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Energie Erneuerbar

Photovoltaik

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.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Photovoltaik

PV-Produktionstechnologie

Die Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Energie forschen an innovativen Produktionstechnologien für Solarzellen zur effektiveren Nutzung von Sonnenenergie. Dabei werden zum einen Standardprozesse zur Herstellung von Solarzellen weiterentwickelt. Zum anderen werden neue technologische Konzepte systematisch von der Laborforschung in die industrielle Anwendung überführt. Dazu evaluieren und entwickeln wir Herstellungsprozesse und Prozesstechnologiekomponenten, fertigen fortgeschrittene industrielle Solarzellenstrukturen und charakterisieren und optimieren Materialien und Solarzellen. Aspekte wie Digitalisierung, Recycling und nachhaltige Fertigung sind wichtige Bestandteile unserer Konzepte.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Rock-Star

ASYS Solar und das Fraunhofer ISE evaluieren dem Projekt mit »Rock-Star« Hochdurchsatz-Rotationsdruckverfahren für die kosteneffiziente Metallisierung von Si-Solarzellen.

 

CUT-A

Im Mittelpunkt des Projektes »CUT-A« steht die Weiterentwicklung beidseitig passivierter PERC-Solarzellen aus mono- und multikristallinem p-Typ Silicium.

 

CUT-B

»CUT-B« untersucht die material- und prozessbedingten Ursachen für die Schwankung der Wirkungsgrade von multikristallinen Siliciumsolarzellen mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite.

Silizium-Photovoltaik

Silizium ist aktuell das am meisten verbreitete Halbleitermaterial zur Herstellung von Solarzellen. Schlüssel für diese dominierende Marktstellung sind zum einen ein robuster und kostengünstiger Herstellungsprozess und zum anderen der hohe Wirkungsgrad sowie die große Zuverlässigkeit von siliziumbasierten PV-Modulen. Gerade der Wirkungsgrad spielt für die weitere Kostensenkung der Stromgestehungskosten eine entscheidende Rolle und steht deshalb im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten. Die Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Energie unterstützen die Forschung und Entwicklung von Material-, Modul- und Anlagenherstellern vom Siliziummaterial über Solarzelle und Modul bis zum System. Der Technologiereifegrad unserer Projekte umfasst die gesamte Bandbreite von der Laborforschung bis zur industrienahen Entwicklung. Mit neuen Technologien und Weltrekordwirkungsgraden aus unseren Forschungslabors setzen wir immer wieder wissenschaftliche Trends in der Photovoltaik und geben so wichtige Impulse für Neuentwicklungen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

EoL

Im Fraunhofer Center für Siliziumphotovoltaik werden Trennprozesse, Reinigungsverfahren und Schmelz-, Kristallisationstechnologien eingesetzt und weiterentwickelt, um skalierbare, kostengünstige Recyclingverfahren anzubieten.

 

KosmoS

Das Fraunhofer CSP entwickelt einen Herstellungsprozess für Float-Zone-taugliche Vorratsstäbe (»pre-pulling Verfahren«) und eröffnet damit die Möglichkeit, kostengünstiges Solar-Silicium für die Herstellung von Float-Zone-Kristallen zu verwenden.

 

SiTaSol

Die Umwandlungswirkungsgrade einer Silicium-Einfachsolarzelle sind begrenzt. III-V Mehrfachsolarzellen können dagegen die Stromerzeugung auf der gleichen Fläche beinahe verdoppeln.

Dünnschicht-Photovoltaik

Im Vergleich zu Solarzellen aus kristallinem Silizium werden Dünnschicht-Solarmodule zwar seltener eingesetzt, weisen jedoch in bestimmten Anwendungen Vorteile auf. Sie kommen beispielsweise besser mit Verschattungen zurecht und liefern bei schwachen Lichtbedingungen höhere Erträge. Auch der Energie- und Materialverbrauch ist bei der Herstellung von Dünnschichtphotovoltaikmodulen deutlich geringer. Forscherinnen und Forscher bei Fraunhofer arbeiten daran, das Potential von Dünnschicht-Modulen durch Nutzung anderer Materialien auszuschöpfen und die Fertigung im Industriemaßstab zu optimieren.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Dünnschicht-Solarmodule

In einem gemeinsamen Projektes des Fraunhofer CSP und der Calyxo GmbH wird das Potenzial von Dünnschicht-Solarmodulen auf Basis von Cadmiumtellurid analysiert.  

Konzentrator-Photovoltaik

In Gebieten mit viel direkter Sonneneinstrahlung bietet sich der Einsatz von Konzentrator-Photovoltaik (CPV) als kostengünstige Technologie an. Durch Bündelung des Sonnenlichts mittels Linsen auf hocheffiziente Mehrfachsolarzellen werden sehr hohe Wirkungsgrade erreicht. Fraunhofer deckt dabei alle Aspekte von der Solarzelle bis zum Modul ab und optimiert das Gesamtsystem. Hierfür wird Expertise in den Bereichen Optik, Aufbau und Verbindungstechnik sowie theoretische Modellierung und Moduldesign eingesetzt. So kann ein heterogener Markt an Unternehmen, die PV-Systeme mit geringer bis sehr hoher optischer Konzentration entwickeln, unterstützt werden. Zudem gehört die Evaluation der spezifischen Anforderungen an den Einsatz von Konzentrator-Photovoltaik vor Ort innerhalb und außerhalb Europas zum Portfolio.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

ALCHEMI

Im Projekt ALCHEMI soll in einem europäischen Konsortium ein hochkonzentrierendes HCPV Modul prototypisch entwickelt werden, wobei zentrale Komponenten (Primäroptik, Zelle) potenziell von deutschen Lieferanten beigesteuert werden.

 

CPVMod

Der Fokus im CPVMod Projekt liegt auf der Entwicklung von innovativen, hochleistungsfähigen Konzentratorphotovolatik (CPV) Modulen, deren Vorteil in der Bündelung des Sonnenlichts auf Millimeter kleine und hocheffiziente Solarzellen liegt.

 

CPVIndien

Das Projekt installiert und evaluiert ein 53 kW CPV System zur Stromerzeugung in Indien. Neben dem CPV System wurde auch ein Außenmessstand zur elektrischen Charakterisierung von (C)PV Modulen installiert.

Organische und Perowskit-Solarzellen

Organische und Perowskit-Solarzellen bieten vielversprechende Möglichkeiten, Solarzellen aus kostengünstigen Materialien herzustellen. Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Allianz Energie arbeiten daran, durch Entwicklung neuartiger Materialien den Wirkungsgrad dieser Solarzellen zu steigern, die Langzeitstabilität zu erhöhen und die Produktionskosten zu senken. In Outdoor-Testfeldern für Photovoltaik-Systeme können für diese Zwecke einzelne Module und Gesamtsysteme auch über längere Zeiträume getestet werden. Neben reinen Perowskit-Solarzellen entwickeln wir Silicium-basierte Mehrfachsolarzellen, um das Sonnenspektrum durch Reduktion der Thermalisierungsverluste besser auszunutzen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

PersiST

Tandemsolarzellen erzielen deutlich höhere Wirkungsgrade: Eine obere Solarzelle mit einer höheren Bandlücke Photonen nutzt hohe Energie effizient, während eine untere Solarzelle mit einer niedrigeren Bandlücke niederenergetische Photonen nutzt.

 

TOP

In Europa werden pro Jahr ca. 20 Mio. m² Glasflächen für Gebäudefassaden verbaut und stehen damit für die alternative Energiegewinnung zur Verfügung. Das Fraunhofer ISE will diese Flächen mit dimensionierbaren Solarfolien effizienter nutzen.  

 

PeroTec

Im Fraunhofer-Projekt »PeroTec« sollen für den industriellen Einsatz von neuartigen Perowskit-Materialien die technologischen Voraussetzungen für Anwendungen im Quadratmeter-Maßstab geschaffen und patentrechtlich geschützt werden.

Wechselrichter für PV-Systeme

Wechselrichter spielen in der solaren Stromerzeugung eine wichtige Rolle, da sie den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit von PV-Systemen maßgeblich mitbestimmen. Wechselrichter wandeln den von Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und optimieren beispielsweise die Einspeisung in das Stromnetz. In der Forschung um PV-Wechselrichter konzentrieren sich unsere Mitgliedsinstitute nicht nur auf die Optimierung von Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit, sondern auch auf den Aspekt der Kostenoptimierung. Dabei wird in der Forschung der Fraunhofer-Allianz Energie sowohl die Hardware- als auch die Softwareentwicklung vorangetrieben. Neue Anforderungen des Stromsystems (wie beispielsweise Eigenverbrauch, Netzdienstleistungen und Speichereinbindung) bestimmen dabei die Weiterentwicklung von Wechselrichtern.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

LUIZ

Das Verbundvorhaben LUIZ untersucht Photovoltaik-Wechselrichter potentiell auftretende Fehler. Denn: Im Zuge der Energiewende und ist es dringend notwendig, die Vollversorgung durch regenerative Energien zu gewährleisten.

 

USV-Wechselrichter mit SIC-Transistoren

Am Fraunhofer ISE wurde ein hochkompakter Wechselrichter für die Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit Wirkungsgrad bis zu 98,7 % entwickelt.  

 

Zukunftskraftwerk PV

Im Projekt »Zukunftskraftwerk PV« wird ein Kraftwerkskonzept in Kombination mit Speichern entwickelt, das es erlaubt den Anteil an PV-Energie auf Werte von über 90 % zu steigern.