Energie Erneuerbar

Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbarer Energiequellen wie Sonne, Wind, Biomasse und Wasserkraft sind entscheidend für den erfolgreichen Wandel unseres Versorgungssystems hin zu einer nachhaltigen, sicheren und bezahlbaren Energiebereitstellung. Die Fraunhofer-Allianz Energie bietet ihren Kunden hierzu ein breites Spektrum an Dienstleistungen an.

Geschäftsbereich »Energie Erneuerbar«

Photovoltaik

Die Fraunhofer-Allianz Energie verfügt über umfassende Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Silizium-Photovoltaik – von der Kristallisation über Wafering und Zellproduktion bis hin zur Verschaltung zu Modulen. Fraunhofer-Experten erarbeiten optimierte Gesamtanlagen­konzepte und sind führend in der Wechselrichtertechnologie. Für konzentrierende PV-Systeme werden hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen und optische Systeme zur Bündelung des Sonnenlichts entwickelt. Auch Silizium-Dünnschichtzellen sowie der Einsatz alter­nativer Materialsysteme zählen zum Portfolio. Im zukunfts­orientierten Bereich organischer Solarzellen und Farbstoffzellen wird an der Verbesserung von Effizienz und Langzeitstabilität geforscht.

 

Solarthermie

Alternativ zur photovoltaischen Stromerzeugung gewinnen konzentrierende solarthermische Kraftwerke (CSP) zunehmend an Bedeutung, besonders in Gegenden mit hoher direkter Einstrahlung. Hierfür entwickelt die Fraunhofer-Allianz Energie nicht nur die entsprechenden Gesamtkonzepte sondern auch die benötigten Komponenten wie Wärmespeichertechnologien und konzentrierende Optiken mit Fokus auf Fresnel-Kollektoren und Absorberröhren.

Die Fraunhofer-Allianz Energie forscht an Systemen zur thermischen Nutzbarmachung von Sonnenenergie in den Bereichen solare Brauchwassererwärmung, Raumheizung, Prozesswärme für Industrieprozesse und solare Kälteerzeugung. Mit diesem Ziel entwickeln Wissenschaftler neuartige Kollektoren und System­komponenten und entwerfen komplette, auf das jeweilige Lastprofil und die verfügbare Sonneneinstrahlung abgestimmte Systeme inklusive Steuerungseinheiten und der Integration von Wärme- / Kältespeichern.

 

Windenergie

Die immer größeren und schwereren Windenergieanlagen stellen neue Anforderungen an Materialien und Bauweisen. Zum Nachweis der technischen Zuverlässigkeit der Wind­energie­anlagen und ihrer Komponenten werden spezielle Prüf­ver­fahren und Simulationsmethoden entwickelt.
So wird beispielsweise die Festigkeit und Strukturdynamik von Rotorblättern und Tragstrukturen untersucht. Im Bereich der Offshore-Windenergie führen Experten Standorterkundungen und aero-elastische Simulationen durch, um die Gesamtanlagendynamik der Offshore-Windenergieanlagen im Zusammenspiel mit Faktoren wie Wind, Seegang und Baugrund zu bestimmen. Außerdem entwickelt die Fraunhofer-Allianz Energie Instandhaltungsstrategien und -technologien und bietet umfassende Dienst­leistungen zur Betriebsführung sowie zur Netzintegration von Windenergieanlagen an.

 

Bioenergie

Auch der Betrieb von Versuchsanlagen zur Untersuchung von Abbrand- und Emissionsverhalten verschiedener Brennstoffe in Feuerungs-, Vergasungs- und Pyrolyseanlagen zählt zum Port­folio der Fraunhofer-Allianz Energie. Fraunhofer-Forscher verbessern Systemkomponenten, zum Beispiel durch den Einsatz innovativer Keramikmaterialien in Brennern, beraten Kunden hinsichtlich der Betriebsführung von biomasse-gefeuerten Heizkraftwerken und untersuchen Produktionsketten von Bioenergierohstoffen. Dabei wird sowohl an katalytischen Verfahren als auch an verbesserten Raffineriekonzepten für Bio­kraft­stoffprozesse gearbeitet, etwa der Gasphasenumwandlung von Fetten, Ölen und nachwachsenden Rohstoffen zu biogenem Diesel und Benzin.

Weitere Themen der Fraunhofer-Forschung sind Zerkleinerungs-, Vermischungs- und Formgebungs­aggregate für die Aufbereitung von Abfall- sowie Produktionsreststoffen zu Ersatzbrennstoffen und die Analyse von Kleinverbrennungs­anlagen mit integrierter Kraft-Wärme-Kopplung für Ersatz­brenn­stoffe aus hochkalorischen Abfällen.

Experten der Fraunhofer-Allianz Energie entwickeln, projektieren und begleiten Anlagen für die Biogas-Anaerob­technik und forschen an der Herstellung von Synthesegas aus Biomasse für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen sowie zur Kopplung mit chemischen Prozessen. Zu letzterem Bereich zählt auch die Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz und die Aufbereitung zu Kraftstoff für Fahrzeuge.

 

Wasserkraft

Die Fraunhofer-Allianz Energie entwickelt neue Technologien für die Nutzung der Wasserkraft. Sowohl im kleinen als auch großen Maßstab. So haben Fraunhofer-Forscher zum Beispiel einen neuartigen Abwassergenerator entwickelt, der bereits bei kleinen Wassermengen und geringen Druckdifferenzen wirtschaftlich elektrische Energie erzeugen kann.

Große Potentiale wollen Fraunhofer-Experten im Bereich der Meeresenergie erschließen. Dazu entwickeln sie innovative Technologien und Regelungskonzepte für Meeresströmungs­turbinen und mit Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerken einen gänzlich neuen Speicheransatz, der das Meer selbst als oberes Speicherbecken und einen Hohlkörper auf dem Meeresgrund als unteres Speicherreservoir nutzt.

 

Systemintegration und Energiepolitik für Erneuerbare Energien

Ein besonderes Merkmal der Fraunhofer-Forschung ist die Verzahnung der Entwicklung erneuerbarer Energietechnologien (Sonne, Wind, Bioenergie, Wasserkraft) mit Lösungen für ihre technische Systemintegration aber auch mit der ökonomischen Systemanalyse und Innovationsforschung.

Durch die Verbindung dieser Kompetenzen kann die Fraunhofer-Allianz Energie die Energiewende technisch, ökonomisch sowie politisch begleiten und zum Beispiel auf Basis von nationalen und internationalen Markt­analysen langfristige Technologietrends von erneuerbaren Energien ausmachen, die sowohl für Politik als auch Industrie strategische Entscheidungsgrundlagen bieten.