DISPOWER«statt (Distributed Generation WithHigh Penetration of Renewable EnergySources). Dort entwickeln wir gemein-sam mit 36 Partnern Konzepte undTechnologien zur Integration verteilterErzeuger in Stromnetze. Das Institutfür Solare Energieversorgungstechnik(ISET) in Kassel und das Fraunhofer ISEkoordinieren das Projekt.

Abb. 2: Klassen verteilter Erzeuger, die beim aktiven Netzmanagement berücksichtigt werden müssen.Nicht beeinflussbare Lasten sind z. B. unterhaltungselektronische Geräte. Der Einschaltzeitpunkt vonWaschmaschinen u.ä. kann z. B. durch variable Tarife beeinflusst werden. Steuerbare Lasten sindthermisch träge (z. B. Kühlschränke). Ihr Betrieb kann in gewissen Grenzen zeitlich verschoben werden.Power Quality-Geräte dienen zur gezielten Verbesserung der Spannungsqualität.

Nicht beeinflussbareLasten

BeeinflussbareLasten

Steuerbare und nichtsteuerbare KWK,begrenzt durchWärmespeicher

Steuerbare und nicht steuerbareGeneratoren

SpeicherPower Quality:100 ms - 30 sLoad Leveling: > 30 s

FluktuierendeErzeuger

PowerQualityGeräte

Steuerbare Lasten

Lasten

Erzeuger

Abb. 3: Plan der Solarsiedlung in Querdeich, in der im Rahmen von DISPOWER aktivesManagement des Niederspannungsnetzesbetrieben wird.



Elektronikentwicklung

Leistungselektronische Schaltungensind das entscheidende Bindegliedzwischen Stromerzeugern, Speichernund Verbrauchern. Im Auftrag derIndustrie entwickeln wir kunden-spezifische elektronische Schaltungenund Regelungen für Photovoltaik,Brennstoffzellen und Batterien.

Jochen Benz, Bruno Burger, Jürgen Ketterer, Heribert Schmidt,Christoph Siedle

Im Rahmen von Industrieprojektenentwickeln wir hocheffiziente DC/DC-Wandler und Wechselrichter im Leis-tungsbereich von einigen Milliwatt biszu mehreren Kilowatt. Die Arbeits-gebiete reichen dabei vom Schaltungs-entwurf über das Layout bis zur ana-logen oder digitalen Regelung. Bei derSimulation setzen wir die neuestenProgramme und Methoden zurSchaltungs- und Reglersimulation ein.Zur Simulation induktiver Bauteile unddes thermischen Verhaltens einzelnerBaugruppen stehen Finite ElementeProgramme zur Verfügung.

Wir entwickeln die Hardware nachden Vorgaben der Kunden: So sindbei geräteintegrierten Brennstoffzellenhohe Leistungsdichte oder angepassteGeometrien unsere Entwicklungsziele.Hoher Wirkungsgrad und geringeKosten stehen dabei immer im Vorder-grund. Unsere Softwareentwicklungenreichen von schnellen, stabilen Rege-lungen für Netz- und Inselwechsel-richter über MPP-Regler bis hin zuRegelungen für spezielle Ein- und Aus-gangscharakteristiken für stationäreBrennstoffzellen.

Wir entwickeln komplette Geräte oderauch nur Teilkomponenten wieLeistungsteile oder Reglerstruktureneinschließlich der Implementierung auf

DSPs und Mikrocontrollern. Auch imletzten Jahr haben wir viele solcherEntwicklungen für die Industrie durch-geführt, wie die folgenden Beispielezeigen.

WechselrichterPhotovoltaikmodule oder Brennstoff-zellen liefern Gleichstrom, dengängige Stromverbraucher nicht direktnutzen können. Wechselrichter wan-deln diesen Gleichstrom in Wechsel-strom um. Netzwechselrichter speisenden Strom dabei ins öffentliche Ver-sorgungsnetz ein. Inselwechselrichterdienen zur autarken Versorgung vonVerbrauchern ohne Netzanschluss.

Vorrangige Ziele bei der Entwicklungneuer Netzwechselrichter sind Kosten-optimierung, Gewichtsreduzierungund Wirkungsgradverbesserung.

Um diese Ziele zu erreichen, habenwir im vergangenen Jahr eine neu-artige Wechselrichtertopologie ent-wickelt und zum Patent angemeldet.Im Markennamen HERIC® (HighlyEfficient & Reliable Inverter Concept)spiegeln sich die ausgezeichnetenEigenschaften der neuartigen Toplogiewider. Derzeit wird HERIC® in einebestehende Wechselrichterbaureiheintegriert. Messungen am Prototypenhaben Wirkungsgrade von bis zu 98%ergeben.

Abb. 2: Wirkungsgradkennlinie eines Wechsel-richters mit der HERIC®-Topologie in %,aufgetragen über der Ausgangsleistung in W.

98

96

94

92

900 1000 2000 3000

Abb. 1: Am Fraunhofer ISE entwickelte Platt-form für Wechselrichter der nächsten Genera-tion. Sie verwendet die HERIC®-Topologie.

Brennstoffzellen in NetzenBrennstoffzellen werden zunehmendin Netzen erprobt und eingesetzt. Siekönnen z. B. so gesteuert werden,dass sie dann Strom erzeugen, wennder Eigenbedarf am größten ist. DieEigenbedarfsspitzen werden so mini-miert und der maximale Leistungs-bedarf aus dem Netz verringert sich.

Wir entwickeln Steuerungen undRegelungen zur Integration vonBrennstoffzellen in Netzen. Dabeidienen unsere hocheffizienten DC/DC-Wandler als Bindeglied zwischen denBrennstoffzellen und den Wechsel-richtern zur Netzeinspeisung. Dieentwickelten elektronischen Kompo-nenten beinhalten dabei viele Funk-tionen wie:

- Ablaufsteuerung- hocheffiziente DC/DC-Wandler- hocheffiziente Wechselrichter- Leistungsregelung- Wasserstoff-Druckregelung- Sauerstoff bzw. Lüfterregelung- Impedanzregelung- und Feuchteregelung.

Derzeit konzentrieren wir unsere For-schungsaktivitäten neben der Entwick-lung neuer Wandlerschaltungen aufdie Regelung des Feuchtehaushaltsder Brennstoffzellen, die für einenstabilen Betrieb der Brennstoffzellesehr wichtig ist (Beitrag S. 64).



Modellbildung und SimulationUm Regler für Wechselrichter oderDC/DC-Wandler optimal zu ent-werfen, erstellen wir regelungs-technische Modelle der Leistungs-elektronik. Dabei wird die über Puls-weitenmodulation (PWM) getakteteSchaltung über »State SpaceAveraging« in ein lineares Modellüberführt. Für dieses lineare Modellkönnen dann Bode-Diagrammeberechnet und die Regler dimensio-niert werden. Bei der Simulation derSchaltungen wird durch den Einsatzdes Modells die Rechenzeit deutlichverkürzt.

Wir entwickeln hauptsächlich Rege-lungen für getaktete Schaltungen.Schwerpunkte sind:

- Modellbildung- Laplace-Transformation- Z-Transformation- Kaskadenregelung- Zustandsregelung- analoge Regler und- digitale Regler auf Mikrocontrollern

und DSPs.

BatterieperipherieEnergiespeicher spielen eine wesent-liche Rolle in UnterbrechungsfreienStromversorgungen, stellen dort aberauch einen der Schwachpunkte dar.Zwei Dinge sind für eine hohe Lebens-dauer wichtig: sorgfältige Auswahlder für die speziellen Anforderungengeeigneten Speichertechnologie undgute Betriebsführung. Um sicher zustellen, dass alle Batteriezellen oder -blöcke einer Reihenschaltung inner-halb der zulässigen Grenzen betriebenwerden, entwickeln wir automatischwirkende Ausgleichsysteme. DieseCHarge EQualizer vermeiden dasÜberladen oder Tiefentladen einzelnerZellen. Sie werden in einer Reihe vonPilotanlagen getestet und haben sichbestens bewährt. Die Abbildung 3zeigt den Einsatz in einer USV-Anlageder Stuttgarter Straßenbahn.

Für jede Anwendung (Photovoltaik-und USV-Anlagen, Elektrofahrzeuge,Netzstützung etc.) und jedes Speicher-system (Blei/Säure, Li-Ionen, Doppel-schichtkondensatoren etc.) erarbeitenwir eine individuelle Lösung.

MPP-RegelungDie Leistung eines Solargenerators istabhängig von der Spannung, bei derer betrieben wird. Im sogenanntenMaximum Power Point (MPP) ist dieabgegebene Leistung maximal. Diezugehörige Spannung UMPP ist abernicht konstant, sondern abhängig vonEinstrahlung, Temperatur und innerenParametern der Solarzelle. Ein von unsentwickelter MPP-Regelalgorithmusfindet den Punkt maximaler Leistungdes Solargenerators ausschließlich mitHilfe einfach messbarer Größen desSolargenerators wie Spannung undStrom. Dadurch eignet er sich fürkristalline, amorphe und Dünnschicht-solarzellen. Der MPP-Regelalgorithmuswird in Netzwechselrichtern undLadegeräten eingesetzt.

Abb. 3: Notstromversorgung an der Halte-stelle Ruit der Stuttgarter Straßenbahn..

Abb. 4: Spannung einer kristallinen Si-Solarzelleim Punkt maximaler Leistung aufgetragen überder Einstrahlung und der Temperatur.

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

60

40

20

0

-20

0

-45

-90

-135

-180

Abb. 5: Leistung eines Solargenerators (blau)und Verhältnis von MPP-Spannung zu Leerlauf-spannung (rot) aufgetragen über der Uhrzeit aneinem sonnigen Tag.

4 8 12 16 20

10 100 1•103

Abb. 6: Betragskennlinien in dB und Phasen-kennlinien in Grad über der Frequenz in Hz füreinen leistungselektronischen Wandler imLeerlauf (rot) und mit Last (blau).

0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

200 400 600 800 100020

40

60

0



Malaysia: NetzgekoppeltePhotovoltaik in Südostasien

Bei der Mehrzahl der bisher in Malay-sia installierten PV-Anlagen handelt essich um Inselsysteme. Gemeinsam mitlokalen Partnern erproben unddemonstrieren wir an einem Muster-haus verschiedene Komponenten undSystemkonzepte für netzgekoppeltedachintegrierte Photovoltaik-Anlagenan typischen Wohnhäusern.

Thomas Erge, Klaus Kiefer, FrankNeuberger, Eberhard Rössler*

Photovoltaik kann einen wichtigenBeitrag zum Energiemix des südost-asiatischen Landes Malaysia liefern.Bei den Inselsystemen wurden bereitsumfangreiche Anstrengungen indieser Richtung unternommen,während netzgekoppelte Anlagen erstin den letzten Jahren vereinzelt zuTestzwecken errichtet wurden. Füreinen Durchbruch netzgekoppelter PVin Malaysia müssen nicht nur dieökonomischen Randbedingungengeschaffen, sondern auch eine Fülletechnischer Fragen gelöst werden.

In enger Kooperation mit der FirmaNLCC Architects Malaysia haben wirein »Prototyp Solarhaus« (Abbil-dungen 1, 2) entwickelt und gebaut.Es demonstriert verschiedene Techno-logien zur Integration netzgekoppelter

Photovoltaik-Anlagen in typischeWohngebäude. Durch den Einsatzunterschiedlichster Komponenten undSystemkonzepte an einem Standortkann man die Anlagen unmittelbartechnisch vergleichen. Gleichzeitigzeigen wir mit dem Solarhaus, wietechnische Anforderungen der Photo-voltaik mit architektonischen Gesichts-punkten vereint werden können. Dierund 4 kWp Gesamtleistung habenwir mit monokristallinen Silicium-Stan-dard-Modulen, Dünnschicht-Modulenund PV-Dachziegeln realisiert.

Außerdem wurde ein PV-Teststanderrichtet, der die flexible Montage undDemontage von Modulen ermöglicht.Er ist für Tests und zur Ausbildung ge-dacht. Die verschiedenen Anlagenspeisen über Wechselrichter in dasHausnetz bzw. das lokale Nieder-spannungsnetz ein.

Alle Teilanlagen und wichtigen Um-gebungsgrößen erfassen wir in einemumfangreichen Messprogramm (Bei-spiel in Abbildung 3). Damit über-wachen und bewerten wir den laufen-den Betrieb, um belastbare Aussagenzu optimalen Systemkonzepten fürnetzgekoppelte Photovoltaik in Malaysia zu gewinnen. Gleichzeitigstudieren wir Aspekte der Anbindungund der gegenseitigen Beeinflussungvon Stromnetz und PV-Anlage (Abbil-dung 4).

Erste Auswertungen zeigen, dass dieAnlagen zuverlässig und mit gutemWirkungsgrad arbeiten. Durch uner-wartet hohe Schwankungen in derlokalen Netzspannung (Abbildung 4)schaltet jedoch in einem Anlagenteilder Wechselrichter zeitweise ab.

Das »Ministry of Science, Technologyand the Environment of Malaysia«finanzierte das Projekt.

Abb. 1: Blick auf das »Prototyp Solarhaus«. Aufdem oberen Dach befinden sich die Standard-Silicium-Module, auf dem mittleren Dach dieSi-Dünnfilmmodule und auf dem unteren Dachdie Dachziegel mit polykristallinen Zellen.

Abb. 3: Abhängigkeit des Generatorwirkungs-grades von der Einstrahlung für die Teilanlagemit PV-Dachziegeln. Die Punkte niedrigen Wir-kungsgrades zwischen 200 und 400 W/m2

deuten auf Teilverschattung hin.

Abb. 2: Blick in den Technikraum mit Schalt-schränken und Wechselrichtern. In den Schalt-schränken befinden sich neben einem Teil derWechselrichter auch die Datenlogger und alleEnergiezähler.

[V] 270

260

250

240

230

220

η[%]

Abb. 4: Schwankungen der Netzwechsel-spannung am Einspeisepunkt bedingt durchLaständerungen im betroffenen Nieder-spannungs-Netzsegment. Dargestellt ist einZeitraum von 4 Tagen (Freitag bis Montag).

8

6

4

2

00 200 400 600 800 1000 1200

Einstrahlung [W/m2]

* freier Mitarbeiter



Solarthermische Stromerzeugung

Solarthermische Kraftwerke könnenzukünftig einen wichtigen Beitrag zurStromerzeugung aus erneuerbarenEnergien leisten. Wir ermöglichenüber Materialentwicklung und Rege-lungsoptimierung eine Senkung derStromgestehungskosten und führenSystemsimulationen zu Solarkraft-werken durch.

Wolfgang Graf, Andreas Häberle*,Michael Köhl, Hansjörg Lerchenmüller, Max Mertins, Christof Wittwer

Solarthermische Kraftwerke erzeugenelektrische Energie indirekt über dieUmwandlung von Solarstrahlung inWärme: Direkte Solarstrahlung wirdoptisch auf einen Absorber konzen-triert. Dabei entstehen hohe Tempera-turen, bei denen Wasser verdampftwird. Der Dampf erzeugt inklassischen Dampfturbinen elektrischeEnergie.

Heute schon produzieren in Kali-fornien neun Parabolrinnenkraftwerkemit einer installierten Gesamtleistungvon 354 MWp erfolgreich kosten-günstigen Solarstrom im Kraftwerks-maßstab. Durch eine Gesetzesinitiativein Spanien, nach der solarthermischerzeugter Strom mit rund 0,16 €/kWhvergütet wird, erlebt die solarther-mische Stromerzeugung zur Zeitneuen Auftrieb. Zahlreiche Kraft-werksprojekte sind in Spanien, aberauch in anderen sonnenreichen Län-dern, in Planung. Bei projektiertenStromgestehungskosten, die je nachStandort unter Einsatz heutiger Tech-nik bei 0,10 bis 0,16 €/kWh liegen,besteht ein großes Potenzial für diekosteneffiziente CO2-Einsparung imgroßen Maßstab. Die Stromgeste-hungskosten lassen sich voraussicht-lich durch Effizienzsteigerungen und

durch Reduzierung der Investitions-kosten noch deutlich weiter senken.Hierzu arbeiten wir an einer Vielzahlvon Themen, wobei wir auf lang-jährige Erfahrung in Optik, Material-forschung, Wärmeflussberechnungsowie Systemsimulation und -regelungzurück greifen können.

So spielt beispielsweise die Beständig-keit von selektiven Solarabsorber-schichten eine zentrale Rolle. EineDegradation der mit hohen Tempera-turen belasteten Schichten würde zuhohen Instandhaltungskosten bzw.verringertem solaren Energieertragführen. Wir bieten Untersuchungenzur Alterungsbeständigkeit und zurPrognose der Lebensdauer von selek-tiven Absorberbeschichtungen an undunterstützen industrielle Kunden beider Entwicklung selektiver Absorber-schichten.

Eine andere Schlüsselkomponentekonzentrierender Solarkraftwerke sinddie Spiegel. Hohe solare Reflektion,gute Beständigkeit und geringeKosten sind entscheidende Kriterien.Auch für Solarspiegel bieten wirAlterungsprüfung und die Entwick-lung neuer Konzepte für hochreflek-tierende Spiegel an.

Optische Fresnel-Kollektoren, beidenen horizontal angeordneteSpiegelfacetten der Sonne nach-

geführt werden, stellen eine interes-sante Alternative zur Parabolrinne dar.Der einfache Aufbau des Fresnel-Kol-lektors, die Verwendung kostengüns-tiger Materialien und die Möglichkeit,den Raum unter dem Kollektor zunutzen, bieten ein interessantes Po-tenzial für weitere Kostensenkungen.

Die von uns entwickelte Simulations-umgebung ColSim erlaubt zeitlichhoch aufgelöste Systemsimulationenzur Berechnung von Solarfelderträgenfür vorgegebene Einstrahlungsdaten.Damit können wir Systemkonzepteinsgesamt optimieren. Die Ergebnissefließen in innovative Regelungskon-zepte ein, die z.B. mit »verteilterIntelligenz« in Embedded Systemsrealisiert werden können. Das Ziel isteine Optimierung des Zusammenspielsaller Regelgrößen und damit eineMaximierung des solaren Ertrags.

Gefördert durch das Bundesumwelt-ministerium, erarbeiten wir gemein-sam mit der E.ON Energie AG unddem Deutschen Zentrum für Luft undRaumfahrt (DLR) Kraftwerksstudien, indenen die verschiedenen Möglich-keiten der Einkopplung von solaremDampf in die konventionelle Kraft-werkstechnologie systematisch unter-sucht und vergleichbar gemachtwerden.


Abb. 1: Prinzip des horizontalen Fresnel-Kollektors der Firma SOLARMUNDO.

Absorberrohr

Spiegelfeld

Sekundär-Reflektor

Sonnenstrahlen



10-10. Das ist um Größenordnungengeringer als akzeptierte zivilisatorischeRisiken wie Autofahren.

Damit »Selbstlauf« überhaupt auf-treten kann, muss eine mittlere An-schlussdichte von etwa 400 Wp proHaushalt erreicht werden. Derzeitbeträgt die Anschlussdichte inDeutschland rund 6 Wp/Haushalt.

Die Arbeiten erfolgten im Rahmen desForschungsprogramms »PhotovoltaikPower Systems« (PVPS) der Interna-tionalen Energieagentur (IEA), Task 5: »Netzkopplung vieler ver-teilter Eigenerzeugungsanlagen« (www.iea-pvps.org).

In Task 5 behandelten Experten auszwölf Ländern unter anderem An-schluss- und Errichtungsbestim-mungen, Risiko von »Selbstlauf«(islanding) und Auswirkungen hoherDichte von dezentralen PV Anlagenauf den Netzbetrieb.

Mit diesem Know-how können wirNetz- und Anlagenbetreiber um-fassend zu allen Fragen der Netzein-bindung von Photovoltaik beraten.Durch unsere internationalen Kon-takte spielen Ländergrenzen dabeikeine Rolle.

So können wir Wechselrichterher-steller unterstützen, die ihre Produktefür den Export an die neuesten Vor-schriften anpassen wollen und zumBeispiel folgende Fragen haben:

- In welchen Grenzen bewegt sich dieNetzspannung regulär?

- In welcher Zeit muss ein Wechsel-richter abschalten, wenn die Netzspannung das zulässige Fenster verlässt?

- Welche Maßnahmen sind als Schutzvor »Selbstlauf« vorgeschrieben?

- Gibt es spezielle Anforderungen für Wechselrichter ohne Transformator?

- Welchen Spielraum für die Interpretation bestimmter Anforderungen gibt es?

Mehrere Wechselrichterherstellerhaben bereits unser Beratungsangebotfür ihre Neuentwicklungen in An-spruch genommen.

Photovoltaik – Sicherheitsaspekte

Mit der wachsenden Verbreitung vonPhotovoltaik-Anlagen entstehen fürdie Netzbetreiber auch neue Fragenrund um Qualität und Sicherheit. Wirhaben mit Simulationsrechnungen,Feldexperimenten und Laboren dieWerkzeuge, um darauf Antworten zufinden. So haben wir eine Methodikentwickelt, um das Risiko von »Selbst-lauf« (islanding) bei netzgekoppeltenPV-Anlagen zu untersuchen.

Thomas Erge, Hermann Laukamp,Edo Wiemken

»Selbstlauf« von TeilnetzenUnter »Selbstlauf« (oder islanding)versteht man das unkontrollierteBestehen einer Spannung im unterge-ordneten Netz, obwohl das überge-ordnete Netz ausgefallen ist. Der»Selbstlauf« wird durch lokale Netz-einspeisung verursacht.

Für Wechselrichterhersteller ist»Selbstlauf« ein akutes Problem: Jenach Einsatzland müssen die Geräteunterschiedliche Sicherheitseinrich-tungen aufweisen.

Last-/Erzeugungsbedingungen, beidenen ungewollter »Selbstlauf« auf-treten könnte, sind extrem unwahr-scheinlich. Messungen holländischerWissenschaftler im Ortsnetz der StadtArnhem (Niederlande) zeigten, dassder höchste Wert für diese Wahr-scheinlichkeit bei etwa 10-4 liegt.Dabei wurde eine Durchdringung mit1 kWp PV pro Haushalt unterstellt.Wir entwickelten daraufhin eineMethodik, um das Risiko für Selbstlaufaus Messdaten einfach zu berechnen(Abbildung 1).

Das Risiko eines tödlichen Stromun-falls durch »Selbstlauf« liegt unter

Abb. 1: Mit Daten aus dem »1000-DächerProgramm« untersuchten wir, wie häufig imVerlauf eines Jahres Stromverbrauch underzeugte PV-Leistung einer Solarsiedlung gleichgroß sind (in der Abbildung »Ereignis« ge-nannt). Diese Untersuchung wurde für siebenStandorte und jeweils sechs verschiedene PV-Anlagengrößen pro Haus durchgeführt. Unter-halb einer Schwelle von etwa 500 Wp proHaushalt ist die Last immer größer als dieErzeugung. Oberhalb von 1 kWp pro Haushaltnimmt die Häufigkeit ab, dass Last undErzeugung gleich groß sind.

Abb. 2: In der »Solarsiedlung Schlierberg»speisen ca. 130 Wechselrichter den Stromvon etwa 330 kWp Photovoltaik in dasNiederspannungsnetz ein. (Foto: Andreas Weindel)

Toleranzbreite: +/- 5.0%

Anz

ahl d

er E

reig

niss

e

Installierte PV-Leistung pro Haushalt [kWp]



METEOSAT-Bildern ermitteln wir (in Kooperation mit der UniversitätOldenburg) die individuellen Werteder solaren Einstrahlung für jedenAnlagenstandort. Damit können wirden Soll-Ertrag errechnen und per E-Mail, Fax oder Postkarte direkt andie Anlagenbetreiber übermitteln.Diese können den Soll-Ertrag mit dem Stand ihres Einspeisezählers ver-gleichen. Bei größeren Abweichungensteht dann der lokale Shell-Installateurals Ansprechpartner zur Verfügung.

Die laufende Erweiterung des Ver-fahrens sieht zusätzlich den Einsatzeiner preisgünstigen Vor-Ort-Daten-erfassung vor, die über das Internetmit dem Auswerte-Server in Kontaktsteht. Damit wird die Anlagenüber-wachung weiter automatisiert. DasVerfahren lässt sich auch auf andereerneuerbare Energieträger erweiternund kann so die sichere Einbindungerneuerbarerer Energieträger in be-stehende Versorgungsnetze unter-stützen.

Ausblick: Energie-Wetter-PrognosenGeplant ist die Ausdehnung derSatellitendaten-Auswertung auf dieVorhersage der Einstrahlung (nebenanderen energetisch relevantenGrößen) für Zeiträume bis zu zweiTagen. Für diese »Energie-Wetter-Prognosen« ergeben sich vielfältigeNutzungsmöglichkeiten, z. B. im Ge-bäudebereich. Hier erfordern Gebäu-dekonzepte mit großer thermischerTrägheit und kleinen spezifischenHeiz- und Kühlleistungen eine vor-ausschauende Regelung. Zur Integra-tion der Wetterinformation in dieGebäudeleittechnik werden Koopera-tionen mit Herstellern von Gebäude-regelungstechnik angestrebt.

Satellitendaten fürQualitätssicherung undBetriebsführung

Wettersatelliten ermöglichen auch die flächendeckende und kosten-günstige Bestimmung der solarenEinstrahlung am Boden. Wir nutzendiese Daten zur Ertragsabschätzung,zur Funktionskontrolle und demnächstauch zur Betriebsführung von Solar-systemen.

Christian Reise, Edo Wiemken

Aus den Bilddaten des geostationärenMETEOSAT-Satelliten lassen sichKarten der solaren Einstrahlung inhoher zeitlicher und räumlicher Auf-lösung erzeugen. Langjährige histo-rische Datensätze werden bereits zurPotenzialabschätzung für Solarsystemegenutzt, zeitnah verfügbare aktuelleDaten erlauben die kostengünstigeFunktionsüberwachung von verteiltenSolarsystemen.

Ein Beispiel für die operationelleNutzung am Fraunhofer ISE:

Qualitätssicherung für kleine SolarstromanlagenNetzgekoppelte Solarstromanlagenleisten in immer mehr Wohngebäudeneinen Beitrag zur Energieversorgung.Bei der aktuellen Einspeisevergütunglohnt sich eine laufende Qualitäts-und Ertragskontrolle sowohl in ener-getischer als auch in finanzieller Hin-sicht. Im Auftrag von Shell Solarführen wir seit Mitte 2001 diesatellitengestützte ErtragskontrolleSAT WATCH für alle neu installiertenShell-Solarstromanlagen durch. ShellSolar übermittelt nach der Installationdie technischen Daten jeder Anlage an das Fraunhofer ISE. Aus den

Abb. 2: Funktionsprinzip von SAT WATCH: DieStammdaten jeder gemeldeten Anlage werdeneinmalig erfasst Aus dem laufenden Empfangvon Satellitenbildern und den individuellenAnlagedaten werden monatlich Sollerträgeberechnet und an die Anlagenbetreiberversandt.

Abb. 1: METEOSAT 7 ist der zur Zeit aktivegeostätionäre europäische Wettersatellit. Ausseinen Bilddaten werden Karten der solarenEinstrahlung erzeugt, die in Mitteleuropa eineAuflösung von etwa 5 x 5 km2 aufweisen.


Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Wasserstoff setzt bei der Reaktion mit Sauerstoffnutzbare Energie frei. So wandeln Brennstoff-zellen Wasserstoff in Strom und Wärme um. DaWasserstoff in der Natur nicht in Reinform vor-liegt, muss er aus seinen chemischen Verbin-dungen gewonnen werden. Das geschieht unterEinsatz von Energie, – im Idealfall erneuerbarerEnergie – z.B. durch Elektrolyseverfahren mitregenerativ erzeugtem Strom oder durch Re-formierung von biogenen und fossilenBrennstoffen.

So ist Wasserstoff zwar keine Energiequelle, alsuniverseller Energieträger wird er aber ein wich-tiger Baustein der künftigen, schadstofffreienEnergiewirtschaft sein. Dabei wird Wasserstoffzeitlich fluktuierende erneuerbare Energie soaufbereiten, dass alle gewünschten Energie-dienstleistungen mit der gewohnten Zuverlässig-keit bereit gestellt werden. Forscher und Tech-nologen arbeiten mit Hochdruck an dieserVision.

Das Anwendungspotenzial von Wasserstoff istgewaltig: In der Hausenergieversorgung könnenBrennstoffzellen Wärme und Strom mit bis zu80% Gesamtwirkungsgrad erzeugen. Der not-wendige Wasserstoff wird dabei z. B. im Hausdurch Reformierung von Erdgas produziert. ImVerbund von Tausenden solcher Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke entsteht so ein »verteiltesKraftwerk«. Mobile Anwendungen von Brenn-stoffzellen dienen zusammen mit Elektromotorenals schadstofffreie Antriebsaggregate für Auto-mobile, LKWs und Busse. Ergänzend sorgenBrennstoffzellen in Auxiliary Power Units (APU)für die Bordnetz-Stromversorgung. Schließlicheignen sich Mikrobrennstoffzellen-Systemewegen der hohen Energiedichte der Brennstoff-speicher hervorragend als Ergänzung oderAlternative zu Batterien und Akkus in Elektro-geräten.




Im Geschäftsfeld Wasserstofftechnologie erfor-schen wir innovative Technologien zur Gewin-nung und Verstromung von Wasserstoff.Zusammen mit unseren Partnern aus Industrieund Wissenschaft entwickeln wir Komponentenund komplette Wasserstoffanlagen für einekostengünstige und umweltfreundliche Energie-wirtschaft.

Wir stellen Reformer zur Umwandlung flüssigeroder gasförmiger Brennstoffe her. Für dieWasserstoffgewinnung aus Wasser realisieren wirElektrolyseure bis 2 kW. Außerdem forschen wiran der katalytischen Umsetzung von Wasserstoffzur Wärmegewinnung. Als effiziente, umwelt-freundliche, geräusch- und wartungsarmeEnergiewandler im niedrigen Leistungsbereichsetzen wir auf die Membranbrennstoffzelle.Schließlich entwickeln wir Mikrobrennstoffzellenfür die Stromversorgung portabler Elektrogeräte.Sie ergänzen unsere Aktivitäten zu geräteinte-grierten Solarmodulen und thermophotovoltai-schen Systemen.

Neben der Komponenten- und Anlagenent-wicklung arbeiten wir an der Integration in über-geordnete Systeme. Wir konzipieren und realisie-ren die elektrische Auslegung inklusive Span-nungsaufbereitung und Sicherheitstechnik. Da-mit schaffen wir die Grundlagen für eine markt-fähige Wasserstoffwirtschaft mit Wasserstoff-Tankstellen, Brennstoffzellen-Blockheizkraft-werken zur kombinierten Strom- und Wärme-erzeugung, autonomen Stromversorgungen fürnetzferne Anwendungen und Kleinstsystemenzur portablen Energieversorgung.



Ansprechpartner

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

Dr. Peter Hübner Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 10E-Mail: [email protected]

Elektrolyse Dipl.-Ing. Ursula Wittstadt Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 04E-Mail: [email protected]

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

Membranbrennstoffzellen Dipl.-Ing. Mario Zedda Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 07 E-Mail: [email protected]

Integration von Brennstoffzellen Dipl.-Phys. Dirk Uwe Sauer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 19in 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]



Netzunabhängige Stromversorgungen Dr. Tim Meyer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 29und Integration von BHKW in Stromnetze E-Mail: [email protected]


Planare, serienverschaltete Brennstoffzelle inLeiterplattenbauweise (Beitrag S. 78).

Teststand für einen Kerosinreformer, Detail (Beitrag S. 75).

Katalysatorwabe für die Gasprozesstechnik, vergrößert(Beitrag S. 76).

Miniaturelektrolyseur für gaschrome Scheiben.



Brennstoffzellen im Reformatgas-Betrieb – Optimierung vonBetriebsführung und Komponenten

Wasserstoffreiches Reformatgas wirdmittelfristig zur Versorgung von Poly-mermembran (PEM)-Brennstoffzellenin der dezentralen Energieversorgungdienen. Wir untersuchen, wie sich dieZusammensetzung des Reformat-gases auf PEM-Brennstoffzellen aus-wirkt und optimieren deren Kompo-nenten und Betriebsweise.

Peter Gesikiewicz, Tom Smolinka,Ursula Wittstadt, Mario Zedda

Bei der Reformierung von Kohlen-wasserstoffen mit integrierter Gas-reinigung entsteht ein wasserstoff-reiches Gas mit unterschiedlichenAnteilen an Kohlendioxid und Kohlen-monoxid, sowie – je nach Verfahrender Reformierung – Stickstoff. Gegen-über dem Einsatz von reinem Wasser-stoff bedeutet der Einsatz diesesReformatgases zur Versorgung vonPEM-Brennstoffzellen erheblicheLeistungseinbußen im Betrieb.Während Stickstoff als Inertgas einenrein verdünnenden Effekt auf derAnodenseite hat, wirken bereitskleinste Mengen an Kohlenmonoxid als Katalysatorgift. Der Einfluss von Kohlendioxid ist umstritten. Es wirdvermutet, dass sich aus CO2 über dieinverse Shift-Reaktion ebenfalls CO inder Zelle bildet.

Um den Aufwand der Gasreinigunggering zu halten und trotzdem einemöglichst hohe Leistungsausbeute ausder Zelle zu erzielen, untersuchen wirsystematisch den Einfluss einzelnerBestandteile des Reformatgases aufdie Brennstoffzelle. Dazu haben wireinen Teststand für Laborzellen undBrennstoffzellen-Stapel bis zu 250 Welaufgebaut. Er kann synthetischesReformatgas beliebiger Zusammen-

setzung und definierter Feuchte auchbei hohen Temperaturen (bis 130 °C)als Brenngas bereitstellen. ZurCharakterisierung der Zellen könnenneben den Parametern wie Spannungund Temperatur auch Impedanz-spektren in verschiedenen Betriebs-punkten aufgenommen werden.

Abbildung 1 stellt exemplarisch dieAbnahme der Zellleistung bei ver-schiedenen Temperaturen dar. DurchZumischung von Stickstoff auf derAnodenseite sinkt bei einer kon-stanten Stromdichte die Zellspannungvon ursprünglich 100% im reinenWasserstoffbetrieb auf Werte um97%. Die Beimischung von Kohlen-dioxid bedingt eine deutlich größereVerschlechterung. Die Spannung sinktauf Werte bis zu 85%.

Die so gewonnenen Erkenntnissenutzen wir, um verbesserte Kompo-nenten für die Brennstoffzelle zuentwickeln oder ihre Betriebsweise zuoptimieren. Unsere Kunden unter-stützen wir außerdem bei der opti-malen Abstimmung und Auswahlkommerziell erhältlicher Membran-Elektroden-Einheiten und Gasdiffu-sionsschichten (Screening). Ebensosind wir bei der Charakterisierungneuer Membranmaterialien aufPolyarylenbasis für den Einsatz bei hohen Temperaturen beteiligt.

Besonders intensiv widmen wir unsder Weiterentwicklung von Flowfield-Strukturen und der Abdichtung vonBrennstoffzellen-Stapeln. Abbildung 2zeigt die Detailansicht einer Bipolar-platte für einen Reformatgastauglichen Stapel mit einer aktivenFläche von 100 cm2.

Die Arbeiten werden im Rahmen einesgemeinsamen Projektes mit demZentrum für Sonnenenergie- undWasserstoffforschung (ZSW) in Ulmdurchgeführt und vom Wirtschafts-ministerium Baden-Württembergunterstützt.

Abb. 1: Einfluss von CO2 und N2 auf die Zellspannung einer PEM-Brennstoffzelle (bezogen auf U0im Betrieb mit reinem H2), bei einer Stromdichte von 400 mA/cm2 und Temperaturen von 25, 50und 70 °C.

Abb. 2: Detailansicht einer Bipolarplatte.

0 10 20 30 40 50 60Anteil an CO2 bzw. N2 im Anodengas [%]

rela

tive

Zells

pann

ung

[V] 1,00

0,95

0,90

0,85

0,80

N2, 25°C

N2, 50°C

N2, 70°C

CO2, 70°C

CO2, 50°C

CO2, 25°C



Reformer gehen in die Luft –Effiziente Stromversorgung inFlugzeugen

In zukünftigen Großraumpassagier-flugzeugen soll der Energiebedarf fürNebenaggregate trotz steigender An-sprüche an den Flugkomfort gesenktwerden. Hierfür entwickeln wir einenkompakten Kerosinreformer, der inVerbindung mit einer Feststoffoxid-brennstoffzelle (SOFC) Strom undWärme effizient liefert.

Peter Hübner, Bettina Lenz

Nebenaggregate in Großraum-passagierflugzeugen, mit denen dieBordenergieversorgung gewährleistetwird, arbeiten im Allgemeinen mitsehr schlechtem Wirkungsgrad, d.h.unter 10%. Sollen Verbesserungenerzielt werden, sind zum Teil völligneue Konzepte zu erproben. Ziel desGesamtprojektes »Power OptimisedAircraft (POA)« ist die Energieein-sparung bei zukünftigen Großraum-passagierflugzeugen. Besonders dernicht für den Vortrieb benötigteEnergieverbrauch soll verringertwerden, und zwar um bis zu 25%.Dieses Ziel soll durch Gewichtsein-sparung und eine intelligenteKopplung verbesserter Einzelkompo-nenten erreicht werden. Zusammenmit unseren Projektpartnern optimie-ren wir die Einzelkomponenten undderen Kopplung zunächst mit Hilfeeiner dynamischen Simulation allerKomponenten.

Als einen Baustein für die zukünftigeEnergieversorgung von Nebenaggre-gaten eines Flugzeuges entwickeln wireinen Kerosinreformer. Der Reformerbereitet den Brennstoff für eineHochtemperaturbrennstoffzelle auf,die 50 kW elektrische Leistung liefert.Ihre Abwärme kann z. B. zurEnteisung der Tragflügel genutztwerden.

Die Reformierung von Kerosin stellteine besondere Herausforderung dar,da Kerosin nach Norm sehr vielSchwefel enthalten darf (z. B. Jet fuelA-1 nach ASTM D1655 maximal0,3 Gew.-%). Der Schwefelanteil kannin unterschiedlichen Verbindungenvorkommen, z. B. als Thiole, Sulfid-oder Thiophenverbindungen. DaSchwefel als Katalysatorgift für dieBrennstoffzelle wirkt und auch dieUmsetzung des Kerosins bei derReformierung beeinträchtigt, ent-wickeln wir für den Kerosinreformereine kompakte Entschwefelungs-einheit. In unserem Teststand (Abbil-dung 1) wird Kerosin autotherm zurVersorgung einer 5 kW-Brennstoffzellereformiert.

Versuche zur autothermen Reformie-rung von einzelnen Komponenten, diein Kerosin enthalten sind, zeigen, dassdie Umsetzung etwa 80% Wirkungs-grad erreicht, Tabelle 1. In Verbindungmit einer Hochtemperaturbrennstoff-zelle lässt sich elektrische Energie mitetwa 40% Wirkungsgrad erzeugen.

Die Arbeiten werden im Rahmen desEU-Projektes »Power OptimisedAircraft (POA)« gefördert.

Abb. 1: Teststand für den POA-Kerosinreformer.Im Bildausschnitt: Eduktdosierung und Reaktor.

Stoff Wirkungsgrad [%]

experimentell berechnetC7 H8 83 88(Toluol)

C8 H16 79 91

C13 H26 76 90

Tab. 1: Reformatwirkungsgrad der autothermenReformierung ausgewählter Komponenten vonKerosin.



Auswahl von Katalysatoren für die Gasprozesstechnik

Zum Betreiben von Brennstoffzellenwird Wasserstoff benötigt. Er wirdderzeit am wirtschaftlichsten auskohlenstoffhaltigen Energieträgerndurch Reformierung hergestellt. Jenach Brennstoffzelle muss das wasser-stoffreiche Gas danach noch gereinigtwerden. Dies sind die zentralen Auf-gaben der Gasprozesstechnik. Wiruntersuchen, welche Katalysatorendafür am besten geeignet sind.

Peter Hübner, Alexander Susdorf,Alexander Di Bella, Britta Hund,Thomas Rampe

Eine effiziente und wirtschaftlicheWasserstoffbereitstellung für Brenn-stoffzellen hat entscheidenden Ein-fluss auf die weitere Entwicklung derBrennstoffzellentechnik. Durch unsereKatalysator-Untersuchungen(screening) sorgen wir dafür, dassWasserstofferzeugung und Gas-reinigung möglichst einfach undeffizient sind.

Damit wir den für unsere Kundenoptimalen Katalysator finden, müssenunsere Messungen nicht nur hoch-genau, sondern auch flexibel in denParametervariationen sein. Hierfürhaben wir mehrere Teststände auf-gebaut, von denen einer auf demPhoto in Abbildung 4 zu sehen ist. Mit diesem Teststand können wir jedeEinzelreaktion der Gasprozesstechnikuntersuchen, da er über eine ent-sprechende Ausstattung (Gasfluss-regler, verschiedenartige Reaktorenzum Auswechseln) verfügt. Die Zu-sammensetzung von Produkt- undEduktgasen messen wir mit Hilfe einesGaschromatographen (rechts im Bildzu sehen).

Die Wahl der katalytischen Schritte beider Herstellung von Wasserstoff auskohlenstoffhaltigen Energieträgernwird auf der einen Seite vom Brenn-stoff und auf der anderen Seite vonder Art der Brennstoffzelle bestimmt.Die Schritte zur Wasserstofferzeugungsind in Abbildung 1 für Hochtempera-turbrennstoffzellen auf Schmelzkarbo-nat- (MCFC) bzw. Feststoffoxidbasis(SOFC) und in Abbildung 2 fürMembranbrennstoffzellen (PEMFC)dargestellt.

Je nach Brennstoff muss zunächst einemehr oder weniger aufwändigeReinigung erfolgen. Im allgemeinen isteine katalytische Stufe zur Entschwe-felung ausreichend.

Bei gasförmigen Brennstoffen (z. B.Erdgas oder Campinggas) kann dieEntschwefelung in der Gasphase er-folgen, meist wird Aktivkohle verwen-det. Sie benötigt keine Wasserstoff-rückführung und entfernt diewichtigsten Schwefelverbindungen(u.a. Schwefelwasserstoff) bei Raum-temperatur.

Die Entschwefelung von flüssigenKohlenwasserstoffen (Benzin, Kerosin,Diesel) ist schwieriger. Entweder mussder Kraftstoff zunächst verdampftwerden, so dass die Entschwefelungwiederum in der Gasphase erfolgenkann, oder es müssen Spezialad-sorbentien eingesetzt werden. AmFraunhofer ISE untersuchen wir beideVerfahren, u.a. im Rahmen des Pro-jektes Power Optimised Aircraft(Beitrag Seite 75).

Für die Reformierung kommen grund-sätzlich verschiedene Verfahren wieDampfreformierung, partielle Oxi-dation oder autotherme Reformierungin Frage. Diese Verfahren, die groß-

Abb. 1: Wasserstofferzeugung für Hoch-temperatur-Brennstoffzellen, MCFC und SOFC.

Abb. 2: Wasserstofferzeugung fürMembranbrennstoffzellen, PEMFC.

Entschwefelung

Reformierung

Hochtemperaturbrennstoffzelle

Entschwefelung

Reformierung

CO-Konvertierung

Selektive CO-Oxidation

Membranbrennstoffzelle



technisch schon seit langem ausgereiftsind, übertragen wir auf kleine, kom-pakte Einheiten zur Wasserstoffer-zeugung für Brennstoffzellen von1 kW bis 100 kW.

Die Auswahl von Katalysatoren (Kata-lysator-Screening) und weiterführendeUntersuchungen zur Reaktionskinetikals Basis für eine Reaktorauslegung,führen wir an Labortestständen durch.Im Kundenauftrag untersuchen wirsowohl Katalysatoren als Schüttung (inPulver- bzw. Pelletform) als auchKatalysatoren, die bereits auf Träger(Wabenstrukturen) aufgebracht sind,Abbildung 3.

Wird das wasserstoffreiche Gasge-misch für Membranbrennstoffzellenverwendet, so muss nach der Refor-mierung der Kohlenmonoxidanteilentfernt werden (Abbildung 2), da COein Katalysatorgift für die Elektrodender Brennstoffzelle darstellt. Dergrößte Anteil wird in einer CO-Konvertierungsstufe in Wasserstoffund CO2 umgewandelt. Nach dieserReaktionsstufe beträgt der CO-Anteiltypischerweise 0,1 Vol-% bis 0,5 Vol-% im Reformat.

Das Verfahren kann sowohl ein- alsauch zweistufig realisiert werden.Beim zweistufigen Verfahren wirdausgenützt, dass bei der Hochtem-peraturstufe (ca. 320 °C bis 400 °C)die Reaktionsgeschwindigkeit so hochist, dass eine kompakte Reaktoraus-führung möglich ist. Allerdings ist dasthermodynamische Gleichgewicht derKonvertierungsreaktion erst bei derNiedertemperaturstufe (180 °C bis240 °C) soweit auf Seite der Produkteverschoben, dass ein CO-Anteil von0,1 Vol-% erreicht werden kann.Neuere Entwicklungen sehen nur eineeinstufige CO-Konvertierungsstufe vor,

die bei mittleren Temperaturen(250 °C) arbeitet. Dabei beträgt derCO-Gehalt dann etwa 0,5 Vol-% ,was einen Kompromiss zwischenProzessvereinfachung und Verfahrens-effizienz darstellt.

In einer CO-Feinreinigungsstufe wirddas restliche CO auf 10 ppm bis 100ppm vermindert. Dafür gibt es ver-schiedene Verfahren, unter anderemDruckwechseladsorption, Metallmem-branverfahren, selektive Methani-sierung oder selektive (präferentielle)CO-Oxidation. Letztere favorisieren wiram Fraunhofer ISE. Sie oxidiert unterSauerstoff- oder Luftzufuhr mit Hilfeeines Katalysators das Kohlenmonoxidselektiv zu CO2. Soweit wie möglichsoll der Wasserstoffgehalt des Refor-mats erhalten bleiben.

Die Vorteile der selektiven CO-Oxi-dation im Vergleich zur Druckwechsel-adsorption sind ein geringerer Platz-bedarf und der Umstand, dass sich dieselektive CO-Oxidation praktischdrucklos betreiben lässt. Im Vergleichzur selektiven Methanisierung erfor-dert die selektive Oxidation zwar zu-sätzlichen Regelungsaufwand für dieLuftzugabe. Die Maßnahmen zur Be-triebssicherheit sind jedoch bei derselektiven Methanisierung aufwän-diger.

Nachdem wir zusammen mit unserenIndustriepartnern effiziente Katalysa-toren auf Edelmetallbasis für die ein-zelnen Reaktionsschritte entwickeltund ihre Funktionalität nachgewiesenhaben, zielen weitere Untersuchungendarauf ab, die Kosten der Katalysa-toren durch geringeren Edelmetallge-halt oder durch günstigere Materialienzu senken.

Abb. 3: Keramische Katalysatorwabe fürScreening-Untersuchungen zur Reformierungvon flüssigen Kohlenwasserstoffen.

Abb. 4: Teststand zur Charakterisierung von Katalysatoren zur Gasprozesstechnik. Mit dem rechts im Bild sichtbaren Gas-chromatographen können wir die Zusammen-setzung von Produkt- und Eduktgasen messen.



Flache Mikrobrennstoffzelle

Flache Brennstoffzellen lassen sichbesonders gut in Gerätegehäuseintegrieren. Außerdem können sie in Leiterplattenbauweise und bei entsprechender Massenproduktionkostengünstig gefertigt werden. Wirentwickeln in der ArbeitsgruppeMikroenergietechnik eine solcheplanare Brennstoffzelle, deren Ge-häuse aus Leiterplatten besteht. Siesoll über eine offene Kathode passivmit Luft versorgt werden.

Christopher Hebling, Andreas Schmitz, Marco Tranitz

Miniaturisierte Brennstoffzellen fürden kleinen Leistungsbereich ermög-lichen eine neue leistungsfähigereGeneration von mobilen Anwen-dungen wie Notebooks und Handys.Energieträger ist Wasserstoff (PEMFCmit Metallhydridspeicher) oderMethanol (DMFC). Die äquivalentenEnergiedichten sind deutlich höher alsbei herkömmlichen Akkumulatoren.Besonders interessant sind miniatu-risierte Brennstoffzellen für Anwen-dungen, bei denen die Energiedichtevon Akkumulatoren bisher unzu-reichend ist. Wir entwickeln dafürzuverlässige und kostengünstigeminiaturisierte Brennstoffzellen-systeme.

Neben der üblichen Stapelbauweise(Stack-Design) widmen wir uns beson-ders den miniaturisierten Brennstoff-

zellen in flacher Bauweise. Diese Tech-nik eignet sich hervorragend für dieIntegration in das Außengehäuseeines Gerätes und lässt dem Kundeneinen großen Design-Spielraum fürsein Produkt. Da die Brennstoffzellegleichzeitig als Gehäusewandfungieren kann, wird das benötigteVolumen optimal genutzt. Denkbar istz. B. die Integration einer planarenBrennstoffzelle in die Rückseite einesNotebook-Bildschirms oder einesOrganizers.

Unsere planare Brennstoffzelle wirdeine offene Luftseite (Kathode) haben.Damit kann sie völlig passiv mit Sauer-stoff aus der Luft versorgt werden,ohne aktive Komponenten wie Lüfteroder Pumpen.

Die planaren Brennstoffzellen werdenin Leiterplattenbauweise aufgebaut.Der besondere Reiz daran ist, dass dieLeiterplattentechnologie ein bewähr-tes Massenproduktionsverfahren ist.Damit ist eine kostengünstige Produk-tion miniaturisierter Brennstoffzellenin hoher Stückzahl möglich.

Für die Stromversorgung von Gerätenwerden mehrere Brennstoffzellen inSerie geschaltet. Dafür ist die Leiter-plattenbauweise mit Durchkontak-tierungen in Multi-Layer-Technik ideal.Außerdem kann man auf der Leiter-platte der Brennstoffzelle auch nochdie Elektronik zur Steuerung derBrennstoffzelle und eines elektrischenVerbrauchers unterbringen.

Als ersten Prototypen haben wir eineSerienschaltung von drei einzelnenBrennstoffzellen realisiert. Im Betriebmit Wasserstoff hat er bei Umge-bungsbedingungen 1,2 W Leistung. In Messungen mit mehr als 1 500 Be-triebsstunden demonstrierten wir, dassauch mit offener Luftseite ein stabilerLangzeitbetrieb gewährleistet ist.

Abb. 1: Planare, serienver-schaltete Brennstoffzelle inLeiterplattenbauweise. Die Abmessungen betragen 40 x 75 mm2. Die Dicke der Zelle beträgt lediglich 3 mm.

Abb. 2: Elektrische Kennlinien derplanaren, serienverschaltetenBrennstoffzelle in Leiterplatten-bauweise (Fläche 40 x 75 mm2).

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

Strom [A]

IU-KennlinieLeistung

Span

nung

[V

]

Leis

tung

[W

]

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

3,0

2,6

2,2

1,8

1,4

1,0

0,6

0,4

0,0



Regelung und Simulation von Brennstoffzellen

Wir entwickeln Regelungskonzepte,unter anderem für portable Brenn-stoffzellensysteme und liefern unserenKunden komplette Hardware-Rege-lungen. Außerdem unterstützen wirdie Optimierung der Zellen durch orts-aufgelöste numerische Simulationen.

Bruno Burger, Peter Gemmar*,Alexander Hakenjos, Christopher Hebling, Karsten Kühn,Mario Ohlberger**, Andreas Schmitz, Jürgen Schumacher, Mario Zedda

Die Regelung portabler Brennstoff-zellen soll auch nach einem Last-wechsel des Verbrauchers einen sta-bilen Betrieb gewährleisten. Dazu ge-hört das thermische und das Wasser-management. Wir entwickeln dieRegelungskonzepte an Prototypen biszur Marktreife.

Wir haben den dynamischen Betriebdes Brennstoffzellen-Stacks der»Fraunhofer-Initiative Mikrobrenn-stoffzelle« detailliert untersucht. Ausden Messdaten wurden Kennfelderdes Brennstoffzellenstapels generiert.Mit Fuzzy-Logik haben wir darausempirische Modelle für den Wasser-haushalt erstellt und bewertet. Damitwurde ein Fuzzy-Regler entworfenund im dynamischen Betrieb erfolg-reich erprobt. Es konnte das zuver-lässige Einregeln des Stacks nacheinem Lastwechsel des Verbrauchersdemonstriert werden.

Zur Verlustanalyse und zur Optimie-rung von Niedertemperatur-Brenn-stoffzellen für den portablen Einsatzentwickeln wir detaillierte Brenn-stoffzellenmodelle (Abbildung 1). Sie

berechnen den Stoff-, Wärme- undLadungstransport durch Finite-Elemente-Verfahren ortsaufgelöst.Abbildung 2 zeigt das Schema einerportablen PEM-Brennstoffzelle inflacher Bauweise. Der Wasserstoffwird unter Druck durch die Diffusions-schicht auf der linken Seite gepresst.Die Luft diffundiert an die offenliegende Diffusionsschicht der Katho-denseite (rechts in Abbildung 2). EinErgebnis der zeitunabhängigennumerischen Simulation für dieseGeometrie ist in Abbildung 3 dar-gestellt. Man erkennt die Verteilungdes Sauerstoffs in den Diffusions-schichten der Kathode bei zweiverschiedenen Zellspannungen.

Zur Zeit arbeiten wir an einemdynamischen Brennstoffzellenmodell,um die Verteilung des Wassers in derZelle in gasförmiger und flüssigerForm zu berechnen. Damit wollen wirden Einfluss der Konstruktion desBrennstoffzellenstapels auf dessenDynamik im Betrieb verstehen und dieRegelalgorithmen weiter entwickeln.Die Modelle werden am FraunhoferISE durch Messungen validiert und zurOptimierung unserer Zellen eingesetzt.

Abb. 1: Zur Regelung portabler PEM-Brennstoffzellen werden empirische Modelle eingesetzt. ZurOptimierung der Zellen wird an detaillierten Modellen gearbeitet, die den Stoff- und Ladungs-transport orts- und zeitaufgelöst berechnen.

Vorgehensweiseempirisch Themengebiet Methodik

- Systemregelung - Fuzzy-Logik- Einfaches Verständnis - Algebraische Modelle- des Wasser- und - Wärmehaushalts - Identifikation von - Impedanzspektroskopie- Materialparametern- Flow-Field-Design, - Kommerzielle - Charakterisierung von CFD-Software- Diffussionsschichten- Zelloptimierung, - Stationäre Modellierung- Verständnis der - Zeitabhängige - Systemdynamik - Modellierung des Stoff-,

- Wärme- und Ladungs-modellorientiert - transports

Abb. 2: Schema einer portablen PEM-Brennstoffzelle in flacher Bauweise.

Anode Kathode

Luft

Wasserproduktion in derKatalysatorschicht der Kathode

H2-Einlass Luft

Diffusionsschichten

Abb. 3: Verteilung des Sauerstoff-Molen-bruchs auf der Kathodenseite einer flachenPEM-Brennstoffzelle bei verschiedenenZellspannungen.

* Institut für Innovative Informatik-Anwendungen, Fachhochschule Trier

** Institut für Angewandte Mathematik, Freiburg

Ziel: Regelungund Optimierungportabler PEM-Brennstoffzellen

Luft Luft

MolenbruchMax: 0,21

0,20,180,160,140,120,10,080,060,040,020

Vcell=0,7 V Vcell=0,4 V

Luft Luft

Min: 0


Servicebereiche


Qualität setzt sich durch – wir helfen dabei

Qualitätssicherung wird in allen Bereichen solarerEnergiesysteme großgeschrieben. Nur dadurchkann nachhaltiges Vertrauen in eine nachhaltigeTechnologie geweckt und gestärkt werden. AmFraunhofer ISE unterstützen wir unsere Kundendurch die Bewertung von Produkten nach verein-barten Qualitätskriterien.

Wir tun dies sowohl durch Messen, Prüfen undBeurteilen als auch durch Kalibrieren und Zerti-fizieren der Leistungsdaten. Das reicht von ein-zelnen Komponenten bis zu komplettenSystemen und richtet sich nach nationalen undinternationalen Normen und Verfahren. UnsereMess- und Prüflabors sind unabhängig und inter-national anerkannt. Wir können Ihre Produktesowohl wetterunabhängig im Labor unterStandardbedingungen testen als auch unterrealistischen Einsatzbedingungen im Freiland.Das geht schnell, zuverlässig, kostengünstig undist vertraulich. In einigen Bereichen geben wirunser Wissen zu Prüfung und Qualifizierung inForm von Schulungen weiter.

Zu unserer Servicepalette gehören ein Kalibrier-labor für Solarzellen und -module, ein thermisch-optisches Prüflabor, ein Lichtmesslabor, Tageslichtmessräume, ein Fassadenprüfstand, ein Teststand für solare, sorptionsgestützteKlimatisierung, ein Prüfzentrum für thermischeSolaranlagen, ein Batterieprüflabor und eineWechselrichtercharakterisierung.

Servicebereiche

Servicebereiche


Präzisionsvermessung eines 3 m2 großen Solarmoduls(Servicebereiche S. 84).

Teststand für Solare SorptionsgestützteKlimatisierungsanlagen (Servicebereiche S. 86).

Innen-Teststand für Kollektoren (Solarsimulator),(Servicebereiche S. 85)

Präzisionsvermessung einer Solarzelle (Servicebereiche S. 84).


Servicebereiche

Ansprechpartner

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

E-Mail: [email protected]. Britta Hund Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-51 46

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]

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-Teststand Dipl.-Ing. Carsten Hindenburg Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 53E-Mail: [email protected]

Solare KlimatisierungTeststand für Solare Dipl.-Ing. Carsten Hindenburg Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-53 53Sorptionsgestützte E-Mail: [email protected](SSGKTEST)

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

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

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

Gebäudekonzepte und SimulationLichtplanung Dipl.-Phys. Christian Reise Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 82und -beratung E-Mail: [email protected]

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

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

Prüfstand für Lüftungs- Dr. Andreas Bühring Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 88Kompaktgeräte 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 DC-Komponenten für PV-SystemeDC-Prüf- und Dipl.-Ing. Norbert Pfanner Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 24Entwicklungslabor E-Mail: [email protected]

Licht-Messlabor Dipl.-Ing. Norbert Pfanner Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 24E-Mail: [email protected]

Batterie-Prüflabor Dipl.-Phys. Dirk Uwe Sauer Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-52 19E-Mail: [email protected]

Servicebereiche


ISE CalLab: Kalibrieren vonSolarzellen und Modulen

Die Charakterisierung von Solarzellenund Modulen spielt sowohl in For-schung und Entwicklung als auch beider Produktion eine bedeutende Rolle.Sie ist unverzichtbar bei Produkt-vergleichen sowie bei der Dimen-sionierung und Abnahme von Photo-voltaik-Systemen.

Britta Hund, Klaus Kiefer, Frank Neuberger, Wilhelm Warta,Jürgen Weber

Das Photovoltaik-Kalibrierlabor desFraunhofer ISE (ISE CalLab) zählt mitseinen Dienstleistungen zu denführenden Labors weltweit. Vergleichezwischen diesen Labors und mit derPhysikalisch-Technischen Bundes-anstalt in Braunschweig sorgen fürständige Qualitätssicherung. Inter-national renommierte Hersteller, aberauch der TÜV Rheinland lassen ihreReferenzzellen vom ISE CalLabvermessen. Forscher aus aller Weltkommen mit ihren Neuentwicklungennach Freiburg, denn eine Messung desISE CalLab wird auf Kongressen und inFachzeitschriften anerkannt.

Durch unsere lange Erfahrung in derPV-Messtechnik und durch den breitenForschungshintergrund des Instituts,bieten wir unseren Kunden in punktoSicherheit und Service hervorragendeLeistungen:

- Garantie zuverlässiger Ergebnisse durch regelmäßige Messvergleiche mit anderen international aner-kannten Laboratorien

- Einhalten internationaler Standards in allen Kalibrierschritten sowie bei der Verwendung von Referenz- elementen und Messeinrichtungen

- schnelle, unbürokratische Abwicklung

- streng vertrauliche Behandlung der Aufträge.

Zellkalibrierung – Referenz fürIndustrie und ForschungWir übernehmen die kompletteCharakterisierung von Solarzellen undDetektoren bis 30 x 30 cm2:

- Kalibrierung von Standardsolarzellen - Kalibrierung von Konzentratorzellen

sowie von Tandemzellen- Kalibrierung von Referenzzellen- Messung der spektralen

Empfindlichkeit- Bestimmung der Temperatur-

abhängigkeit des Stroms- Bestimmung des Jahreswirkungs-

grads von Solarzellen.

Modulkalibrierung – eine effizienteMethode zur QualitätssicherungImmer mehr Großhändler und In-stallateure lassen von uns Stichprobengrößerer Modulbestellungen ver-messen. Hier geht es vor allem um dieÜberprüfung der Leistungsdaten derHersteller.

Die Notwendigkeit solcher Prüfungenzeigt Abbildung 1. Die Statistik vonetwa 100 Modulen zeigt, dass überdie Hälfte der bei uns gemessenenModule mehr als 5% unter der Nenn-leistung liegen.

Sind die Solarmodule erst einmal aufdem Dach installiert und verschaltet,ist eine nachträgliche Leistungs-messung meist sehr aufwändig. Wir charakterisieren PV-Module bis zueiner Größe von 2 x 2 m2:

- Modulmessung mittels Flasher- Modulmessung im Freiland- Bestimmung der NOCT Temperatur

und Leistung- Messung der Winkel- und

Temperaturabhängigkeit der Modulparameter.

InternetFür detaillierte Informationen nutzenSie einfach unsere Internet-Seitenunter www.callab.de. Dort können Sieauch Messaufträge sehr einfach per E-Mail übermitteln.

größer +5%

kleiner-10%

0 bis+5%

-5,1 bis-10%

0 bis-5%

Abb. 1: Von 100 vermessenen Modulen liegen55 außerhalb der heute üblichenHerstellertoleranzen von +/- 5%.

http://www.callab.de


Servicebereiche

Prüfzentrum für ThermischeSolaranlagen (PZTS)

Wir betreiben einen Freilandteststandfür thermische Sonnenkollektoren undsind eine durch DIN CERTCO aner-kannte Prüfstelle. Wir zertifizierenSonnenkollektoren und unterstützenunsere Kunden bei der Entwicklungvon solarthermischen Anlagenkompo-nenten. Seit einem Jahr führen wirauch Messungen an einem Innen-Teststand (Solarsimulator) durch.

Carsten Hindenburg, Volker Kallwellis,Joachim Koschikowski, Flaviu Marton,Matthias Rommel, Arim Schäfer, Vitali Schmidt, Yan Schmitt, Thorsten Siems

Zertifizierung vonSonnenkollektorenWir prüfen Sonnenkollektoren undGesamtsysteme nach nationalen oderinternationalen Normen und Stan-dardverfahren:

- Kollektorprüfung nach DIN EN 12975 Teil 1 und 2 (neue europäische Kollektornorm)

- alle relevanten Funktionsprüfungen- Bestimmung der Wärmeleistung- Berechnung des Jahresenergie-

ertrags- direkte Messung des Einstrahl-

winkel-Korrekturfaktors (IAM) mit einem Tracker.

Kollektor- und SystementwicklungWir arbeiten eng mit Herstellern vonSolaranlagen zusammen. Dies ge-schieht im Rahmen von Projektarbeitoder bei individueller Produktent-wicklung. Wir bieten an:

- Thermographische Detailunter- suchungen (z. B.Wärmebrücken)

- Bestimmung des Kollektorwirkungs- gradfaktors F‘

- Optimierung und Berechnung der Spiegelgeometrie von Kollektoren mit Reflektoren

- Identifikation von Kollektor-Wärmekapazitäten durch Messung von Sprungantworten

- Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Kollektoren (low-flow, high-flow, matched-flow)

- Parameteridentifikationen mit dem von uns entwickelten Simulations- programm ColSim.

Innen-Teststand für Kollektoren(Solarsimulator)Seit einem Jahr betreiben wir einenSolarsimulator-Teststand. Wir habenihn so konstruiert, dass er den Frei-landbedingungen so nah wie möglichkommt. Sein großer Vorteil – speziellfür die Entwicklung von Kollektoren –ist die hohe Wiederholgenauigkeit derMessbedingungen.

Die wichtigsten technischen Daten:

- Größe der Prüffläche 2,4 x 2 m2; andere Geometrien der Prüffläche sind möglich (maximal 3,5 x 3 m2)

- Bestrahlungsintensität 1200 W/m2

ohne künstlichen Himmel, 1000 W/m2 mit künstlichem Himmel

- Homogenität dabei +/- 10%- Neigungswinkel des Lampenfeldes

0° bis 90°- Strahldivergenz so gering, dass wir

den Einstrahlwinkelkorrekturfaktor IAM auch für Kollektorkon-struktionen mit Reflektoren bestimmen können.

Die Konstruktion des Teststandeseröffnet folgende Möglichkeiten:

- Messung der Wirkungsgradkennlinievon Kollektoren

- Bestimmung des Winkelkorrektur-faktors IAM von Kollektoren

- Vermessung von Fassadenelementen- Durchführung von thermischen

Innenschocktests- Bestimmung der Kollektorkapazität

aus Einstrahlungs-Sprungantwort-Messungen

- gezielte Entwicklungsarbeiten zur Verbesserung von Kollektorkonstruktionen.

Solarluftkollektor-TeststandSeit letztem Sommer betreiben wireinen Teststand für Solarluftkollek-toren. Er ist in den Innen-TeststandSolarsimulator integriert. Daher können wir wetterunabhängig kurzeMesszeiten garantieren. Die Solarluft-kollektoren werden in Anlehnung anDIN EN 12975 geprüft. Es könnenLuftvolumenströme von 50 m3/h bis1000 m3/h mit einer Messunsicherheitvon maximal +/-1% bestimmt werden.

Unsere Dienstleistungen:

- Messung des Druckverlustes von Solarluftkollektoren als Funktion derDurchflussmenge

- Bestimmung von Leckluftraten- Unterstützung von Herstellern bei

der Produktneu- und Weiter-entwicklung

- Berechnung von Jahresenergie- erträgen für unterschiedliche Solarluftkollektorsysteme

- Entwicklung von kundenspezifischerAuslegungssoftware für Solarluftkollektor-Systeme.

Servicebereiche


Teststand für Solare Sorptions-gestützte Klimatisierungsanlagen(SSGKTEST)

Seit zwei Jahren betreiben wir einenTeststand für sorptionsgestützteKlimatisierungssysteme (SGK). Durchdie Einbindung von zwei Solarkollek-torfeldern und eines Pufferspeicherskann das Zusammenspiel mit derSolarstrahlung unter realen Bedin-gungen untersucht werden. Wirunterstützen Gerätehersteller bei derEntwicklung von Komponenten undSystemen und optimieren Schaltungs-varianten energetisch. Durch diezuschaltbare Außenluftkonditionie-rung und die flexible Hydraulikkönnen wir verschiedenste hydrau-lische Schaltungsvarianten unter-suchen und ihren Energieverbrauchoptimieren. Der Teststand ermöglichtschnelle und nutzerunabhängigeMessungen.

Carsten Hindenburg, Volker Kallwellis, Mario Motta

KomponentenentwicklungDer modulare Aufbau des Teststandeserlaubt es, verschiedene Komponen-ten wie Sorptionsrad, Wärmerückge-winnungsrad oder Befeuchter unab-hängig voneinander auszutauschen. Jenach Kundenwunsch können wir dieseKomponenten weiter entwickeln odersie in-situ vermessen. Dabei steht denAuftraggebern auch unser Thermo-analyselabor zur Verfügung. Es cha-rakterisiert und optimiert Sorptions-materialien.

Optimierung von GesamtsystemenEine umfangreiche Mess- und Rege-lungstechnik ermöglicht uns, SGK-Systeme auch als komplette Einheit zucharakterisieren und zu verbessern. Sokönnen wir diese hinsichtlich Energieund Wasserverbrauch optimieren.Simulationsprogramme, die zum Teilam Institut entwickelt wurden,verkürzen die Messzyklen und damitdie Entwicklungszeit insgesamt.

Entwicklung von StandardreglernDurch die Flexibilität der hydraulischenVerschaltung kann mit dem SSGKTESTdas Regelverhalten von fünf Anlagen-konzepten untersucht werden – idealeVoraussetzungen für die Entwicklungvon Standardreglern für Sorptions-gestützte Klimatisierungsanlagen.

Feldtests von SolarkollektorfeldernMit dem Teststand können wir auchkomplette Felder von Solarkollektorenoder Solarluftkollektoren bis zu 20 m2

vermessen. Folgende Dienstleistungenbieten wir an:

- Vermessung des Systemwirkungs-grades von Solarkollektorfeldern für definierte Verbraucher. Das ermög-licht realistische Ertragsprognosen, sowohl für Klimatisierungsanwen-dungen als auch für Brauchwasser-erwärmung oder Heizungsunter-stützung

- gezielte Entwicklung von Kollek-toren für die Klimatisierung.

KundenspezifischeAuslegungssoftwareWir entwickeln im KundenauftragAuslegungs- und Simulationssoftware.Dabei arbeiten wir ständig unsereErfahrungen am SSGKTEST und ausDemonstrationsprojekten ein. Mit denProgrammen können sowohl klas-sische Klimaanlagen als auch Sorp-tionsgestützte Klimatisierungssystemeberechnet werden. Auf Wunschkönnen hydraulische Schaltungen mitSolarenergieeinbindung oder Verschal-tungen nach Kundenwunsch abge-bildet werden. Programm-Module zurWirtschaftlichkeitsberechnung ver-gleichen verschiedene Konfigura-tionen nicht nur energetisch, sondernauch ökonomisch miteinander.

Merkmale des SSGKTEST- Nennvolumenstrom: 4000 m3/h- 20 m2 Flachkollektoren mit

flüssigem Wärmeträger- 20 m2 Solarluftkollektoren- 2 m3 Pufferspeicher- Nachheizung über Gaskessel- Simulation beliebiger

Außenluftzustände- Simulation von Raumlasten.

Abb. 1: Die Anlage zur Luftbehandlung bildetdie zentrale Einheit des SSGKTEST.


Servicebereiche

Vermessung von Fassaden undtransparenten Bauteilen

Entwicklern und Planern bieten wirein umfassendes Angebot zur detail-lierten und präzisen Charakterisierungvon innovativen Bauteilen oder Mate-rialien. Für transparente Bauteile undSonnenschutzsysteme steht ein Spe-ziallabor zur Bestimmung der opti-schen und thermischen Eigenschaftenzur Verfügung. Außerdem verfügenwir über einen Tageslichtcontainerund einen Außenprüfstand.

Ulrich Amann, Georg Bopp, Sebastian Bundy, Angelika Helde,Tilmann Kuhn, Werner Platzer,Christian Reise, Jan Wienold,Helen Rose Wilson*

Thermisch-Optisches PrüflaborTOPLABDie Eigenschaften von Verglasungenund Fassadenaufbauten mit kom-plexer Funktionalität können mitbestehenden Messverfahren wie DINEN 410 nicht ausreichend gut be-stimmt werden. Deshalb haben wirPrüfverfahren entwickelt, mit denenwir energetische und lichttechnischeEffekte exakt charakterisieren können.Unsere Apparaturen ermöglichenMessungen an Elementen bis über 1 m2 mit:

- Lichtstreuung und Lichtumlenkung- makroskopischer Strukturierung und

Mustern- winkelselektiven Eigenschaften- zeitveränderlichen Eigenschaften

z. B. Photochromie, Thermotropie oder Elektrochromie

- Luftführung in der Fassade- integrierter Photovoltaik.

Beispiele der Apparaturen:- Solarkalorimeter zur Bestimmung

des Gesamtenergiedurchlassgrades von transparenten Bauteilen und Sonnenschutz

- winkelabhängige Transmissions- und Reflexionsmessungen mit großen Ulbrichtkugeln

- Wärmewiderstandmessungen an Verglasungen nach DIN 52612

- Messung der Winkelverteilung des transmittierten und reflektierten Lichts mit dem Photogoniometer.

Standardprüfverfahren ergänzen unserLeistungsangebot. Spektrale Eigen-schaften von Gläsern, Folien undOberflächen bestimmen wir für Siemit UV-VIS-NIR-Spektrometern.

Im Rahmen der ISO 9001:2000 Zerti-fizierung warten und kalibrieren wirunsere Messgeräte regelmäßig undstellen so die hohe Genauigkeit sicher.

Das Labor darf baurechtlich bei derBestimmung des bauphysikalischenKennwertes g (Gesamtenergiedurch-lassgrad) einbezogen werden.

Die Entwicklung der Prüfverfahrenwurde teilweise öffentlich gefördert.

TageslichtmessräumeDie Tageslichtmessräume bestehen auszwei identischen Büroräumen. Sie sinddrehbar und ermöglichen beliebigeFassadenorientierungen. Wir erfassenüber eine Wetterstation die Außen-bedingungen und an der Fassade dieglobale, vertikale Beleuchtungsstärke.In den Messräumen wurden folgendeUntersuchungen durchgeführt:

- Blendschutzprüfungen- Nutzerakzeptanzuntersuchungen- Vergleich der Beleuchtungssituation

hinter zwei Fassadensystemen.

Fassadenprüfstand FASTESTZusätzlich zu Kennwerten bei defi-nierten Randbedingungen im Laborvermessen wir komplette Fassadenunter realen Klimabedingungen. Dafürstehen uns acht Testräume mitgleicher Fassadenorientierung zurVerfügung. Dort untersuchen wir dasdynamische Verhalten der Testfas-saden und erfassen dazu Tempera-turen im Innenraum, am Bauteil,Komforttemperatur, solare undvisuelle Transmission, Heizverbrauchder Testräume und andere bauphysi-kalische Daten in minütlichem Zeit-raster.

Langzeituntersuchungen ermöglichenAussagen über Stabilität, Schaltver-halten und Belastungen der Fassade.Die Optimierung von Reglern kannexperimentell validiert werden. ImZusammenhang mit der Gebäude-simulation dienen die Messdaten zurValidierung von Fassadenmodellen inProgrammen wie ESP-r und TRNSYS.

Abb. 1: Thermographische Aufnahme einesraumhohen Fassadenmoduls in einem Testraum(Aufnahme von innen).* Interpane E&BmbH, Lauenförde

Servicebereiche


Gebäudekonzepte und Simulation

Wir unterstützen Sie beim Entwurfvon Gebäuden und technischenAnlagen durch Simulationsrechnungenund Sonderplanungsleistungen. Wirnutzen dazu im thermischen Bereichdie Software ESP-r, ColSim undTRNSYS. Die Lichttechnische Planungund Bewertung erfolgt durchRADIANCE. Mit Messungen vor Ortund Gutachten sorgen wir fürQualitätssicherung.

Andreas Bühring, Sebastian Bundy,Sebastian Herkel, Jens Pfafferott,Christian Reise, Jan Wienold

Lichtplanung und -beratungÜber Simulationsrechnungen mitvalidierten Modellen bewerten wirverschiedene Gestaltungsoptionenhinsichtlich:

- Blendung (Bildschirmarbeitsplatz- verordnung)

- Tageslichtquotienten (Tageslichtautonomie).

Mit mobiler Tageslichtmesstechnikermitteln wir Tageslichtquotienten undbewerten Blendung.

Luftwechselmessungen mitTracergasDie Einhaltung von Luftwechselratenin Gebäuden und von Luftvolumen-strömen in Lüftungsanlagen sindwesentlich für die Raumluftqualität.

Mit unserem Tracergas-Gaschromato-graphen ermitteln wir für Sie die Luft-wechselraten von Räumen währenddes Betriebs nach der Konzentra-tionsabfallmethode. Zur Analyse vonLüftungsanlagen messen wir denVolumenstrom nach der Konstant-Injektionsmethode.

Unsere Messmethode erfüllt dieBedingungen nach VDI 4300, Blatt 7.Sie gestattet SF6 als Tracergas auch inbewohnten Gebäuden bei Analyse miteinem Gaschromatographen mitElectron Capture Detektor.

Prüfstand für Lüftungs-KompaktgeräteUnsere Kunden unterstützen wir beimEntwickeln von Lüftungs-Kompakt-geräten mit integrierter Abluft-wärmepumpe.

LaborprüfungAuf unserem Teststand für Lüftungs-geräte messen wir die Energieeffizienzder Gesamtgeräte und ihrer Kompo-nenten. Die Prüfbedingungen könnenwir in einer großen Bandbreitestationär wählen. Durch die Auto-matisierung des Teststandes könnenwir dynamisch veränderliche Bedin-gungen einstellen, z. B. entsprechendder Norm EN 255-3. Aus den Mes-sungen leiten wir Empfehlungen abfür das Optimieren der Komponentenund ihres Zusammenwirkens.

MonitoringIn verschiedenen bewohnten Solar-Passivhäusern messen wir dieLeistungsfähigkeit von Lüftungs-Kompaktgeräten unterschiedlicherHersteller im Praxistest. Über täglicheDatenauswertungen geben wir un-mittelbar Empfehlungen, um ihrenBetrieb zu optimieren. MöglicheStörungsursachen werden schnellidentifiziert und behoben. Aus denMessungen erarbeiten wir Vorschlägefür die Optimierung von Geräten undder Regelung.

Abb. 1: Darstellung der Tageslichtquotienten inder 1. Etage des Design-Centers der EXPO 2000.

Abb 2: Blendschutzuntersuchungen einesTageslichtsystems in einem Büro (Simulations-analyse).

Abb. 3: Automatisierter Teststand mit zweiTestplätzen zur Messung von Lüftungsgerätenmit Abluftwärmepumpe.


Servicebereiche

Charakterisierung vonWechselrichtern

Wechselrichter sind das Bindegliedzwischen Gleichspannungsquellen wiePV-Generatoren oder Brennstoffzelleneinerseits und dem öffentlichenWechselspannungsnetz oder einemInselnetz andererseits. Dabei habenRegelverhalten und Wirkungsgraderheblichen Einfluss auf die Leistungs-fähigkeit des Systems. Zudem sindeine Vielzahl von Normen einzuhalten,die für die Sicherheit des Bedien-personals sorgen, den zuverlässigenBetrieb des Netzes sicherstellen undeine elektromagnetische Störunganderer Verbraucher ausschließen. Wirbieten die Charakterisierung vonWechselrichtern als Dienstleistung an.

Bruno Burger, Jürgen Ketterer, Rainer Schätzle, Heribert Schmidt

Wir charakterisieren Ihre Wechsel-richter in unseren Labors bezüglich:

- Wirkungsgrad- MPP-Regelverhalten- Elektromagnetischer Verträglichkeit

(EMV)- Burst und Surge Störungen- Einhaltung der relevanten Normen- Benutzerfreundlichkeit.

Folgende Energiequellen für dieWechselrichter stehen dabei zurVerfügung:

- verschiedene, frei konfigurierbare Solargeneratoren bis 10 kW

- sechs programmierbare Solarsimulatoren und

- vier Konstanter mit unter-schiedlichen Spannungsbereichen bis zu einer Leistung von 21 kW.

Mit Präzisions-Leistungsmessgerätenkönnen wir den Wirkungsgrad IhrerGeräte exakt vermessen. Zur Charak-terisierung des EMV-Verhaltens stehteine gut ausgestattete EMV-Mess-kammer von 4,8 m x 3,1 m Grund-fläche und 3 m Höhe zur Verfügung.Auf Wunsch modifizieren erfahreneLeistungselektroniker Ihre Geräte imRahmen der Messungen so, dass siedie EMV-Normen einhalten. UnsereMitarbeiter, die selbst in Normungs-gremien mitwirken, beraten Sie gernebei technischen Fragen und bei Un-sicherheiten bezüglich der einzuhal-tenden Normen.

Abb. 1: EMV-Messung an einem transformator-losen Wechselrichter auf der AC-Seite. Die vondiesem Wechselrichter erzeugten Störspan-nungen liegen über den Grenzwerten.x-Achse: Frequenz in MHz; y-Achse: Störspannung in dBµV.

Abb. 2: Surge-Impuls mit einer Amplitude von 1000 V (nadel-förmige Spitze in allen drei Kurven) in der Netzspannung (gelbeSinuskurve, oben) und dessen Auswirkung auf die Zwischenkreis-spannung des Wechselrichters (blau, Mitte) und die Spannung anden Leistungshalbleitern (pink, unten). Ergebnis: Dieses Gerät istnicht ausreichend gegen Störimpulse geschützt. Die von außenaufgeprägte Störung gelangt ungehindert in das Gerät und kanndie Leistungshalbleiter zerstören.x-Achse: 4 ms/div; y-Achse: 500 V/div.Die obere Kurve ist die Netzspannung mit 230 Veff. Die Nullliniender drei Kurven sind jeweils links markiert.

120

100

80

60

40

20

0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 30

Log Freq. (0.01 – 20) MHz

Servicebereiche


Qualifizieren und Optimieren vonDC-Komponenten für Photovoltaik-Systeme

Technische Zuverlässigkeit undniedrige Kosten sind der Schlüssel fürden dauerhaften Erfolg photovoltaischversorgter Gleichspannungssysteme(DC-Systeme).

Häufig erweisen sich handelsüblicheVerbraucher wie Campingleuchten,tragbare Radio- und Fernsehgeräte,aber auch bestimmte Systemkompo-nenten als nicht ausreichend ange-passt für den Einsatz in PV-Systemen. Die Erfahrung zeigt, dass Wartungund Reparaturen dieser Systeme einengroßen Teil der Betriebskostenbeanspruchen.

Wir bieten unseren Kunden die Prü-fung, Qualifizierung und Optimierungvon DC-Verbrauchern, PV-Komponen-ten und -Systemen in drei mit hoch-wertigen Messgeräten und Prüf-ständen ausgestatteten Laboren an.

Rudi Kaiser, Norbert Pfanner, Dirk Uwe Sauer

DC-Prüf- und EntwicklungslaborWir vermessen, prüfen und beurteilenkomplette PV-Systeme oder einzelneKomponenten hinsichtlich Qualitäts-anforderungen wie:

- Energieverbrauch und Wirkungsgrad- Betriebsführungsverhalten- Fehlerverhalten- Schutz gegen Fehlbedienung- Elektromagnetische Verträglichkeit.

Dauer- und Stress-Tests erlaubenpraxisnahe Aussagen bezüglich derLebensdauer und der Zuverlässigkeit.Ergänzend bieten wir im DC-LaborSchulung und Ausbildung von Tech-nikern und Ingenieuren im BereichPrüfung und Qualifizierung an.

Licht-MesslaborWir untersuchen Leuchtmittel undLeuchten für Photovoltaik-Systeme aufelektrische Eigenschaften wie:

- Wirkungsgrad- Betriebsführungsverhalten

(Vorheizung, Zündspannung, Betriebsstrom und -Kurvenform etc.)

- Fehlerverhalten.

Und wir führen präzise Messungenlichttechnischer Größen durch:

- Lichtstrom und Lichtausbeute- Leuchtdichte- Lichttechnisches Betriebsverhalten.

Ein Schaltzyklen-Test gibt Auskunftüber die zu erwartende Lebensdauerdes Beleuchtungssystems impraktischen Einsatz.

Batterie-PrüflaborDurch umfassende Qualifizierung vonBatteriespeichern unterstützen wirunsere Kunden bei der Auswahl desgeeigneten Batterietyps sowie deroptimalen Betriebsführungs- undLadestrategien. Dazu bestimmen wirdie Charakteristiken aller gängigenBatterietechnologien:

- Kapazität neuer und alter Batterien- Lade- und Entladekurven- Ladeverhalten- Temperaturabhängigkeiten- Wirkungsgrad- Selbstentladung.

Langzeittests im Labor oder in realenAnlagen erlauben realistische Aus-sagen zur Lebensdauer der Speicher.

Abb. 1: Kugel-Photometer zur Lichtstrommessung an DC-Lampen und -Leuchten.



Gastwissenschaftler

Mitarbeit in Gremien

Vom Institut (mit-)organisierteKongresse, Tagungen und Seminare

Vorlesungen und Seminare

Messebeteiligungen

Patente

Promotionen

Pressearbeit

Vorträge

Veröffentlichungen



Gastwissenschaftler

Antonio BuonassisiUniversity of California at BerkeleyBerkeley, USA1.6.2002 – 31.7.2002Arbeitsgebiet: Defektanalyse in monokristallinemSilicium

Prof. Andres CuevasAustralian National UniversityCanberra, Australien12. – 27.9.2002Arbeitsgebiet: Analyse von Defekten in monokri-stallinem Silicium

José Roberto Flores HernándezInstituto de Investigaciones Electricas (IEE)Madrid, Spanien1.10.2001 – 30.9.2004Arbeitsgebiet: Brennstoffzellen und Elektrolyse

Prof. Dr. Joachim LämmelFachhochschule Frankfurt a.M.Frankfurt, Deutschland16.9. – 31.12.2002Arbeitsgebiet: Photovoltaik-Systemtechnik

Zongcun LiangGuangzhou Institute of Energy ConversionGuangzhou, China1.1.2001 – 31.5.2002Arbeitsgebiet: GKSD-Solarzellen

Dr. Daniel MacdonaldAustralian National UniversityCanberra, Australien2. – 14.5.2002Arbeitsgebiet: Analyse von Defekten in monokri-stallinem Silicium

Prof. Manfred von MendeFachhochschule KonstanzKonstanz, Deutschland1.10.2001 – 28.2.2002Arbeitsgebiet: Solares Bauen

Anders Ødegård Norwegian University for Science andTechnology (NTNU) Trondheim, Norwegen 21.8.2000 – 28.2.2003 Arbeitsgebiet: Mikroenergietechnik

Prof. Valeri Rumyantsev A.S. Ioffe Physico-Technical InstituteSt. Petersburg, Russland20.2. – 20.4.2002Arbeitsgebiet: III-V Konzentratormodul-Entwicklung

Mitarbeit in Gremien

Bundesministerium für Wirtschaft undTechnologie BMWi- Lenkungsausschuss »Solar optimiertes

Bauen«

Club zur Ländlichen Elektrifizierung CLE- Geschäftsführung

Deutsche Elektrotechnische Kommission DKE- Komitee 221: »Elektrische Anlagen von

Gebäuden«- Komitee 373: »Photovoltaische

Solarenergiesysteme«- Komitee 384: Brennstoffzellen +

Arbeitsgruppe Portable Fuel Cell Systems

Deutsche Gesellschaft für Galvano- undOberflächentechnik DGO- Fachausschuss »Mikrosysteme und

Oberflächentechnik«

Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie DGS- Vorstand der Sektion Südbaden

Deutsche Physikalische Gesellschaft- Arbeitskreis Energie

Deutscher Wasserstoff-Verein

European Photovoltaic Industry Association EPIA- assoziiertes Mitglied

EUREC Agency, The European Association ofRenewable Energy Research Centers - President

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

European Fuel Cell Group

Exportinitiative Erneuerbare Energien- Kontaktgruppe Verbände

Fachverband Transparente Wärmedämmung- Fachausschuss »Produktkennwerte«

Fachinstitut Gebäude-Klima FGK- Arbeitskreis »Sorptionsgestützte

Klimatisierung«

FitLicht – Fördergemeinschaft innovativeTageslichtnutzung- Mitglied

Dr. Nicolay SadchikovA. S. Joffe Physico-Technical InstituteSt. Petersburg, Russland20.5. – 20.7.2002Arbeitsgebiet: III-V Konzentratormodul-Entwicklung

Dr. Mazim ShvartsA. S. Joffe Physico-Technical InstituteSt. Petersburg, Russland14.1. – 22.3.2002Arbeitsgebiet: III-V-Konzentratorsolarzellen-Messtechnik

Gaute StokkanUniversität TrondheimTrondheim, Norwegen1.9.2002 – 28.2.2003Arbeitsgebiet: Charakterisierung von mc-Silicium

ISE-Jahresbericht 2002 93


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

Forschungsallianz »Brennstoffzellen«, Baden-Württemberg

Forschungsverbund Sonnenenergie FVS- Direktorium, Tagungsbeirat

Hahn-Meitner-Institut (HMI)- Wissenschaftlicher Beirat

Hauptkommission des Wissenschaftlich-Technischen Rates der Fraunhofer-Gesellschaft- Mitglied

197 Hydrogen Technologies (NA Gas), ISO/TC- Normenausschuss Gastechnik

Institut für Solare Energieversorgungstechnik(ISET)- Wissenschaftlicher Beirat

International Solar Energy Society Europe (ISES-Europe)- Governing Board

Kompetenznetzwerk Brennstoffzelle NRW(Nordrhein Westfalen)

Nationales Symposium PhotovoltaischeSolarenergie- Wissenschaftlicher Beirat

Passivhaustagung 2003- Wissenschaftlicher Beirat

Progress in Photovoltaics- Editorial Board

Senat der Fraunhofer-Gesellschaft- Mitglied

Verein Deutscher Elektrotechniker- ETG-Fachausschuss »Brennstoffzellen«

Verein Deutscher Ingenieure, VDI-GesellschaftEnergietechnik- Fachausschuss »Regenerative Energien«

VMPA- Verband der Materialprüfämter e.V.- Sektorgruppe »Türen, Fenster und

Glasprodukte«

WBZU, Weiterbildungszentrum Brennstoffzellein Ulm

Wissenschaftlicher Beirat der BundesregierungGlobale Umweltveränderungen (WBGU)- Mitglied

Zeitschrift »Physikalische Blätter«, Wiley-VCH- Kuratorium

Zeitschrift »Solar Energy«, Elsevier- Editor-in-Chief

Zentrum für Solarenergie und Wasserstoff (ZSW)- Kuratorium

Vom Institut (mit-)organisierteKongresse, Tagungen und Seminare

OTTI Energie-Kolleg Regensburg8. Symposium Innovative Lichttechnik inGebäudenBad Staffelstein, Kloster Banz, 24./25.1.2002

OTTI Energie-Kolleg RegensburgFachseminar Dezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaikFreiburg, 30./31.1.2002

SolarBau:MONITOR Workshop »Strategien und Konzepte für schlan-ke Gebäude«Zwingenberg, 21. – 22.2.2002

OTTI Energie-Kolleg Regensburg5. Fachforum Innovative WohnungslüftungRegensburg, 20./21.3.2002

Fachinstitut Gebäude-Klima FGK, IEA Task 25Industrie-Workshop »Solar Assisted AirConditioning of Buildings« im Rahmen derLight&Building – AirConTec, FrankfurtFrankfurt, 17.4.2002

OTTI Energie-Kolleg Regensburg12. Symposium Thermische SolarenergieBad Staffelstein, Kloster Banz, 24. – 26.04.2002

OTTI Energie-Kolleg RegensburgFachseminar Netzgekoppelte Photovoltaik-AnlagenFreiburg 11./12.6.2002

Intersolar FreiburgFachseminar »Solar Assisted Air-Conditioning ofBuildings«Freiburg, 26./27.6.2002

Intersolar FreiburgTechnologie-SeminarFreiburg, 28. – 30.6.2002

OTTI Energie-Kolleg RegensburgFachseminar EMV und Blitzschutz inPhotovoltaik-AnlagenFreiburg, 26./27.9.2002

5th TPV Conference»International Workshop on the Integration ofSocial Aspect Tools in Commercial RuralElectrification Activities«Rom, Italien, 6.10.2002

Internationale Energieagentur, SHCP Task 28 /ECBCS Annex 38Expertentreffen »Energieversorgung für HighPerformance Houses«Freiburg, 10. – 13.10.2002

SolarBau:MONITOR Workshop »Nutzerakzeptanz – Erfassen-Bewerten-Planen«Creuzburg, 21./22.11.2002



Patente

Eingereichte Patente

Daniel Kray, Dr. Gerhard Willeke»Verfahren und Vorrichtung zum Zerteilen vonKörpern«

Ulrich Hofmann, Markus Löhr, Dieter Schlegel,Marc Straub, Robert Szolak, Bernd Tischhauser,William Wiesner»Vorrichtung zum Verfahren zur Reformierungvon Kohlenwasserstoffen aus einem Einsatzgas«

Axel Heitzler, Dr. Christopher Hebling, Andreas Schmitz»Brennstoffzellenanordnung«

Dr. Benedikt Bläsi, Christopher Bühler, Dr. Andreas Georg, Dr. Andreas Gombert,Wolfgang Graf, Dr. Peter Nitz, Dr. Volker Wittwer, »Schaltbare Sonnenschutzvorrichtung«

Dr. Alexander Susdorf, Dr. Jürgen Koy, Dr. Albert Chigapov, Dr. Klaus Wanninger, Prof. Angelika Heinzel, Dr. Peter Hübner »Ce/Cu/Mn-Katalysator zur Entfernung von COaus wasserstoffreichen Gasgemischen«

Andreas Schmitz, Dr. Robert Hahn, Dr. Christopher Hebling, Dr. Bruno Burger»Brennstoffzellensystem inLeiterplattenbauweise«

Dr. Andreas Gombert, Volkmar Boerner, Dr. Benedikt Bläsi, Ilka Gehrke, Michael Niggemann, Josef Robert, Christian Schlemmer»Verfahren zur Herstellung von Mikrosieben«

Dr. Heribert Schmidt, Jürgen Ketterer, Dr. Christoph Siedle»Wechselrichter sowie Verfahren zumUmwandeln eines elektrischen Gleichsstroms in einen Wechselstrom«

Carsten Hindenburg, Volker Kallwellis, Wolfgang Dotzler, Gerd Renner»Verfahren zur Herstellung von hinterströmtenStrahlungsabsorbern mit Wärmeleitblechen«

Dr. Andreas Gombert, Wolfgang Graf, Dr. Andreas Hinsch, Michael Niggemann»Optoelektronisches Bauelement mit elektrischleitfähigem organischen Material sowieVerfahren zur Herstellung des Bauelements«

Prof. Adolf Goetzberger»Verfahren zur großflächigen Herstellung von Si-Dünnschichtsolarzellen«

Tilmann Kuhn, Dr. Peter Nitz, Dr. Benedikt Bläsi,Christopher Bühler, Dr. Andreas Gombert, Dr. Werner Platzer, Dr. Volker Wittwer»Sonnenschutzvorrichtung mit einer Vielzahl vonparallel zueinander orientierten Lamellen«

Messebeteiligungen

Industrieausstellung im Rahmen des 17.Symposiums Photovoltaische SolarenergieBad Staffelstein, Kloster Banz, 13. – 15.3.2002

Light & Building – AirConTecFrankfurt/M., 13 – 18.4.2002

Hannover Messe Industrie, HMI 2002 Hannover, 15. – 20.4.2002

Intersolar 2002, Freiburg, 28. – 30.6.2002

H2-ExpoHamburg, 10. – 12.10.2002

f-cellStuttgart, 14./15.10.2002

Dr. Heribert SchmidtPhotovoltaik SystemtechnikVorlesung SS 02Universität Karlsruhe

Priv. Doz. Dr. Gerhard WillekeGrundlagen von Halbleiterbauelementen undder optischen DatenübertragungVorlesung SS 02Universität Konstanz

Priv. Doz. Dr. Volker WittwerEnergieversorgung für Mikrosysteme Vorlesung SS 02Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät fürAngewandte Wissenschaften

Vorlesungen und Seminare

Dr. Dietmar BorchertPhotovoltaikVorlesung SS 2002Technische Fachhochschule Georg Agricola,Bochum

Dr. Bruno BurgerLeistungselektronische Systeme für regenerativeEnergiequellenVorlesung WS 02/03Universität Karlsruhe

Dr. Andreas GombertMikrostrukturierte Oberflächen mit optischenFunktionen Vorlesung WS 02/03Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät fürAngewandte Wissenschaften

Sebastian HerkelBauökologie/Solarenergienutzung Vorlesung SS 02Staatliche Akademie der Bildenden Künste,Stuttgart

Prof. Joachim LutherPhotovoltaische EnergiekonversionVorlesung SS 02Aktuelle Fragen der SonnenenergiekonversionSeminar SS 02Thermische SolarenergiewandlungVorlesung WS 02/03Aktuelle Fragen der SonnenenergiekonversionSeminar WS 02/03Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät fürPhysik

Jens PfafferottKonventionelle und regenerativeEnergiewirtschaftVorlesung SS 02 / WS 02/03Fachhochschule Biberach

Dr. Christel RussModernisierung und Sanierung von GebäudenVorlesung SS 02 / WS 02/03Fachhochschule Biberach

Prof. Roland SchindlerHalbleitertechnologie I (Technologie),Photovoltaik IVorlesung WS 02/03Halbleitertechnologie II (Bauelemente),Photovoltaik IIVorlesung SS 02FernUniversität, Hagen



Pressearbeit

Presseinformationen

www.ise.fhg.de/german/press/pi_2002/index.html

19.3.2002Fraunhofer-Institute demonstrieren kosten-günstige Serienfertigung für Mikro-Brennstoffzellen

28.3.2002Mit der Sonne klimatisieren – Weltweit ein-maliges Exponat und IEA-Workshop auf der »aircontec« in Frankfurt

4.4.2002Farbstoff- und Organische Solarzellen: HohesAnwendungspotenzial in der Zukunft

11.4.2002Brennstoffzellensystem erstmals in Laptop integriert

22.5.2002Referenzzellen für geprüfte Sicherheit bei dersolaren Stromerzeugung – Fraunhofer ISEMesstechnik für höchste Präzision nun auch im Feld

29.6.2002Fraunhofer ISE in der Endauswahl für den»World Technology Network Award«

10.7.2002»Club Ländliche Elektrifizierung«:Exportorientierte Firmen fordern mehrUnterstützung bei Markterschließung

27.8.2002Autonome Energieversorgung mit Wasserstoffaus erneuerbaren Energien

1.10.2002Energieeffizienz und Solarenergienutzung imNichtwohnungsbau

20.11.2002Neue Leichtbaustoffe als thermischesSchwergewicht – Fraunhofer SOBIC Seminar in Freiburg

5.12.2002Benzin tanken und trotzdem schadstoffarmfahren – Fraunhofer ISE entwickelt autothermeBenzinreformierung für Brennstoffzellen

Promotionen

Konrad Lustig»Experimentelle Untersuchungen zumStillstandsverhalten thermischer Solaranlagen«Dissertation Universität KarlsruheKarlsruhe, 2002

Mario Motta»Thermodynamic design and optimisation ofsolar assisted desiccant cooling cycles for Italianclimates«Dissertation Universita di GenovaGenua, Italien, 2002

Tomas Núñez»Charakterisierung und Bewertung von Adsorbentien für Wärmetrans-formationsanwendungen«Dissertation Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Freiburg, 2002

Mathias Hein»Entwicklung und Vergleich zweier konzentrie-render Photovoltaik-Systeme für den wirt-schaftlichen Einsatz von hocheffizienten III-V Solarzellen«Dissertation Carl von Ossietzky UniversitätOldenburgOldenburg, 2002

Dr. Benedikt Bläsi, Christopher Bühler, Dr. Andreas Gombert, Wolfgang Hoßfeld, Jörg Mick, Dr. Peter Nitz,»Vorrichtung zur Lichtlenkung und Verfahren zurHerstellung der Vorrichtung«

Jörg Isenberg, Stephan Riepe, Dr. Wilhelm Warta»Verfahren und Anordnung zur Messung lichtin-duzierter Temperaturänderungen undLeistungsverluste in Halbleiterbauelementen«

Uwe Armbruster, Dr. Peter Hübner, Helga Ströhl»Verfahren für das Ausschalten eines Reformer-Brennstoffzellen-Systems«

Dr. Heribert Schmidt»Endplatte«

Dr. Heribert Schmidt»Strahlungssensor mit reduzierterStörsignalempfindlichkeit«

Dr. Bruno Burger, Dr. Heribert Schmidt»Vorrichtung und Verfahren zur Unterdrückungeines Gleichstromanteils im Ausgangsstrom vonWechselrichtern«

Christian Schlemmer, Dr. Andreas Georg, Dr. Andreas Gombert, Wolfgang Graf»Verfahren zur Herstellung von hochtemper-aturstabilen, mikrostrukturierten selektivenMetallemittern«

Alexander Hakenjos»Verfahren zur Vermessung elektrochemischerZellen in einer Serienverschaltung«

Erteilte Patente

Michael Hermann, Joachim Koschikowski»Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern auspastösem Material und Vorrichtung zumDurchführen des Verfahrens«

Klaus Preiser, Jérôme Kuhmann»Vorrichtung zum Überprüfen von autonomenSolaranlagen«

Orlando Parodi, Konstanze Fleige, Ulrike Seibert»Vorrichtung zum Fördern von Roh- undBrauchwasser«

Dr. Harry Wirth, Dr. Volker Wittwer»Sonnenschutzvorrichtung für Gebäude«

Dr. Andreas Georg»Optisches Bauelement«

Dr. Andreas Gombert, Michael Niggemann,Hansjörg Lerchenmüller»Verfahren und Vorrichtung zur Herstellungeines Koppelgitters für einen Wellenleiter«

http://www.ise.fhg.de/german/press/pi_2002/index.html



Vorträge

Vorträge, deren Manuskript veröf-fentlicht wurde, finden Sie unter»Veröffentlichungen«.

Agert, C.»The Future of RenewableEnergy«, Northern African PowerIndustry Convention, 27.10.2002,Casablanca, MoroccoAgert, C.; Beckert, R.; Bett, A.W.;Dimroth, F.; Heuken, M.1; Giesen, C.1; Dauelsberg, M.1;Hannappel, T.2; Kollonitsch, Z.2;Möller, K.2; Seip, M.3; Greiling, A.3

»Sb-Based Semiconductors for TPVApplication Grown in an IndustrialSized MOVPE Reactor«, 5th

Conference on Thermophoto-voltaic Generation of Electricity,Rom, Italy, 15. – 19.9.2002 (1: AIXTRON AG, Aachen) (2: Hahn-Meitner-Institut, Berlin) (3: MOCHEM, Marburg)

Bett, A.W.»Tandem Cells for Very HighConcentration«, 3rd Generation PVWorkshop for High Efficiencythrough Full Spectrum Utilization,Cercedilla, Madrid, Spain, 21. – 23.3.2002

Bopp, G.; v. Dohlen, K.1

»Normkonforme Einbindung vonPV-Anlagen in Gebäude mit undohne äußeren Blitzschutz«, Fach-seminar Blitzschutz und Potenzial-ausgleich in der Solartechnik,Cölbe, 22.3.2002(1: Erhardt & LeimerElektroanlagen, Augsburg)

Bopp, G.»Gefährdungspotenzial desBlitzes«, Fachseminar Blitzschutzund Potenzialausgleich in derSolartechnik, Cölbe, 22.3.2002

Bühring, A.; Russ, C.; Kiefer, K.;Harter, K.»Von der Wärmepumpe zur Brenn-stoffzellenheizung«, 6. EuropäischePassivhaustagung, Basel,Switzerland, 25. – 26.1.2002

Bühring, A.,»Von der Wärmepumpe zurBrennstoffzellenheizung«OTTI Symposium InnovativeLüftungstechnik, Regensburg, 22. – 21.3.2002

Henning, H-M.»Solar Assisted Air-Conditioning ofBuildings – Examples of RealizedProjects«, Forum Solar Assisted Air-Conditioning of Buildings – INTER-SOLAR 2002, IHK Freiburg,Freiburg, 26./27.6.2002

Henning, H-M.»Solare Kühlung und Klimati-sierung – Grundlagen und Tech-niken«, Fachforum SolarstadtMünchen, Bauzentrum, München,10.7.2002

Henning, H-M.»Solare Klimatisierung vonGebäuden«, SOLTEC 2002 –Tagung für Architekten undIngenieure, Hameln, 16.8.2002

Henning, H-M.»Solarthermische Kühlung undKlimatisierung«, Solar – Cool! –Trends in der solaren Energie-technik, Fraunhofer Umsicht,Oberhausen, 17.9.2002

Hindenburg, C.; Backes, S.; Motta, M.; Bichler, C.»Erste thermisch solar autarkeKlimaanlage in Deutschland –Betriebserfahrungen und ökonomi-sche Gesichtspunkte«, 12. Sym-posium Thermische Solarenergie,OTTI-Energie-Kolleg, Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002

Hoffmann, V.U.»Photovoltaik zur Stromerzeugung– wirtschaftlich?«, Inventa 2002 –Forum Energie, Karlsruhe,9.3.2002

Huljic, D.; Kieliba, T.; Beckert, R.;Hein, M.; Hube, W.»Kostenreduktion in derPhotovoltaik – Ansätze aus deraktuellen Forschung«, Leistungs-schau der deutschen Umwelt-technik und -forschung, Berlin,3./4.6.2002

Huljic, D.; Kieliba, T.; Beckert, R.;Hein, M.; Hube, W.»Solaroptimierte Gebäudesystemedurch neuartige Regelungskon-zepte«, Leistungsschau der deut-schen Umwelttechnik und -for-schung, Berlin, 3./4.6.2002

Kiefer, K.»Erfahrungsbericht über dieLeistungsfähigkeit und Energieaus-beute von Karlsruher Photovoltaik-Anlagen« Stadtwerke Karlsruhe:Photvolatik-Anlagen, Karlsruhe,17.9.2002

Kuhn, T.; Feimann B.1

»Impact of Ventilation and CoolingSystems regarding Façade Design«,European Construction ManagersMeeting, Hines Immobilien,München, 28.6.2002(1: HL-Technik, München)

Glunz, S.W.»MonokristallineSiliciumsolarzellen: Materialanalyseund Zellstrukturentwicklung amFraunhofer ISE«, IPE Stuttgart,Seminar, Stuttgart, 17.6.2002

Glunz, S.W.»Zellstrukturentwicklung undMaterialanalyse für monokristallineSiliciumsolarzellen«, ZAE Erlangen,Seminar, Erlangen, 14.6.2002

Glunz, S.W.»Neue Strategien für Solarzellenaus Wafersilicium«, 13. Inter-nationales Sonnenforum, Berlin,12. – 14.9.2002

Glunz, S.W.»Silicon Solar Cell Research atFraunhofer ISE: Technology andCharacterisation«, AustralianNational University, Canberra,Australia, 19.11.2002

Gombert, A.»Mikrostrukturierte Oberflächenmit optischen Funktionen«, IMTSeminar, ForschungszentrumKarlsruhe, 19.11.2002

Groos, U.»Mikrobrennstoffzellen – eineFraunhofer-Initiative«, VDI/VDE-IT,Workshop Brennstoffzellen gene-rieren Zukunftsprodukte – Mikro-systemtechnik als Schlüsseltechno-logie, 27.2.2002, Berlin

Groos, U.»Brennstoffzellen und Solarzellenfür das Mobile Office« HiTec-Presseclub, Hamburg, 9.10.2002

Groos, U.; Hebling, C.; Zedda, M.;Hakenjos, A. und PartnerFraunhofer-Initiative Mikrobrenn-stoffzelle»Brennstoffzellen-System für einenDV-Camcorder«, in: Proceedings off-cell, Stuttgart, 15.10.2002

Hebling, C.»Fuel Cell Systems for PortableElectronic Appliances«, First Sino-German Workshop on Fuel Cells,Dalian, China, 31.10.2002

Hebling, C.,»Fuel Cells and Solar Cells asDevice Integrated Power Sources«,Mobile Convergence, Monte Carlo,09.6.2002

Hebling, C.; Groos, U.»Survey on Potential Utilization ofTPV Systems«, 5th Conference onThermophotovoltaic Generation ofElectricity, Rom, Italy, 15. – 19.9.2002

Hebling, C.,»Fuel Cells as CompetingTechnology to Thermophoto-voltaics«, 5th Conference onThermophotovoltaic Generation ofElectricity, Rom, Italy, 15. – 19.9.2002

Hebling, C.; Groos, U.»Technologie und Märkte portablerBrennstoffzellen im niedrigenLeistungsbereich«, Neuntes Fach-forum Brennstoffzellen, OTTI-Energie-Kolleg, Ulm/Neu-Ulm,8.10.2002

Hebling, C.»Technology and Markets of MicroFuel Cell Systems«, InternationalWorkshop on Power MEMS,Tsukuba, Japan, 13.11.2002

Hebling, C.»Fuel Cell Related Research at theFraunhofer Institute for SolarEnergy Systems«, SeminarvortragDu Pont Fuel Cells, Wilmington,USA, 25.11.2002

Henning, H-M.»Beispiele und Lösungen für diesolarunterstützte Klimatisierung«,Building Performance, Interna-tionaler Kongress für Architekturund Technik, AirConTec – Light &Building, Frankfurt/M., 15.4.2002

Henning, H-M.»Solar Assisted Air-Conditioning ofBuildings – Introduction & Over-view«, IEA Task 25 IndustryWorkshop, AirConTec – Light &Building, Frankfurt/M., 17.4.2002

Henning, H-M.»Solar Assisted Adsorption Systemfor a Laboratory of the UniversityFreiburg«, IEA Task 25 IndustryWorkshop, AirConTec – Light &Building, Frankfurt/M., 17.4.2002

Henning, H-M.»Solar unterstützte Klimatisie-rung«, Fachtagung »Raumluft-technische Anlagen - Energie-sparende Planung und Betrieb«,Bayerisches Landesamt fürUmweltschutz, Augsburg,15.5.2002

Henning, H-M.»Solar unterstützte Klimatisierung– mit Sonnenenergie energiespa-rend sommerlichen Raumkomfortsicherstellen«, 1. Architekten- undIngenieurtagung im Rahmen derSolarEnergy-Messe Berlin, Berlin,14.6.2002

Henning, H-M.»Fundamentals: Thermodynamicsand Overview on Thermal DrivenCooling and A/C«, Forum SolarAssisted Air-Conditioning ofBuildings – INTERSOLAR 2002, IHKFreiburg, Freiburg, 26./27.6.2002

Fakten im ÜberblickLerchenmüller, H.; Häberle, A.1; Dersch, J.2; Ewert, M.3

»Technische und wirtschaftlicheMachbarkeits-Studie zu horizonta-len Fresnel-Kollektoren«Statusseminar, Hochtemperatur –Solarthermische Stromerzeugung,14.3.2002(1: PSE, Freiburg) (2: Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt e.V., Köln) (3: E.ON Energie AG, München)

Luther, J.»Solar Research and Development– Roads to a Stronger Market«,EuroSun 2002, The 4th ISES EuropeSolar Congress, Bologna, Italy,23. – 26.6.2002

Luther, J.; Meyer, T. »Verteilte Stromerzeugung und dieNutzung erneuerbarer Energie-quellen«, 13. InternationalesSonnenforum der DeutschenGesellschaft für Sonnenenergie e. V. (DGS), Berlin, 12. – 14.9.2002

Luther, J.»Brennstoffzellensysteme inGebäuden und verteilte Stromer-zeugung – Stand der Technik undprinzipielle Möglichkeiten«,Deutscher Wasserstoff-Energietag2002, veranstaltet vom Forum fürZukunftsenergien (Berlin), Essen,12. – 14.11.2002

Luther, J.»Solarenergie im Gebäudebereich– Anwendungsbeispiele undInnovationen«, 2. Forum Solar-praxis »Solartechnik – Markt &Finanzen, Marketing & Verkauf«,Berlin, 14. – 15.11.2002

Luther, J.»Neue Konzepte für die terrestri-sche Photovoltaik«, Workshop:Stand und Perspektiven der Photo-voltaik, veranstaltet von MaterialsValley e.V., Alzenau,27. – 28.11.2002

Majdandzic, L.»Demonstration of New Conceptsof Solar Energy Systems on theIsland of Krk – Croatia«EGE 5th International Symposium,Dubrovnik, Croatia,22. – 24.5.2002

Meyer, T.»PV-Fassaden – eine Einführung«,in: DGS, Fachseminar solareFassaden, Freiburg, 28.6.2002

Niggemann, M.; Gombert, A.;Hinsch, A.; Wittwer, V.»Concepts for Organic Solar CellDevices with Integrated PeriodicMicrostructures«, EuropeanMaterials Research Society SpringMeeting E-MRS 2002, Straßburg,France, 18. – 21.6.2002

Niggemann, M.; Bläsi, B.;Gombert, A.; Hinsch, A.; Hoppe, H.1; Lalanne, P.2; Meissner, D.1; Wittwer, V.»Design Analysis of DiffractionGratings for Light Trapping inOrganic Solar Cells«, in: OrganicOptoelectronics: Technology andDevices, Engelberg, Switzerland,24. – 27.3.2002 (1: Johannes Kepler Universität,Linz, Austria) (2: Laboratoires Charles Fabry del’Institut d’Optique, Centre Natio-nal de la Recherche Scientifique,Orsay, France)

Opara Krasovec, U.1; Hauch, A.1;Georg, A.; Luther, J.»Solid State PhotoelectrochromicDevice«, NREL 5th InternationalMeeting on Electrochromism (IME-5), Golden/Colorado (USA),6. – 9.8.2002(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)

Reise, C.; Wienold, J.; Kuhn, T.;Reetz, C.»Simulation in der Tageslicht-planung oder: Was man rechnenmüsste ... «, Forum Tageslicht aufder Light & Building 2002, MesseFrankfurt, 14.4.2002

Rentsch, J.; Huljic, D.»Charakterisierung siebgedruckterohmscher Aluminium und Silber-Aluminium Kontakte auf p-dotier-tem Silicium«, DPG Frühjahrs-tagung, Regensburg, 11. – 15.3.2002

Roth, W.»Dezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik für Produkte aus denBereichen Telekommunikation,Telematik und Telemetrie«, Tag desFachbereichs 1Ingenieurwissenschaften FH Berlin,Berlin 23.1.2002

Roth, W.»Photovoltaische Energiever-sorgungssysteme – KlimatischeRandbedingungen, prinzipiellerSystemaufbau und Einsatz-möglichkeiten«, FachseminarNetzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen, OTTI-Energie-Kolleg,Freiburg, 11./12.6.2002

Russ, C.; Voss, K.; Küchenmeister, S.1

»Der Balkon wird zum Winter-garten«, Firmenseminar Solarlux,Essen, 14.1.2002 (1: Stadtbau Freiburg, Freiburg)

Sauer, D.U.»Speichertechnologie für autono-me Stromversorgungssysteme /Storage technologies for auton-omous power supply systems«,Technologie-Seminar Intersolar,Freiburg, 28.6.2002

Sauer, D.U.»Rural Electrification – TechnicalConcepts and Non-Technical Issuesfor a Sustainable MarketDevelopment«, Energy andSustainable Development Sino-German Dialogue, Beijing, China26./27.9.2002

Sauer, D.U.»Autonomous Power SupplySystems for Remote Locations –Concepts and Examples. A Chancefor the Electrification of CroatianIslands«, Vortrag bei derStadtverwaltung der Insel Krk,Croatia, 24.10.2002

Schmidhuber, H.»Solarzellen und Brennstoffzellenals Stromversorgung für portableelektronische Geräte«, ZAEErlangen, Seminar, Erlangen,21.6.2002

Schmidhuber, H.»Forschungsbedarf auf dem Gebietder PV-Modultechnologie«,Fraunhofer ISE Labor- und Service-center Gelsenkirchen, 18.11.2002

Schmidt, H.; Erge, T.; Wenz, W.1;Lewald, N.1; Povh, D.2;Stephanblome, T.3

»Intelligente Energieverteilungs-netze für den Energiemarkt derZukunft – EDISON«, 17. SymposiumPhotovoltaische Solarenergie, OTTI-Energie-Kolleg, Bad Staffelstein,13. – 15.3.2002 (1: Stadtwerke Karlsruhe,Karlsruhe) (2: Siemens, Erlangen ) (3: EUS Gelsenkirchen,Gelsenkirchen)

Siefer, G.; Baur, C.; Meusel, M.;Dimroth, F.; Bett, A.W.; Warta, W.»Influence of the SimulatorSpectrum on the Calibration ofMulti-Junction Solar Cells underConcentration«, 29th IEEE Photo-voltaic Specialists Conference(PVSC), New Orleans, USA, 20. – 24.5.2002

Steinhüser, A.»Simulationsprogramme«, OTTI-Fachseminar »NetzgekoppeltePhotovoltaik-Anlagen«, Freiburg,11./12.6.2002

Steinhüser, A.»Kompakte PV-Hybridsysteme«,Vorlesung an der UniversitätKarlsruhe, Karlsruhe, 18.6.2002

Steinhüser, A.»Computerunterstützte Auslegungvon PV-Kleinsystemen«, Vorlesungan der Universität Karlsruhe,Karlsruhe, 18.6.2002

Wittstadt, U.; Hübner, P.»Bereitstellung von Wasserstoff –Reformierung von Kohlenwasser-stoffen und PEM-Elektrolyse«Waserstoff Expo, Hamburg,10.10.2002

Wittwer, V.; Graf, W.; Georg, A.»Gas-chromic Glazings with aLareg Dynamic Range in Total SolarEnergy Transmittance«, NREL 5th

International Meeting on Electro-chromism (IME-5), Golden/Colorado (USA), 6.8.2002


ˇ



Ballif, C.1; Peters, S.1; Isenberg, J.;Riepe, S.; Borchert, D.1

»Shunt Imaging in Solar CellsUsing Low Cost Commercial LiquidCrystal Sheets«, in: Proceedings of29th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck(1: Fraunhofer ISE, Labor- undServicecenter Gelsenkirchen,Gelsenkirchen)

Ballif, C.1; Peters, S.1; Zerres, T.1;Isenberg, J.; Borchert, D.1; Willeke, G.»Efficient characterisation tech-niques for industrial solar cells andsolar cell materials«, in:Proceedings of NREL 12th

Workshop on Crystalline SiliconSolar Cell Materials and Processes,Breckenridge, USA,11. – 14.8.2002, 136 – 146(1: Fraunhofer ISE, Labor- undServicecenter Gelsenkirchen,Gelsenkirchen)

Bau, S.; Huljic, D.; Isenberg, J.;Rentsch, J.»Shunt-Analysis of Epitaxial SiliconThin-Film Solar Cells by Lock-InThermography«, in: Proceedingsof 29th IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference (PVSC),New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck

Bett, A.W.»HochkonzentrierendePhotovoltaik: Modulwirkungsgradebis zu 25%«, in: Tagungsband17. Symposium PhotovoltaischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 13. – 15.3.2002,38 – 42

Bett, A.W.; Dimroth, F.»Concentrator Systems – AChallenge«, in: Proceedings of 2nd

Workshop The Path to Ultra-highEfficient Photovoltaics, Ispra, Italy,2./3.10.2002, in Druck

Bett, A.W.; Dimroth, F.; Hein, F.;Lange, G.; Meusel, M.; Schubert, U.; Siefer, G.»Development of III-V-BasedConcentrator Cells and theirApplication in PV-Modules«, in:Proceedings of 29th IEEE Photo-voltaic Specialists Conference(PVSC), New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck

Biro, D.; Emanuel, G.; Preu, R.;Willeke, G.; Wandel, G.1;Schitthelm, F.1

»High Capacity Walking StringDiffusion Furnace«, in:Proceedings of PV in Europe, fromPV Technology to EnergySolutions, Rom, Italy,7. – 11.10.2002, in Druck (1: Centrotherm, Blaubeuren)

Veröffentlichungen

Adib, R.; Reinmüller, D.1

»Rural Energy Models – BringingEnergy to the Rural Customer«, in:Asia Goldbook 2002, 101 – 107 (1: International Solar EnergySociety ISES, Freiburg)

Altermatt, P.P. 1,2; Schumacher, J.O.; Cuevas, A.3;Glunz, S.W.; Kerr, M.3; King, R.R.4; Heiser, G.1,5; Schenk, A.6

»Numerical Modeling of HighlyDoped SI:P Emitters Based onFermi-Dirac Statistics and Self-Consistent Material Parameters«,in: Journal of Applied Physics,Vol. 92, Nr. 6/2002, 3187 – 3197 (1: Centre for PhotovoltaicEngineering, University of NewSouth Wales, Sydney, Australia) (2: Inianga Consulting, BondiJunction NSW, Australia) (3: Faculty of Engineering and IT,National University, Canberra,Australia) (4: Spectrolab Inc., Sylmar/California, USA)(5: School of Computer Scienceand Engineering, University ofNew South Wales) (6: Integrated Systems Laboratory,ETH Zürich, Switzerland)

Aschaber, J.; Hebling, Ch.; Luther, J.»Realistic Modeling of TPVSystems«, in: AIP ConferenceProceedings of 5th Conference onThermophotovoltaic Generation ofElectricity, Rom, Italy,15. – 19.9.2002, in Druck

Ballif, C.1; Huljic, D.M.; Hessler-Wyser, A.2; Willeke, G.»Nature of the Ag-Si interface inscreen-printed contacts: a detailedtransmission electron microscopystudy of cross-sectional struc-tures«, in: Proceedings of 29th IEEEPhotovoltaic Specialists Con-ference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck(1: Fraunhofer ISE, Labor- undServicecenter Gelsenkirchen,Gelsenkirchen) (2: Swiss Federal Institute ofTechnology CIME, Lausanne,Switzerland)

Bläsi, B.»Tageslichtsysteme mit Mikro-strukturen«, in: inno – InnovativeTechnik Nr. 21, 1/2002, 20 – 21

Bläsi, B.; Aufderheide, K.1; Abbott, S.2

»Antireflection with Moth-EyeStructures«, in: Kunststoffe plasteurope Nr.92, 5/2002, 15 – 18 (1: Gebr. Krallmann GmbH,Hiddenhausen) (2: Autotype International Ltd,Wantage, UK)

Bläsi, B.; Aufderheide, K.1; Abbott, S.2

»Entspiegeln mit Mottenaugen-strukturen«, in: Kunststoffe Nr.92,5/2002, 50 – 53 (1: Gebr. Krallmann GmbH,Hiddenhausen) (2: Autotype International Ltd,Wantage, UK)

Bopp, G.»Gefährdungspotienzial desBlitzes«, in: Seminarband Fach-seminar EMV und Blitzschutz inPhotovoltaik-Anlagen, OTTI-Energie-Kolleg, Freiburg,26./27.9.2002, 69 – 82

Bopp, G.; Schätzle, R.»Inwieweit tragen PV-Anlagenzum Elektrosmog bei?«, in:Seminarband Fachseminar EMVund Blitzschutz in Photovoltaik-Anlagen, OTTI-Energie-Kolleg,Freiburg, 26./27.9.2002, 60 – 68

Bopp, G.; Erge, T.»Welche EMV-Normen sind für diePhotovoltaik relevant?«, in:Seminarband Fachseminar EMVund Blitzschutz in Photovoltaik-Anlagen, OTTI-Energie-Kolleg,Freiburg, 26./27.9.2002, 5 – 26

Bopp, G.; Schätzle, R.; Virnich, M.1

»Inwieweit tragen PV-Anlagenzum Elektrosmog bei?«, in:Tagungsband 1. EMV Tagung desBerufsverbandes DeutscherBaubiologen – VDB e.V., Hamm,19./20.4.2002, 37 – 45(1: Ingenieurbüro für Baubiologieund Umweltmesstechnik,Mönchengladbach)

Bopp, G.; Laukamp, H.; Preiser, K.»Elektrische Sicherheit undErrichtungsbestimmungen«, in:Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Freiburg, 30./31.1.2002,245 – 282

Bopp, G.; Preiser, K.; Sauer, D.U.»Netzferne Elektrifizierung vomSolar Home System überAlpenvereinshäuser bis hin zurDorfstromversorgung«, in: Semi-narband Fachseminar DezentraleStromversorgung mit Photovoltaik,OTTI-Energie-Kolleg, Freiburg,30./31.1.2002, 525 – 559

Burger, B.»Netzwechselrichter«, in:Seminarband FachseminarNetzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen, OTTI-Energie-Kolleg,Freiburg, 11./12.6.2002,103 – 127

Burger, B.»Wechselrichter für Inselsysteme«,in: Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Freiburg, 30./31.1.2002,213 – 243

Buschmann, S.; Hube, W.;Wittwer, C.»Das ColSim Gebäudemodell: Einerealistische Wärmesenke zurSimulation solarer Kombianlagen«,in: Tagungsband ZwölftesSymposium Thermische Solar-energie, OTTI-Energie-Kolleg, BadStaffelstein, 24. – 26.4.2002,420 – 424

Bühring, A.»Von der Wärmepumpe zurBrennstoffzellenheizung«, in:Moderne Gebäudetechnik,10/2002, 12 – 15

Bühring, A.»Wärmeversorgung im Passivhaus:Von der Wärmepumpe zurBrennstoffzellenheizung«, in:Tagungsband 3. Freiburger Praxis-Symposium Passivhäuser, Freiburg,27.6.2002, Abschnitt 3

Bühring, A.; Russ, C.; Kiefer, K.;Harter, K.1

»Von der Wärmepumpe zurBrennstoffzellen-Heizung«, in:Tagungsband 6. EuropäischePassivhaustagung, Basel,Switzerland, 25./26.1.2002, 209 – 218(1: EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Karlsruhe)

Dicker, J.; Schumacher, J.O.;Warta, W.; Glunz, S.W.»Analysis of One-Sun Mono-Crystalline Rear-Contacted SiliconSolar Cells with Efficiencies of22.1%«, in: Journal of AppliedPhysics, Volume 91, Number 7,1.4.2002, 4335 – 4343

Dimroth, F.; Agert, C.; Bett, A.W.»Growth of Sb-Based Materials byMOVPE«, in: Journal of CrystalGrowth, 11th European Workshopon MOVPE, Berlin, 3. – 7.6.2002,in Druck

Garche, J.; Sauer, D.U.; Harnisch,P.; Jossen, A.»Energiespeicherung in photovol-taisch versorgten Geräten undAnlagen«, in: Tagungsband17. Symposium PhotovoltaischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 13. – 15.3.2002,51 – 58



Georg, A.; Hauch, A.; OparaKrasovec, U.1; Orel, B.; Wittwer, V.»Photoelectrochromic Window«in: http://www.materialsweek.org,Deutsche Gesellschaft fürMaterialkunde, Materials Week,30.9. – 2.10.2002, München(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)

Geyer, M.1, Lerchenmüller, H.;Wittwer, V; Häberle, A.2; Lüpfert, E.3; Hennecke, K. 3;Schiel, W.4; Brakmann, G.5

» Parabolrinnensysteme«, in:Tagungsband zur Jahrestagungdes ForschungsVerbundsSonnenenergie, 14./15. Oktober2002, in Druck(1: Flabeg Solar InternationalGmbH) (2: PSE GmbH, Freiburg) (3: Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt DLR) (4: Schlaich Bergermann undPartner) (5: Fichtner Solar GmbH)

Glunz, S.W.; Dicker, J.; Esterle, M.;Hermle, M.; Isenberg, J.;Kamerewerd, F.; Knobloch, J.; Kray, D.; Leimenstoll, A.; Lutz, F.;Oßwald, D.; Preu, R.; Rein, S.;Schäffer, E., Schetter, C.;Schmidhuber, H.; Schmidt, H.;Steuder, M.; Vorgrimler, C.;Willeke, G.»High-Efficiency Silicon Solar Cellsfor Low-Illumination Appli-cations«, in: Proceedings of 29th

IEEE Photovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck

Goetzberger, A.»Applied Solar Energy«, in:Proceedings of Rio02 WorldClimate and Energy Event, Rio deJaneiro, Brasil, 7. – 11.2.2002, 51 – 60

Goetzberger, A.»Photovoltaik – von der Ver-gangenheit in die Zukunft«, in:Tagungsband 17. SymposiumPhotovoltaische Solarenergie,OTTI-Energie-Kolleg, BadStaffelstein, 13. – 15.3.2002, 211 – 220

Goetzberger, A.; Luther, J.;Willeke, G.»Solar Cells: Past, Present,Future«, in: Solar Energy Materialsand Solar Cells, Vol. 74, Issue 1,October 2002, 1 – 11

Gombert, A.»Mikrooptik im großen Stil«, in:Physik-Journal Nr. 9, 1/2002, 37 – 41

Gombert, A.; Bläsi, B.; Nitz, P.;Bühler, C.»Optik und Herstellung von mikro-strukturierten Oberflächen fürTageslichtanwendungen«, in:Tagungsband 8. Symposium inno-vative Lichttechnik in Gebäuden,OTTI-Technologie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24./25.1.2002, 135 – 140

Gombert, A.; Kübler, V.»Im Schwitzkasten. Kondensationin hocheffizienten Kollektoren:welche Dämmstoffe geeignetsind«, in: Sonnenenergie Nr. 4,Juli 2002, 40 – 42.

Gombert, A.»An Overview of TPV EmitterTechnologies«, in: AIP Proceedingsof 5th Conference on Thermo-photovoltaic Generation ofElectricity, 15. – 19.9.2002, Rom,Italy, in Druck

Green, M.A.1; Emery, K.2; King,D.L.3; Igari, S.4; Warta, W.»Solar Cell Efficiency Tables(Version 20)«, in: Progress inPhotovoltaics, Nr. 10, August2002, 355 – 360 (1: Centre for PhotovoltaicEngineering, University of NewSouth Wales, Sydney, Australia) (2: National Renewable EnergyLaboratory, Golden, USA) (3: Sandia National Laboratories,Albuquerque, USA) (4: Energy Electronics Institute,National Institute of AdvancedIndustrial Science and Technology(AIST), Ibaraki, Japan)

Grohe, A.; Schneiderlöchner, E.;Emanuel, G.; Preu, R.»Laserunterstütztes Verfahren zurKontaktierung der Rückseite vonSilicium-Solarzellen«, in:Tagungsband DPG Frühjahrs-tagung 2002, Regensburg,11. – 15.3.2002, 189

Hakenjos, A.; Schumacher, J.O.;Hebling, C.»Characterisation of PEM FuelCells Using ImpedanceSpectroscopy and CurrentDistribution«, Poster Presentationat Scientific Advances in Fuel CellSystems, 25./26.9.2002,Amsterdam, Netherlands

Häberle, A.1; Zahler, C.1;Lerchenmüller, H.; Wittwer, C.;Mertins, M.; Trieb, F.2; Dersch, J.2

»The Solarmundo Line FocussingFresnel Collector. Optical andThermal Performance and CostCalculations«, InternationalSymposium on Concentrated SolarPower and Chemical EnergyTechnologies, Zürich, Switzerland,4. – 6.9.2002,www.pse.de/downloads.html (1: PSE GmbH, Freiburg) (2: Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt DLR, Köln)

Hauch, A.1; Georg, A.; Opara Krasovec, U.1; Orel, B.2

»Comparison of Photoelectro-chromic Devices with DifferentLayer Configurations«, in: Journalof Electrochemical Society,September 2002, Nr. 149 (9),H159 – H163(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg) (2: National Institute of Chemistry,Ljubljana, Slowenien)

Hauch, A.1; Georg, A.; Opara Krasovec, U.1; Orel, B.2

»Photovoltaically Self ChargingBattery«, in: Journal of Electro-chemical Society, September 2002,Nr. 149 (9), A1208 – A1211(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg) (2: National Institute of Chemistry,Ljubljana, Slowenien)

Hebling, C.»Portable Fuel Cell Systems«, in:Fuel Cells Bulletin, ElsevierScience, Oxford, United KingdomJuli 2002, 8 – 12

Hebling, C.»Miniature Fuel Cells forConsumer Applications. The FuelCell World«, in: TagungsbandLuzern Fuel Cell Forum, Luzern,Switzerland, 1. – 5.7.2002,41 – 48

Hebling, C.»Fuel Cells for PortableApplications«, in: Tagungsband 8th

Ulmer Electrochemical Talks, Ulm,20./21.6.2002, 50

Hebling, C.; Oedegaard, A.;Schmitz, A.; Groos, U.; Zedda, M.;Schumacher, J.O.; Hakenjos, A.;Bilsing, A.1; Kauffmann, A.2;Bresseler, B.1; Richter, M.1;Schwan, M.3; Hahn, R.4;Schoening, S.3; Maurieschat, U.5;Wagner, W.4

»Simulation, Characteriziation,Construction and Manufacturingof Small Fuel Cell Systems for LowPower Applications«, in: Tagungs-band Fuel Cell Seminar 2002,Palm Springs, USA,18. – 21.11.2002, 526 – 529(1: Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie IPT,Aachen) (2: Fraunhofer-Institut fürChemische Technologie ICT,Pfinztal) (3: Fraunhofer-Institut für Mikro-elektronische Schaltungen undSysteme IMS, München)

(4: Fraunhofer-Institut für Zuver-lässigkeit und MikrointegrationIZM, Berlin) (5: Fraunhofer-Institut fürFertigungssteuerung undMaterialforschung IFAM, Bremen)

Heinzel, A.1; Vogel, B.; Hübner, P.»Reforming of Natural Gas –Hydrogen Generation for SmallScale Stationary Fuel CellSystems«, in: Journal of PowerSources 105 (2002), 202 – 207(1: Gerhard Mercator Universität,Duisburg)

Henning, H-M.»Solare Klimatisierung vonGebäuden«, in: 12. SymposiumThermische Solarenergie, OTTI-Energie-Kolleg, Bad Staffelstein,24. – 26.4.2002, 211 – 221

Henning, H-M.»Solare Klimatisierung vonGebäuden«, in: Tagungsband6. Internationales Symposium fürSonnenenergienutzung –Gleisdorf Solar 2002, Gleisdorf,Österreich, 16. – 19.10.2002,165 – 173

Henning, H-M. »Solare Klimatisierung vonGebäuden – eine Übersicht«, in:erneuerbare energie Nr. 2, Juli2002, 4 – 8

Henning, H-M.; Glaser, H.1

»Erfahrungen mit einer Anlage dersolaren Kälteerzeugung mitAdsorptionskältemaschine«, in:erneuerbare energie Nr. 2,Juli 2002, 9 – 11(1: Klinikum der Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg)

Henning, H-M.; Wolkenhauer, H.1;Franzke, U.2

»Auslegung von Anlagen der sola-ren Klimatisierung«, in: HLHHeizung Lüftung/Klima Haus-technik Bd. 53 (2002) Nr. 1 –Januar, 42 – 49 (1: KLIMAhaus Klima- undGebäudetechnik GmbH, Hamburg)(2: Institut für Luft- und Kälte-technik, Dresden)

Herkel, S.in: »SOLVIS – Auf dem Weg zurNullemissionsfabrik«, 2002,Verlagsanstalt Alexander Koch,ISBN 3-87422-803-7, 54 – 57

Isenberg, J.; Bartels, O.; Warta, W.»Separation of Bulk DiffusionLength and Rear SurfaceRecombination Velocity in SR-LBICMappings«, in: Proceedings of29th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck

Isenberg, J.; Dicker, J.; Riepe, S.;Ballif, C.; Peters, S.;Lautenschlager, H.; Schindler, R.;Warta, W.»Correlation of Spatially ResolvedLifetime Measurements withOverall Solar Cell Parameters«, in: Proceedings of 29th IEEEPhotovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck

Isenberg, J.; Riepe, S.; Glunz, S.W.; Warta, W.»Carrier Density Imaging (CDI): A Spatially Resolved LifetimeMeasurement Suitable for In-LineProcess-Control«, in: Proceedingsof 29th IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference (PVSC),New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck

Kaiser, R.; Sauer, D.U.»Wartungsfreie autonomeStromversorgung mit Parallel-betrieb verschiedener Speicher-technologien«, in: Design &Elektronik 2002, 145 – 147

Kern, R.1; Sastrawan, R.1; Ferber, J.2; Stangl, R.; Luther, J.»Modeling and Interpretation ofElectrical Impedance Spectra ofDye Solar Cells Operated underOpen-Circuit Conditions«, in:Electrochimica Acta, Vol.47, 2001,4213 – 4225(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg) (2: MicroLas Lasersystem GmbH,Göttingen)

Klappert, S.1; Untiedt, D.1; Preu, R.; Emanuel, G.; Huljic, D.M.; Lüdemann, R.2;Eversheim, W.1

»Innovative Production Technol-ogies for Solar Modules –SOLPRO III«, in: Proceedings of PVin Europe, from PV Technologie toEnergy Solutions, Rom, Italy,7. – 11.10.2002, in Druck(1: Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie, Aachen)(2: Deutsche Cell GmbH, Freiberg)

Koschikowski, J.; Rommel, M.;Wieghaus, M.»Development of Solar Collectorswith Corrosion-Free Absorbers forOperation in Desalination Plants«,in: Proceedings of WorldRenewable Energy Congress VII &Exhibition, Köln, 29.6. – 5.7.2002,404

Koschikowski, J.; Rommel, M.;Wieghaus, M.»Solar Thermal Driven DesalinationPlants Based on MembraneDistillation«, in: Proceedings ofProduction (MDIW 2002),Mühlheim a.d.R., Int. Water Assoc.und EDS und AWWA und JWWA,Membranes in Drinking andIndustrial Water, 22. – 26.9.2002,211 – 218

Kray, D.; Willeke, G.»50 µm Wafering Techniques –First Experimental Results«, in:Proceedings of 12th Workshop onCrystalline Silicon Solar CellMaterials and Processes,Breckenridge, USA,11. – 14.8.2002, in Druck

Luther, J.»The Future for Renewable Energy2«, EUREC Agency, James & JamesLondon 2002,ISBN 1-90291-631-X

Luther, J.; Agert, C.»Bemerkungen zur Evolutionunserer Energiesysteme: DieBedeutung langfristiger Strate-gien«, in: »Das Magazin 4/2002zum Gipfel von Johannesburg«,Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf

Mächel, H.; Lüdemann, R.1

»Detailed Study of theComposition of Hydrogenated SiNxLayers for High-Quality SiliconSurface Passivation«, in: Journal ofApplied Physics, Vol. 92 #5,1. Sept. 2002, 2602 – 2609(1: Deutsche Cell, Freiberg)

Majdandzic, L.»Konzept des Modells eines ener-gieautonomen Solarhauses auf derInsel Krk in Kroatien«, in:Tagungsband 13. InternationalesSonnenforum, Berlin,12. – 14.9.2002, in Druck

Majdandzic, L.»Projekt eines energieautonomenSolarhauses auf der Insel Krk inKroatien«, 12. SymposiumThermische Solarenergie, BadStaffelstein, 24. – 26.4.2002, 202 – 207

Majdandzic, L.; Sauer, D.U.»Project of a Self-Sufficient SolarBuilding on the Island of Krk –Croatia« in: Faculty ofEngineering, University of Rijeka,Croatia, Energy and theEnvironment, 23. – 25.10.2002,Opatija, Croatia, 85 – 90

Nitz, P.; Wagner, A.1

»Schaltbare und regelbareVerglasungen«, in: BINE-Themen-Info I/2002, ISSN 1610 – 8302(1: Universität Karlsruhe, Karlsruhe)


Fakten im Überblick Hindenburg, C.; Henning, H-M.»Systemlösungen und Regelungs-konzepte von SolarunterstütztenKlimatisierungssystemen, Teil 2 –Sorptionsgestützte Klimati-sierung«, in: HLH HeizungLüftung/Klima Haustechnik Bd. 53(2002) Nr. 6 – Juni, 83 – 90

Hoffmann, V.U.; Armbruster, A.;Heydenreich, W.; Kiefer, K.»Abschlussbericht – Wissen-schaftliche BegleitungSONNEonline«, in:http://www.sonneonline.de

Hoffmann, V.U.; Heins, M.1

»Photovoltaik-Anlagen im Vor-haben Kirchengemeinden für dieSonnenenergie – erste Ergebnisseund Erfahrungen«, in: Tagungs-band 17. Symposium Photovol-taische Solarenergie, OTTI-Energie-Kolleg, Bad Staffelstein,13. – 15.3.2002, 191 – 195 (1: Deutsche BundesstiftungUmwelt DBU, Osnabrück)

Hube, W.; Wittwer, C.;Buschmann, S.»Rücklauftemperatur der Heizungals Indikator zum Zustand solarerGebäude – Systemoptimierungdurch Rücklauf-Begrenzung«, in:Book of Abstracts 13. Interna-tionales Sonnenforum, Berlin,12. – 14.9.2002, 101 – 102,Langfassung auf CD-ROM

Hube, W.; Wittwer, C.; Schossig, P.; Buschmann, S.»Modellentwicklungen neuerWandelemente in ColSim zurUntersuchung von Warmfluss-regelungen in solarthermischenGebäudesystemen«, in: Tagungs-band 12. Symposium ThermischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002,425 – 429

Hübner, P. »Reformierung von Kohlen-wasserstoffen zur Wasserstoff-erzeugung für Brennstoffzellen«,in: 9. Tagungsband FachforumBrennstoffzellen, OTTI-Energie-Kolleg, Ulm/Neu-Ulm,7. – 9.10.2002, 239 – 247

Hübner, P.; Siegel, C.; di Bella, A.»Reforming of Liquid Fuels forPEM Fuel Cells«, in: ProceedingsFuel Cell Seminar, Palm Springs,USA, 18. – 21.11.2002, 768 – 771

Huljic, D.M.; Thormann, S.; Preu,R.; Lüdemann, R1.; Willeke, G.»Pad printed front contact for c-Sisolar cells – A technological andeconomical evaluation«, in:Proceedings of 29th IEEEPhotovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck(1: Deutsche Cell, Freiberg)

Herkel, S. »SOLVIS Fabrik – Energie- undTageslichtkonzept«, in:Intelligente Architektur 09 – 10/2002, 38 – 39

Herkel, S. »Nullemissionsfabrik SOLVIS«, in:EnergieEffizientes Bauen 3/2002,34 – 38

Herkel, S.; Riecks, D.1; Ufheil, M.2

»Verwaltungs- und Produktions-gebäude Solvis – auf dem Weg zurNullemissionsfabrik«, in: Tagungs-band 12. Symposium ThermischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002,542 – 549 (1: Banz + Riecks DiplomingenieureBDA, Bochum) (2: solares bauen Ingenieurgesell-schaft mbH, Freiburg)

Herkel, S.; Pfafferott, J.;Wambsganß, M.1

»Design, Monitoring andEvaluation of a Low Energy OfficeBuilding with Passive Cooling byNight Ventilation«, in: Tagungs-band 3rd European Conference onEnergy Performance & IndoorClimate in Buildings EPIC 2002,Lyon, France, 23. – 26.10.2002,487 – 492 (1: Universität Karlsruhe fbta,Karlsruhe)

Hermann, M.; Koschikowski, J.;Rommel, M.»Corrosion-Free Solar Collectorsfor Thermally Driven SeawaterDesalination«, in: Solar Energy,Vol. 72, No. 5,Mai 2002, 415 – 426

Hermann, M.; Wittwer, C.;Hube, W.; Gschwander, S.;Pfistner, A.1

»Solarhaus Gundelfingen –Digitales Durchflusskonzept fürminimalen Energieverbrauch«in: 12. Symposium ThermischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002,391 – 395 (1: Universität Karlsruhe, Karlsruhe)

Hindenburg, C.»Solar autarke sorptionsgestützteKlimaanlage mit Solarluftkollek-toren – erste Betriebserfah-rungen«, in: erneuerbare energie,April 2002, 12 – 16


Fakten im ÜberblickOedegaard, A.; Hebling, C.;Schmitz, S.; Møller-Holst, S.;Tunold, R.»Influence of Diffusion LayerProperties on Low TemperatureDMFC«, in: Power Sources (SpecialEdition), 8th Ulm ElectrochemicalTalks, Ulm, 20./21.6.2002,in Druck

Oedegaard, A.; Schmitz, A.;Hebling, C.; Møller-Holst, S.;Tunold, R.»The Effect of Diffusion Layer onLow Temperature DMFC«, in:Abstract Book Fuel Cell Seminar2002, 18. – 21.11.2002, PalmSprings, USA, 258 – 261

Peters, S.; Ballif, C.; Borchert, D.;Schindler, R.; Warta, W.; Willeke, G.»Record Fast Thermal Processingof 17.5% Efficient Silicon SolarCells«, in: Semiconductor Scienceand Technology, Nr.17 (2002),677 – 681

Peters, S.1; Lee, J.Y.; Ballif, C.1;Borchert, D.1; Glunz, S.W.; Warta, W.; Willeke, G.»Rapid Thermal Processing: a Comprehensive Classification ofSilicon Materials«, in: Proceedingsof 29th IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference (PVSC),New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck(1: Fraunhofer ISE, Labor undServicecenter Gelsenkirchen,Gelsenkirchen)

Preu, R.; Schneiderlöchner, E.;Grohe, A.; Glunz, S.; Willeke, G.»Laser Fired Contacts (LFC) –Transfer of a Simple EfficiencyProcess Scheme to IndustrialPoduction«, in: Proceedings of29th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck

Puls, H.-G.»Betriebswirtschaftliche Gesamt-systembetrachtung«, in:Tagungsband DezentraleStromversorgung mit Photovoltaik,OTTI-Energie-Kolleg, Regensburg,30./31.1.2002, 361 – 386

Reber, S.»PTJ-Jahresbericht 2001 für dasProjekt APROKSI«, in: PTJ-Jahresbericht 2001 im Internet(http://www.ptj-jahresbericht.de)und auf CD-ROM, 28.2.2002.

Rein, S.1; Glunz, S.W.; Willeke, G.»Statusreport 2002 – ProjektVOCSI. Elektrische und thermischeEigenschaften des metastabilenDefektes in bordorientiertem Cz-Si«, in: Tagungsband Statustreffen2002 ForschungsVerbundSonnenenergie FVS, Würzburg,18./19.2.2002, 25 – 34(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)

Rein, S.1; Lichtner, P.; Warta, W.;Glunz, S.W.»Advanced DefectCharacterisation by CombiningTemperature- and Injection-Dependent Lifetime Spectroscopy(TDLS and IDLS)«, in: Proceedingsof 29th IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference (PVSC),New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)

Rentsch, J.; Huljic, D.M.; Reber, S.;Preu, R.; Lüdemann, R.1

»Progress in Screen-Printed FrontSide Metallization Schemes forCsiTF Solar Cells«, in: Proceedingsof 29th IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference (PVSC),New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck(1: Deutsche Cell, Freiberg)

Rommel, M.; Koschikowski, J.;Schuler, M.; Schmidt, V.»Neuer Solarsimulator zur Indoor-Vermessung thermischer Solar-kollektoren am Fraunhofer ISE« in:12. Symposium ThermischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002,107 – 111

Roth, W.»Dezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik – Einleitung«, in:Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Regensburg, 30./31.1.2002,7 – 47

Rushworth, S.1; Smith, L.M.1;Ravetz, M.1; Odedra, R.1; Coward,K.1; Dimroth, F.; Bett, A.W.»Improved Properties for MOVPELayers Using Reduced OxygenContent Precursors«, in: Journal ofCrystal Growth, 11th EuropeanWorkshop on MOVPE, Berlin,3. – 7.6.2002, in Druck(1: Epichem Ltd., Merseyside,United Kingdom

Russ, C.; Bühring, A.; Sicre, B.»Faktor 4 ist möglich – Unter-suchung der Wärmeversorgungmit Wärmepumpen in Passiv-Wohnhäusern«, in:EnergieEffizientes Bauen 4/2002,3 – 10

Sastrawan, R.1; Kern, R.; Hinsch, A.»Electrochemical and OpticalImpedance Spectroscopy on DyeSolar Cells«, in: Proceedings ofInternational ConferenceSpectroelectrochemistry ofConduction Polymers, Moskau,Russia, 20. – 23.10.2002, 107(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)

Sastrawan, R.1; Kern, R.; Hinsch, A.; Ferber, J.2

»Electrochemical and OpticalImpedance Spectroscopy on DyeSolar Cells«, Poster Presentationat: International ConferenceSpectroelectrochemistry ofConduction Polymers, Moskau,Russia, 20. – 23.10.2002 (1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)(2: MicroLas Lasersystem GmbH,Göttingen)

Sauer, D.U.»Batterien in Anlagen mit dezen-traler Stromversorgung –Anforderungen an Batterien,Speicherkonzepte, Bleibatterien,Ladezustand, Betriebsführung«, in:Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Regensburg, 30./31.1.2002, 133 – 189

Roth, W.»Anwendungen – Telekommuni-kation und Telematik«, in:Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Regensburg, 30./31.1.2002, 419 – 449

Roth, W.»Photovoltaik zur Stromver-sorgung im Bahnbereich«, in:Elektrische Bahnen eb,Nr. 8-9-2002, 345 – 353

Roth, W.; Anton, L.; Benz, J.;Kaiser, R.; Kuhmann, J.; Puls, H.G.;Pfanner, N.; Roth, W.; Schmidt, H.;Schulz, W.; Steinhüser, A.»Abschlussbericht zumForschungsvorhaben »Photovoltaikfür Geräte und Kleinsysteme«,Technische Informationsbibliothek(TIB), Hannover, 275 Seiten

Roth, W.; Kaiser, R.1

»Grundlagen zur Nutzung derSonnenenergie«, in: SeminarbandFachseminar DezentraleStromversorgung mit Photovoltaik,OTTI-Energie-Kolleg, Regensburg,30./31.1.2002, 49 – 70 (1: freier Mitarbeiter)

Roth, W.; Steinhüser, A.»Anwendungen – Industrie-produkte und Kleinsysteme«, in:Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Regensburg, 30./31.1.2002, 387 – 418

Roth, W.; Steinhüser, A.; Pfanner, N.»Photovoltaik für Geräte undKleinsysteme«, in: Tagungsband17. Symposium PhotovoltaischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 13. – 15.3.2002,117 – 122

Rumyantsev, V.D.1; Andreev, V.M.1;Sadchikov, N.A.1; Bett, A.W.;Dimroth, F.; Lange, G.»Experimental Installations withHigh-Concentration PV Modulesusing III-V Solar Cells«, in:Proceedings of PV in Europe, fromPV technology to energy solutions,7. – 11.10.2002, Rom, Italy,in Druck (1: Ioffe Physico-Technical Institute,St. Petersburg, Russia)

Schossig, P.; Henning, H-M.; Raicu, A.; Haussmann, T.»Mikroverkapselte Phasenwechsel-materialien in Wandverbund-systemen zur Komfortsteigerungund Energieeinsparung«, in:Tagungsband 12. SymposiumThermische Solarenergie, OTTI-Energie-Kolleg, Bad Staffelstein,24. – 26.4.2002, 169 – 173

Seibert, U.»Anwendungen – Wasserauf-bereitung. Desinfektion undEntsalzung«, in: Seminarband,Fachseminar Dezentrale Strom-versorgung mit Photovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg, Freiburg,30./31.1.2002, 509 – 524

Siefer, G.; Baur, C.; Meusel, M.;Dimroth, F.; Bett, A.W.; Warta, W.»Influence of the SimulatorSpectrum on the Calibration ofMulti-Junction Solar Cells underConcentration«, in: Proceedings of29th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference (PVSC), New Orleans,USA, 20. – 24.5.2002, in Druck

Steinhüser, A.»Computerunterstützte Auslegungund Simulation von Photovoltaik-Systemen« in: SeminarbandFachseminar Dezentrale Stromver-sorgung mit Photovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg, Regensburg,30./31.1.2002, 301 – 338

Steinhüser, A.»Simulationsprogramme« in:Seminarband FachseminarDezentrale Stromversorgung mitPhotovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg,Regensburg, 30./31.1.2002, 339 – 359

Strobl, G.1; Hilgarth, J.1; Nell, M.1;Dietrich, R.1; Kern, R.1;Köstler, W.1; Bett, A.W.;Dimroth, F.; Schubert, U.;Flores, C.2; Campesato, R.2;Timò, G.2; LaRoche, G.3;Signorini, C.4; Bogus, K.4

»Advanced GaInP/Ga(In)As/GeTriple-Junction Space Solar Cells«,in: Proceedings of 6th EuropeanSpace Power Conference ESPC2002 Conference, Porto, Portugal,6. – 10.5.2002, 539 – 543 (1: RWE Solar GmbH, Heilbronn)(2: CESI S.p.A., Mailand, Italy) (3: Astrium GmbH, München) (4: ESA/ESTEC, Noordwijk,Netherlands)

Sulima, O.V.1; Bett, A.W.; Dutta, P.S.2; Mauk, M.G.1; Mueller, R.L.3

»Gasb-InGaSb and Ge-TPV Cellswith diffused emitters«, in:Proceedings of 29th IEEE Photo-voltaic Specialists Conference(PVSC), New Orleans, USA, 20. –24.5.2002, in Druck(1: AstroPower Inc., Newark, USA)(2: Rensselaer Polytechnic Institute,New York, USA) (3: Jet Propulsion Laboratory,Pasadena, USA)

Sulima, O.V.1; Bett, A.W.; Mauk, M.G.1; Ber, B.Y.;Dutta, P.S.2

»Diffusion on Zn in TPV Materials:GaSb, InGaSb, InGaAsSb andInAsSbP«, in: Proceedings of 5th

Conference on Thermophotovol-taic Generation of Electricity, Rom,Italy, 15. – 19.9.2002, in Druck(1: AstroPower Inc., Newark, USA)(2: Rensselaer Polytechnic Institute,New York, USA)

Sulima, O.V.1; Bett, A.W.; Mauk, M.G.1; Dimroth, F.;Dutta, P.S.2; Mueller, R.L.3

»GaSb-, InGaAsSb-, InAsSbP- andGe-TPV Cells for Low-TemperatureTPV Applications«, in: Proceedingsof 5th Conference on Thermo-photovoltaic Generation ofElectricity, Rom, Italy,15. – 19.9.2002, in Druck(1: AstroPower Inc., Newark, USA)(2: Rensselaer Polytechnic Institute,New York, USA) (3: Jet Propulsion Laboratory,Pasadena, USA)

Vetter, M.; Wittwer, C. »Brennstoffzellen – Heizgeräte:Chance oder Risiko für dieSolarthermie?«, in: Tagungsband12. Symposium ThermischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002,177 – 182

Vetter, M.; Wittwer, C.»Model-Based Development ofControl Strategies for DomesticFuel Cell Cogeneration Plants«, in:Proceedings of France-DeutschlandFuel Cell Conference 2002Forbach (F)-Saarbrücken (D),7. – 10.10.2002, 77 – 84

Voss, K.; Engelmann, P.; Hube. W.;Bühring, A.; Ufheil, M.1;Neumann, C.1

»Solarenergie und Energieeffizienzim Geschosswohnungsbau –Ergebnisse, Erfahrungen undTrends aus aktuellen Demonstra-tionsobjekten«, in: Tagungsband12. Symposium ThermischeSolarenergie, OTTI-Energie-Kolleg,Bad Staffelstein, 24. – 26.4.2002,521 – 528 (1: solares bauen Ingenieurgesell-schaft mbH, Freiburg)



Sauer, D.U.; Puls, H.-G.; Benz, J.;Neutz, M.; Schmidt, H.; Hacker, B.;Kerzenmacher, S.; Roth, W.»PV-Wasserstoff-Systeme zur auto-nomen Versorgung von Telekom-munikationseinrichtungen«, in:Tagungsband 17. SymposiumPhotovoltaische Solarenergie,OTTI-Energie-Kolleg, BadStaffelstein, 13. – 15.3.2002,65 – 70

Schlemmer, C.1; Aschaber, J.1;Boerner, V.2; Luther, J.»Thermal Stability of Micro-Structured Selective TungstenEmitters «, in: AIP Proceedings of5th Conference on Thermophoto-voltaic Generation of Electricity,15. – 19.9.2002, Rom, Italy, inDruck(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg) (2: Holotools GmbH, Freiburg)

Schmidhuber, H.»Geräteintegrierte hocheffizienteSolarmodule / Thermophoto-voltaik«, in: Tagungsband sun21,Fachtagung – ErneuerbareEnergien in der Entwicklungs-zusammenarbeit, Basel,28.6.2002, 57 – 64

Schmidt, H.»Laderegler und Überwachungs-einrichtungen für Batterien in pho-tovoltaischen Energieversorgungs-systemen«, in: SeminarbandFachseminar Dezentrale Strom-versorgung mit Photovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg, Regensburg,30./31.1.2002, 191 – 211

Schmidt, H.; Roth, W.»Dezentrale Stromerzeuger –Solargenerator«, in: SeminarbandFachseminar Dezentrale Strom-versorgung mit Photovoltaik, OTTI-Energie-Kolleg, Regensburg,30./31.1.2002, 91 – 132

Schmitz, A.; Tranitz, M.1; Wagner, S.1; Hakenjos, A.; Hahn, R.1; Hebling, C.»Planar Self Breathing Fuel Cells«in: Sonderausgabe Journal ofPower Sources zu ScientificAdvances in Fuel Cell Systems,Amsterdam, Netherlands,25./26.9.2002, in Druck(1: Fraunhofer-Institut für Zuver-lässigkeit und MikrointegrationIZM, Berlin)

Schmitz, A.; Wagner, S.1; Hahn, R.1; Hebling, C.»Miniaturized Planar Fuel Cell withSelf Breathing Cathode Side«, in:Proceedings of Fuel Cell Seminar2002, Palm Springs, USA,18. – 21.11.2002, 165 – 168 (1: Fraunhofer-Institut für Zuver-lässigkeit und MikrointegrationIZM, Berlin)

Schmitz, A.; Wagner, S.1; Hahn, R.1; Tranitz, M.1; Hebling, C.»Planar Fuel Cell in PCB Design«,in: Proceedings of France-Deutschland Fuel Cell Conference2002, Forbach (F)-Saarbrücken (D),7. – 10.10.2002, 337 – 341(1: Fraunhofer-Institut fürZuverlässigkeit und Mikrointegra-tion IZM, Berlin)

Schmitz, A.; Wagner, S.1; Hahn, R.1; Uzun, H.1; Hebling, C.»Stability of Planar PEMFC inPrinted Circuit Board Technology«,in: Sonderausgabe Journal ofPower Sources zu 8th UlmElectrochemical Talks, Ulm,20./21.6.2002, in Druck(1: Fraunhofer-Institut fürZuverlässigkeit und Mikrointegra-tion IZM, Berlin)

Schneiderlöchner, E.; Grohe, A.;Preu, R.; Glunz, S.W.; Willeke, G.»Laser Fired Contacts – a FastContact Process for PassivatedRear Silicon Solar Cells«, in:Proceedings of 29th IEEE Photo-voltaic Specialists Conference(PVSC), New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck

Schneiderlöchner, E.; Preu, R.;Lüdemann, R.; Glunz, S.W.»Laser Fired Contacts for c-SiliconSolar Cells«, in: Progress in Photo-voltaics Vol. 10 Nr. 1(Januar/2002), 29 – 34

Schönecker, A.1; Roberts, S.2;Jooss, W.3; Ferrazza, F.4; v. Kerschaver, E.5; Leistiko, O.6;Glunz, S.W. et al.»ACE Design: The Beauty of RearContact Solar Cells«, in:Proceedings of 29th IEEE Photo-voltaic Specialists Conference(PVSC), New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck (1: ECN, Petten, Netherlands) (2: BP Solar, Sunbury, UnitedKingdom) (3: Universität Konstanz, Konstanz) (4: Eurosolare, Nettuno, Italy) (5: IMEC, Leuven, Belgium) (6: MIC, Lyngby, Denmark)


Fakten im ÜberblickWill, S.1; Vogt, G.»Nicht-technische Kompetenzenbei der Implementierung von länd-licher Elektrifizierung«, in:Tagungsband 3. Forum Solarpraxis,Berlin, 14./15.11.2002, 303 – 308(1: PSE GmbH, Freiburg)

Willeke, G.P.»Thin Crystalline Silicone SolarCells«, in: Solar Energy Materials& Solar Cells Nr. 72 (2002),191 – 200

Willeke, G.»The Fraunhofer ISE Roadmap forCrystalline Silicon Solar CellTechnology«, in: 29th IEEE Photo-voltaic Specialists Conference(PVSC), New Orleans, USA,20. – 24.5.2002, in Druck

Willeke, G.; Bett, A.W.»Hochkonzentrierende photovol-taische Großanlagen – Stand undPerspektiven«, in: TagungsbandForschungsVerbundSonnenenergie FVS Jahrestagung,Stuttgart, 14./15.10.2002,in Druck

Wilson, H.R.1

»Chromogenic Glazing: Perfor-mance and Durability Issues« in:Proceedings of IEA SHC Task 27Workshop, Ottawa, Canada,1.10.2002, Lose-Blatt-Sammlung(1: Interpane Entwicklungs- undBeratungsgesellschaft mbH,Lauenförde)

Wilson, H.R.1; Blessing, R.1;Hagenström, H.1; Hutchins, M.G.2;Dvorjetski, D.2; Platzer, W.J.»The Optical Properties ofGasochromic Glazing«, in:Proceedings of 4th InternationalConference on Coatings on Glass,3./4.11.2002, Braunschweig,649 – 657(1: Interpane Entwicklungs- undBeratungsgesellschaft mbH,Lauenförde) (2: Oxford Brookes University,Oxford, United Kingdom)

Wittwer, C.»ConCheck, der simulationsge-stützte Regelungsentwurf vonSolarthermie2000 Anlagen«, in:erneuerbare energien 10/2002,52/53

Wittwer, C.; Rommel, M.; Lustig, K.»ConCheck – Der simulationsge-stützte Regelungsentwurf vonSolarthermie 2000 Anlagen«, in:Tagungsband 12. SymposiumThermische Solarenergie, OTTI-Energie-Kolleg, Bad Staffelstein,24. – 26.4.2002, 399 – 403

Voss, K.; Hastings, R.1

»Sustainable Solar Housing –Definitionen, Projekte und ersteAnalysen aus einem neuenArbeitsschwerpunkt der Inter-nationalen Energieagentur IEA«,in: Tagungsband 6. EuropäischePassivhaustagung an derSwissbau, Basel, Switzerland,25./26.1.2002, 97 – 103 (1: AEU, Wallisellen, Switzerland)

Voss, K.; Kiefer, K.; Reise, C.»Gebäudeenergiekonzepte mitPhotovoltaik«, in:EnergieEffizientes Bauen 1/2002,16 – 21

Wagner, J.1; Dobbins, A.1; Hinsch, A.; Luther, J.»Dye Solar Cells with P3OT asSolid Hole Conductor Prepared byMechanical Pressing«, in:Proceedings of European MaterialsResearch Society Spring MeetingE-MRS 2002, Straßburg, France,18. – 21.6.2002(1: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburger Materialforschungs-zentrum FMF, Freiburg)

Wald, L.1; Albuisson, M.1; Best, C.2; Delamare, C.1;Dumortier, D.3; Gaboardi, E.4;Hammer, A.5; Heinemann, D.5;Kift, R.6; Kunz, S.7; Lefèvre, M.1;Leroy, S.1; Martinoli, M.4; Ménard, L.1; Page, J.6; Prager, T.8;Ratto, C.9; Reise, C.; Remund, J.7;Rimoczi-Paal, A.8; van der Goot, E.2; Vanroy, F.3;Webb, A.6

»SoDa: a Project for theIntegration and Exploitation ofNetworked Solar RadiationDatabases«, in: Proceedings 16th

Symposium »EnviroInfo«, Vienna,Austria, 25. – 27.9.2002 (1: Ecole des Mines de Paris, Paris,France) (2: JRC, Ispra, Italy) (3: ENTPE, Lyon, France) (4: iCons Srl, Castelnuovo Boccad’Adda, Italy) (5: Carl von Ossietzky Universität,Oldenburg) (6: University of Manchester,United Kingdom) (7: Meteotest AG, Bern,Switzerland) (8: HuMet, Budapest, Hungary) (9: University of Genova, Italy)

Walkenhorst, O.; Luther, J.;Reinhart, C.1; Timmer, J.2

»Dynamic Annual DaylightSimulations Based on One-Hourand One-Minute Means ofIrradiance Data«, in: Solar EnergyNr. 72, 5, 385 – 395 (1: National Research CouncilCanada, Ottawa, Canada) (2: Albert-Ludwigs-Universität,Freiburg Centre for Data Analysisand Modelling fdm, Freiburg)

Wittwer, C.; Vetter, M.»Betriebsführung von netzgekop-pelten BZK-Anlagen in der Haus-energieversorgung« in:Tagungsband Neuntes FachforumBrennstoffzellen, OTTI-Energie-Kolleg, 7. – 9.10.2002, Ulm/Neu-Ulm, 305 – 311

Wittwer, V.; Nitz, P.; Gombert, A.»Application of MicrostructuredSurfaces in Architectural Glazings«in: Proceedings of 4th InternationalConference on Coatings on Glass,Braunschweig, 3. – 7.11.2002,643 – 647

Wolkenhauer, H.1; Henning, H-M.;Franzke, U.2

»Bewertungs- und Auswahlkri-terien für Systeme der solarunter-stützten Gebäudeklimatisierung«,in: HLH Heizung Lüftung/KlimaHaustechnik Bd. 53 (2002) Nr. 2 –Februar, 48 – 55 (1: KLIMAhaus Klima- undGebäudetechnik GmbH, Hamburg)(2: Institut für Luft- und Kälte-technik, Dresden)

Wolkenhauer, H.1; Henning, H-M.;Franzke, U.2

»Planung von Anlagen der solarenKlimatisierung«, in: HLH HeizungLüftung/Klima Haustechnik Bd. 53(2002) Nr. 5 – Mai, 43 – 52 (1: KLIMAhaus Klima- undGebäudetechnik GmbH, Hamburg)(2: Institut für Luft- und Kälte-technik, Dresden)



Abkürzungen

AC Alternating CurrentAg SilberAl AluminiumAlGaAs AluminiumgalliumarsenidAM Air MassAPCVD Atmospheric Pressure Chemical

Vapour DepositionASTM American Society for Testing

and MaterialsBi WismutBFC Bifacial CellBHKW BlockheizkraftwerkBMBF Bundesministerium für

Bildung und Forschung BMWi Bundesministerium für

Wirtschaft und TechnologieBMZ Bundesministerium für

Wirtschaftliche Zusammen- arbeit und Entwicklung

BSF Back Surface FieldCDI Carrier Density ImagingCFD Computational Fluid DynamicsCIS Copper Indium DiselenideCNRS Centre Nationale de la

Recherche ScientifiqueCO KohlenmonoxidCO2 KohlendioxidCPC Compound Parabolic Concentratorc-Si Kristallines SiliciumCV Capacitance/VoltageCVD Chemical Vapour DepositionCz CzochralskiDC Direct CurrentDIN Deutsches Institut für NormungDLTS Deep Level Transient SpectroscopyDMFC Direct Methanol Fuel CellEBIC Electron Beam Induced CurrentEBR Etchback RegrowthECR Electron Cyclotron ResonanceEFG Edge-Defined Film-Fed GrowthEMC Electromagnetic CompatibilityEMV Elektromagnetische VerträglichkeitEN Europäische NormEU Europäische UnionFF FüllfaktorFCKW Fluor-Chlor-KohlenwasserstoffeFhG Fraunhofer-GesellschaftFZ Floating ZoneGaAs GalliumarsenidGaInP GalliumindiumphosphidGaSb GalliumantimonidGe GermaniumGSM Global System for Mobile

CommunicationIEA International Energy AgencyIR InfrarotK KelvinKMU Kleine und Mittlere UnternehmenKWK Kraft-Wärme-KopplungkWp Kilowatt Peak (Spitzenleistung)

LBIC Light Beam Induced CurrentLBSF Local Back Surface FieldLED Light Emitting DiodeLPE Liquid Phase Epitaxymc MultikristallinMCFC Molten Carbonate Fuel Cellmc-Si Multikristallines SiliciumMFCA Modulated Free Carrier

AbsorptionMgF2 MagnesiumfluoridMOCVD Metal Organic Chemical

Vapour DepositionMOVPE Metal Organic Vapour

Phase EpitaxyMPP Maximum Power PointMSC Miniature Solar Cell MappingMW-PCD Microwave-detected

Photoconductance Decay PointN2 StickstoffNOCT Nominal Operating

Cell TemperaturePCM Phase Change MaterialPCVD Photocurrent and Voltage DecayPd PalladiumPDA Personal Digital AssistantPECVD Plasma Enhanced Chemical Vapour

DepositionPEM PolymermembranPEMFC Proton Exchange Membrane

Fuel CellPERC Passivated Emitter and Rear CellPOA Power Optimised AircraftPV PhotovoltaikRCC Rear Contacted CellRCWA Rigorous Coupled Wave AnalysisRIE Reactive Ion EtchingREM RasterelektronenmikroskopRPHP Remote Plasma Hydrogen

Passivation (Wasserstoffpassivierung)RP-PERC Random Pyramid, Passivated

Emitter and Rear CellRRC Realistic Reporting ConditionsRTCVD Rapid Thermal Chemical

Vapour DepositionRTP Rapid Thermal ProcessingS/C Steam/Carbon-Ratio

Dampf-/KohlenstoffverhältnisSGK Sorptionsgestützte KlimatisierungSi SiliciumSIMOX Separation by IMplanted

OXygenSiNx SiliciumnitridSiO2 SiliciumdioxidSn ZinnsSOFC Solid Oxide Fuel CellSPV Surface PhotovoltageSSP Silicon Sheets from PowderSR Spectral ResponseSR-LBIC Spatially Resolved Light

Beam Induced Current

TCO Transparent Conducting OxideTDLS Temperature Dependent Lifetime

SpectroscopyTi TitanTiO2 TitandioxidTPV ThermophotovoltaikTWD Transparente WärmedämmungVoc LeerlaufspannungWO3 WolframoxidWPVS World Photovoltaic ScaleZn Zinkη Wirkungsgrad

RedaktionPresse und Public RelationsKarin Schneider (Leitung)Rosemarie Becker(Gesamtkoordination)

Solar Consulting, FreiburgDr. Klaus Heidler

Gestaltungwww.netsyn.de Joachim Würger,Freiburg

DruckFurtwängler, Denzlingen

Anschrift der RedaktionFraunhofer-Institut fürSolare Energiesysteme ISEPresse und Public RelationsHeidenhofstraße 279110 FreiburgTelefon +49 (0) 7 61/45 88-51 50Telefax +49 (0) 7 61/45 88-93 [email protected]

Bestellung von PublikationenBitte per E-Mail oder per Fax

Bei Abdruck ist die Einwilligung derRedaktion erforderlich.

©Fraunhofer-Institut fürSolare Energiesysteme ISE Freiburg 2003

Die Fraunhofer-Gesellschaft Impressum

Neben diesem Jahresbericht finden Sie eine Fülle weiterer Informationenunter www.ise.fhg.de

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt anwendungs-orientierte Forschung zum Nutzen für Unterneh-men und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertrags-partner und Auftraggeber sind Industrie- undDienstleistungsunternehmen sowie die öffentlicheHand. Im Auftrag und mit Förderung durch Mini-sterien und Behörden des Bundes und der Länderwerden zukunftsrelevante Forschungsprojektedurchgeführt, die zu Innovationen im öffentlichenNachfragebereich und in der Wirtschaft beitragen.

Mit technologie- und systemorientierten Innova-tionen für ihre Kunden tragen die Fraunhofer-Institute zur Wettbewerbsfähigkeit der Region,Deutschlands und Europas bei. Dabei zielen sieauf eine wirtschaftliche, sozial gerechte undumweltverträgliche Entwicklung der Gesellschaft.

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet dieFraunhofer-Gesellschaft eine Plattform zur fachli-chen und persönlichen Qualifizierung für verant-wortliche Positionen in ihren Instituten, in derWirtschaft und in anderen Bereichen derWissenschaft.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt derzeit rund80 Forschungseinrichtungen, davon 57 Institute,an über 40 Standorten in ganz Deutschland. Rund13 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, über-wiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftli-cher Ausbildung, bearbeiten das jährliche For-schungsvolumen von etwa einer Milliarde €.Davon fallen etwa 900 Millionen € auf denLeistungsbereich Vertragsforschung.

Niederlassungen in Europa, in den USA und inAsien sorgen für Kontakt zu den wichtigstengegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts-und Wirtschaftsräumen.

Mitglieder der 1949 gegründeten und als gemein-nützig anerkannten Fraunhofer-Gesellschaft sindnamhafte Unternehmen und private Förderer.

Ihren Namen verdankt die Gesellschaft dem alsForscher, Erfinder und Unternehmer gleicher-maßen erfolgreichen Münchner Gelehrten Josephvon Fraunhofer (1787-1826).

Fraunhofer-GesellschaftPresse- und ÖffentlichkeitsarbeitPostfach 19 03 3980603 Münchenwww.fhg.de

http://www.netsyn.de

http://www.fhg.de

http://www.ise.fhg.de


Kontaktadresse

Fraunhofer-Institut fürSolare Energiesysteme ISEHeidenhofstraße 279110 FreiburgTelefon +49 (0) 7 61/45 88-0Telefax +49 (0) 7 61/45 88-90 [email protected]


Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2002 · Vorwort 4 Das Institut im Profil - Kurzportr ät6 -...

Documents

Transcript of Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2002 · Vorwort 4 Das Institut im Profil - Kurzportr ät6 -...