Energie und Rohstoffe – Erneuerbare Energie

In Deutschland liegt die Windkraft an erster Stelle bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Bei Windparks im Meer ist der Innovationsdruck besonders hoch: Die Anlagen müssen so geplant und gebaut werden, dass sie über ihre gesamte Laufzeit von etwa 20 Jahren Wind, Wasser, Salz, UV-Strahlung und Wellen trotzen. 
Um Sonnenenergie für den Menschen nutzbar zu machen, spielen Photovoltaiksysteme und Solarthermieanlagen eine entscheidende Rolle. Fraunhofer-Forscher arbeiten daran, diese Systeme noch effizienter zu machen. Daneben hat sich der Markt für Energie aus Biomasse in den vergangenen Jahren zu einem bedeutenden Wirtschaftszweig in Deutschland entwickelt. Dabei ist die effiziente Produktion von Biomasse eines der wichtigsten Ziele der modernen Biotechnologie.

Hocheffiziente Siliziumsolarzellen ohne Wirkungsgradverlust nach der Inbetriebnahme: Darauf zielt das kürzlich gestartete, vom BMWi geförderte Verbundprojekt »Zero-Degradation in mono- und multi-kristallinen PERC-Solarzellen (ZORRO)« ab. ZORRO wird vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen koordiniert.

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Am 1. November 2019 startete das Forschungsprojekt X-Wakes „Interaktion der Nachläufe großer Offshore-Windparks und Windparkcluster mit der marinen atmosphärischen Grenzschicht“, das über einen Zeitraum von drei Jahren mit insgesamt 3,4 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wird. Im Rahmen von X-Wakes wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, wie sich die Windbedingungen in der Deutschen Bucht ändern, wenn Offshore-Windparks großflächig ausgebaut werden. Das Projektteam nutzt dazu die Daten umfangreicher Messkampagnen und hochauflösender Modelle für die Weiterentwicklung von in der Industrie eingesetzten Modellen zur anschließenden Berechnung der Auswirkungen des Offshore-Windenergieausbaus.

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Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist es gelungen, den Wirkungsgrad für monolithische Dreifachsolarzellen aus III-V-Halbleitern und Silicium nochmals zu erhöhen. Diese Mehrfachsolarzellen nutzen durch die Kombination von mehreren Absorbermaterialien das Sonnenspektrum energetisch deutlich besser aus als konventionelle Siliciumsolarzellen. Der Weltrekord für eine durch Waferbonden hergestellte monolithische Mehrfachsolarzelle konnte auf 34,1 % verbessert werden. Für eine Siliciumsolarzelle mit direkt abgeschiedenen Halbleiterschichten wurde ein neuer Wirkungsgradrekord von 24,3 % erzielt.

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Das europäische Forschungsprojekt »SUNRISE« zur Solarenergie für eine Kreislaufwirtschaft wurde als eine von sechs »Coordination & Support Actions« (CSA) im Horizont-2020-Programm ausgewählt. Mit der Förderung von 1 Million € und der Laufzeit von einem Jahr ab Frühjahr 2019 schafft dies eine Grundlage für ein europäisches Großforschungsprojekt.

Die Vision des SUNRISE-Projektes ist ein radikaler und ambitionierter wissenschaftlich-technischer Ansatz für die Umwandlung und Speicherung von Solarenergie zur Bereitstellung einer nachhaltigen Alternative zur fossilen, energieaufwändigen Produktion von Brennstoffen und Basischemikalien. Dies steht im Einklang mit der kürzlich von der Europäischen Kommission verabschiedeten Vision für ein klimaneutrales Europa bis 2050.

SUNRISE bringt Akteure aus der Wissenschaft, Industrie, Politik und Gesellschaft zusammen, darunter NGOs und Weltkonzerne in den Bereichen Energie, Chemie sowie dem Automobilsektor. Dabei soll eine wissenschaftlich-technologische Roadmap für eine Großforschungsinitiative im Bereich Energie, Umwelt und Klimawandel entwickelt werden.

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Damit künftig mehr Strom aus erneuerbaren Energien in die Netze fließt, forschen über 2000 Fraunhofer-Mitarbeitende an verschiedensten Technologien, zum Beispiel an Konzentratorsolarzellen.

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Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist es gelungen, den Wirkungsgrad für monolithische Dreifachsolarzellen aus III-V-Halbleitern und Silicium nochmals zu erhöhen. Diese Mehrfachsolarzellen nutzen durch die Kombination von mehreren Absorbermaterialien das Sonnenspektrum energetisch deutlich besser aus als konventionelle Siliciumsolarzellen. Der Weltrekord für eine durch Waferbonden hergestellte monolithische Mehrfachsolarzelle konnte auf 34,1 % verbessert werden. Für eine Siliciumsolarzelle mit direkt abgeschiedenen Halbleiterschichten wurde ein neuer Wirkungsgradrekord von 24,3 % erzielt.

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Die genaue Bestimmung des Windpotenzials und der zu erwartenden Energieerträge ist die zentrale Voraussetzung für die wirtschaftlich erfolgreiche Umsetzung von Windparkprojekten. Aufgrund der Komplexität der Windpotenzialabschätzung, insbesondere im bewaldeten Mittelgebirge, wird heute an solchen Windparkstandorten i. d. R. eine Messung durchgeführt. Hier bieten am Boden aufstellbare, laserbasierte Fernmessgeräte (LiDAR - Light Detecting And Ranging) eine Alternative zu den in der Vergangenheit verwendeten hohen Windmessmasten.

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Der Windenergie-Informations-Daten-Pool (WInD-Pool) ist eine gemeinsame Erfahrungs- und Wissensdatenbank, welche die Windenergiebranche mit statistischen Analysen aus einer breiten Datenbasis bei ihren unternehmerischen Entscheidungen unterstützt und so perspektivisch hilft die Stromgestehungskosten zu senken.

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Wissenschaftler am Fraunhofer IWES entwickeln neue Methoden, die deutlich realistischere Daten bei der Prüfung von Rotorblattprototypen liefern und eine beanspruchungsgerechte Auslegung ermöglichen. Zum Abschluss der ersten Phase des insgesamt fünfjährigen Projektes soll die Infrastruktur betriebsbereit und die Testmethoden entwickelt sein. Hersteller von Rotorblättern werden aufgrund der signifikant verkürzten Prüfungen und besonders realistischen Lastnachbildungen profitieren..

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