JAHRESBERICHT ANNUAL REPORT
2015 An-Institut der
Institut für Solarenergieforschung Hameln
Hinweise zu den Umschlagbildern/About the cover images: A: Blick über das Hauptgebäude des ISFH (in der Mitte) und das SolarTeC (rechts unten) in das Weserbergland. View over the main building of the ISFH (middle) and over the SolarTeC (right) into the Weser Hills. B: Laboranlage zum thermischen Vorspannen von Gläsern für Dicken bis hinunter auf 2 mm. Laboratory equipment for thermal toughening of glass down to 2 mm thickness. C: Messplatz zur Bestimmung der Strom-Spannungs-Kennlinie von großflächigen (industrietypischen) Solarzellen unter Standardtestbedingungen gemäß IEC60904. Measurement setup to determine the current-voltage-characteristic of large area (industrial) solar cells under standard test conditions in accordance with the IEC60904. D: Messplatz zur Bestimmung der differentiellen spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit von großflächigen (industrietypischen) Siliziumsolarzellen. Measurement setup to determine the differential spectral response of large area (industrial) solar cells. E: Der niedersächsische Umweltminister Stefan Wenzel eröffnet die Umwelttage in Hameln. Lower Saxon Environment Minister Stefan Wenzel opening the Environmental Days in Hamelin.
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JAHRESBERICHT 2015 ANNUAL REPORT
Messplatz zur Bestimmung der differentiellen spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit von großflächigen Siliziumsolarzellen. Setup to measure the differential spectral irradiance sensitivity of large-area silicon solar cells.
Associated with
Institut für Solarenergieforschung Hameln
Streiflichter
At a glance
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ISFH-Jahresbericht 2015
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Streiflichter
At a glance
Abbildung/Figure 2: Der Stand des ISFH auf der Hannover-Messe 2015; links im Bild das Exponat zum Thema „Thermochrome Schichten“. The ISFH stand at the Hanover Fair 2015; on the left in the picture is the exhibit on the subject of “Thermochrome Layers”. Abbildung/Figure 3: Betriebsausflug 2015 – Diesmal besuchten die Kollegen den Tierpark in Springe, wo u. a. eine Flugshow mit einheimischen Vögeln geboten wurde. ISFH annual outing 2015 – this time the staff visited the animal park in Springe where, inter alia, there was an airshow with native birds. Abbildung/Figure 4: Teilnehmer des bundesweit stattfindenden Green Day besuchten am 12. November 2015 das ISFH. Hier gibt Ihnen ein Mitarbeiter eine Einführung in die Elektronenmikroskopie. Participants in the nationwide Green Day visited the ISFH on 12 November 2015. Here a member of staff is giving them an introduction into electron microscopy. Abbildung/Figure 5: Messtisch für Silizium-Solarzellen. Measuring table for silicon solar cells. Abbildung/Figure 6: Mitgliedertreffen des Leibniz Forschungszentrums „Energie 2050 (LiFE 2050)“ der Leibniz Universität Hannover. Hier versammeln sich die Teilnehmer während einer Sitzungspause zum Gruppenfoto. Members meeting of the Leibniz “Energie 2050 (LiFE 2050)” Research Center of the Leibniz Universität, Hanover. Here the participants are gathering for a group photo during a break in the meeting. Abbildung/Figure 7: Der Stand des ISFH auf der Fachmesse „Intersolar“ in München. The ISFH stand at the specialized fair “Intersolar” in Munich.
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Inhalt
Contents
Streiflichter ◆ At a glance .................................................................................................................................................. 2 Inhalt ◆ Contents .............................................................................................................................................................. 4 Vorwort ◆ Preface ............................................................................................................................................................ 6 1
Institut für Solarenergieforschung .................................................................................................................................. 8 Kurzportrait ◆ Brief portrait ......................................................................................................................................... 8 Organisation ◆ Organization ..................................................................................................................................... 10 Abteilung Photovoltaik ◆ Photovoltaics department ............................................................................................... 10 Abteilung Solare Systeme ◆ Solar systems department ........................................................................................... 15 Calibration & Test Center (CalTeC) ◆ Calibration & test center (CalTeC) .................................................................. 16 Zentrale Dienste ◆ Central services ............................................................................................................................ 18 Aufsichtsrat ◆ Supervisory Board ................................................................................................................................ 19 Wissenschaftlicher Beirat ◆ Scientific Advisory Board ................................................................................................. 20 Gesellschaft zur Förderung des Instituts für Solarenergieforschung e.V. (Förderverein) ............................................ 22 Society for the Promotion of the Institut für Solarenergieforschung (Friends of the ISFH)
Das Institut in Zahlen ◆ Statistics of the Institute .......................................................................................................... 25 Energiemanagement am ISFH ◆ Energy management at ISFH ....................................................................................... 27 2
Forschungsabteilungen ◆ Research departments .......................................................................................................... 30 Abteilung Photovoltaik ◆ Photovoltaics department ..................................................................................................... 30 Forschungsthemen ◆ Research topics ................................................................................................................... 30 Dienstleistungen ◆ Services ................................................................................................................................ 30 Apparative Ausstattung ◆ Equipment & facilities .................................................................................................... 30 Glanzlichter ◆ Highlights .................................................................................................................................... 31 Abteilung Solare Systeme ◆ Solar systems department ................................................................................................. 32 Forschungsthemen ◆ Research topics ................................................................................................................... 32 Dienstleistungen ◆ Services ................................................................................................................................ 32 Apparative Ausstattung ◆ Equipment & facilities .................................................................................................... 33 Glanzlichter ◆ Highlights .................................................................................................................................... 33
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Wissenschaftliche Ergebnisse ◆ Scientific results ......................................................................................................... 34 Abteilung Photovoltaik ◆ Photovoltaic department ...................................................................................................... 34 Lichtinduzierte Degradation und Regeneration der Ladungsträger-Lebensdauer in multikristallinem Silizium ... 34 Light-induced degradation and regeneration of the carrier lifetime in multicrystalline silicon
Industrienahe ionenimplantierte und siebdruckmetallisierte bifaciale n-Typ PERT Solarzellen mit Effizienzen von 21 % und Bifacialfaktoren größer 97 % ..................................................................................... 37 Industry-oriented Ion implanted and screen-printed metallized bifacial n-type PERT solar cells with efficiencies of 21 % and bifacial factors exceeding 97 %
Entwicklung von Hocheffizienzmodulen und Analyse der optischen und elektrischen Verluste ........................ 39 Development of high-efficiency solar modules and analysis of optical and electrical losses
Risse in der Solarzellenmetallisierung und deren Auswirkung auf die Modulleistung ........................................ 43 Cracks in the solar cell metalization and their impact on the module power
ISFH-Jahresbericht 2015
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Inhalt
Contents
Abteilung Solare Systeme ◆ Solar systems department ................................................................................................. 46 Überhitzungsschutz für Solarkollektoren ........................................................................................................... 46 Overheating protection for solar collectors
Das Gebäude als solarer Wärmespeicher .......................................................................................................... 50 The building as a solar heat storage
Projekt HEISTA – Entwicklung von Prüfverfahren für Frischwasser- und Wohnungsstationen ............................ 54 HEISTA Project – Development of test procedures for domestic hot-water modules and dwelling stations
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Weiterbildung ◆ Education ........................................................................................................................................... 58 Akademische Ausbildung ◆ Academic education ....................................................................................................... 58 NILS – Die Lernwerkstatt am ISFH ◆ NILS – The learning workshop of the ISFH ............................................................. 61
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Kooperationen ◆ Cooperations ..................................................................................................................................... 68 Partner aus Universitäten & Forschungseinrichtungen ◆ Partners from universities & research facilities .......................... 68 Inland ◆ National ................................................................................................................................................ 68 Ausland ◆ International ....................................................................................................................................... 69 Partner aus Industrie, Planung & Entwicklung ◆ Partners from industry, planning & development ................................... 70 Inland ◆ National ................................................................................................................................................ 70 Ausland ◆ International ....................................................................................................................................... 71 Institutsmitgliedschaften ◆ Institute memberships ........................................................................................................ 71
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Dokumentation ◆ Documentation ................................................................................................................................ 72 Institutskolloquien ◆ Institute colloquia ...................................................................................................................... 72 Gastwissenschaftler ◆ Guest scientists ........................................................................................................................ 73 Mitarbeit in Fachgremien ◆ Membership in professional bodies .................................................................................... 73 Ausstellungen & Fachtagungen ◆ Fairs & congresses .................................................................................................. 74 Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften ◆ Peer-reviewed publications ............................................................... 75 Andere Veröffentlichungen ◆ Other publications ........................................................................................................ 77 Vorträge ◆ Presentations ............................................................................................................................................ 79 Poster ◆ Posters ........................................................................................................................................................ 81 Studien- & Bachelorarbeiten ◆ Seminar & bachelor papers .......................................................................................... 82 Diplom- & Masterarbeiten ◆ Diploma theses & masters ............................................................................................... 83 Doktorarbeiten ◆ Ph.D.-theses .................................................................................................................................. 83 Berufungen ◆ Appointments ...................................................................................................................................... 84 Lehrveranstaltungen ◆ Lectures ................................................................................................................................. 85 Preise & Auszeichnungen ◆ Awards ......................................................................................................................... 85
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Presse ◆ Press ............................................................................................................................................................... 86
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Autoren ◆ Authors ........................................................................................................................................................ 92 Impressum ◆ Impress ..................................................................................................................................................... 93 Streiflichter ◆ At a glance ................................................................................................................................................ 94 Notizen ◆ Notes ............................................................................................................................................................. 96
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Vorwort
Preface
Das ISFH hat ein Ziel: Durch Forschung dazu beizutragen, die Kosten für die Solarenergienutzung, einem wichtigen Teil unserer Energiewende, klein zu halten. Auf diesem Weg sind wir auch im letzten Jahr wieder ein Stück vorangekommen.
The ISFH has a goal: to contribute through research to keeping down the costs of using solar energy, an important part of energy change. In the last year we have once again made progress along this path.
Nach einem Rekord für siebgedruckte PERCSolarzellen können wir nun auch über einen Wirkungsgradrekord für PV-Module mit PERCZellen berichten (s. S. 39 ff.). Wir erzielten im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projektes einen Wirkungsgrad von 20,2 % für ein 1,5 m2 großes Modul. Der Rekord wurde nur erreicht, weil das Design der Solarzellen und das des Moduls fein aufeinander abgestimmt wurden. Die Zellen alleine hätten keinen Rekordwirkungsgrad gehabt.
After achieving a record for screen-printed PERC solar cells, we can now also report an efficiency record for PV modules with PERC cells (see p. 39 pp.). We achieved an efficiency level of 20.2 % for a 1.5 m2 module as part of a project funded by the Federal Ministry for the Economy and Energy (BMWi). The record was only achieved because the design of the solar cells and that of the module were finely tuned to each other. The cells alone would not have had a record efficiency.
Damit ist das Rekordmodul ein Gleichnis für die Energiewende insgesamt: Auf die kluge Integration kostengünstiger Einzelteile in ein effizientes System kommt es an!
Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, Wissenschaftlicher Leiter und Geschäftsführer der Institut für Solarenergieforschung GmbH in Hameln. Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, Scientific head and Director of the Institute for Solar Energy Research in Hamelin.
Das große Ganze in den Blick zu nehmen ist in einer auf Spezialisierung und auf Wettbewerb ausgerichteten Gesellschaft nicht leicht. Den einen konsensfähigen Masterplan für die Energiewende wird es nicht geben, weil es zu viele widerstreitende Interessen gibt. Welcher der vielen möglichen Wege hin zu einer immer stärker erneuerbaren Energieversorgung soll also beschritten werden? Um diesen Weg zu finden, müssen verschiedene Systeme mit starker regenerativer Komponente in einen Wettbewerb treten. Manche Systemkonfigurationen werden sich bewähren und werden andere Lösungen verdrängen. Damit dieser Wettbewerb stattfinden kann, müssen die erneuerbar dominierten Energiesysteme aber erst einmal erdacht, hergestellt, geprüft und in den Markt gebracht werden. Das ISFH will mit seiner Systemtechnikforschung und im Verbund mit seinen Forschungspartnern aus der Industrie solare Energiesysteme für diesen Wettbewerb ertüchtigen. Kostensenkungen brauchen einen Markt. Für die deutschen Firmen ist ein starker heimischer Markt von besonders großem Nutzen. Die Systemanforderungen werden sich mit zunehmender Marktdurchdringung der erneuerbaren Energien wandeln. Wegen der im internationalen Vergleich schon hohen Marktdurchdringung von Wind- und Solarenergie ist unser heimischer Solarmarkt für die Innovationskraft der Firmen also besonders wichtig.
In this way, the record module is a metaphor for energy change as a whole: an efficient system depends on the clever integration of inexpensive components!
Seeing the complete picture is not easy in a society geared to specialization and competition. There will not be one potentially consensual master plan for energy change because there are too many conflicting interests. Which of the many possible ways is therefore to be taken towards an ever greater use of renewable energy? In order to find this way, various systems with a strong renewable element must compete. Some system configurations will prove successful and will supersede other solutions. In order for this competition to be able to take place, however, predominantly renewable energy systems must first be thought out, produced, tested and brought onto the market. The ISFH wants to use its system technology research together with its research partners in the industry to prepare solar energy systems for this competition. Cost reductions need a market. For German firms a strong home market is particularly useful. System requirements will change with the increasing market penetration of renewable energy. Due to the already high market penetration of wind and solar energy by international standards, our home solar market is therefore particularly important for the innovational strength of the firms. With this background the currently too low rates of new installations of photovoltaic and solarthermal systems are worrying and must surely be a hindrance to the early achievement of energy change.
Vor diesem Hintergrund sind die derzeit zu niedrigen Raten der Neuinstallationen von Photovoltaik- und Solarthermieanlagen besorgniserregend und sicher ein Hindernis für das rasche Gelingen der Energiewende.
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Vorwort
Preface
Die Vorteile der Solarenergienutzung sind überzeugend: Sonne ist überall verfügbar, Solarstrom ist mit 8 bis 12 ct/kWh für immer mehr Endverbraucher konkurrenzlos günstig und kann geräuschfrei und fast ohne Belastung des Landschaftsbildes genutzt werden. Solarenergie wird deshalb von der Bevölkerung besonders positiv bewertet.
The advantages of solar energy usage are convincing: the sun is available everywhere, solar electricity at 8 to 12 ct/kWh is incomparably cheap for more and more end-consumers and can be used noiselessly and almost without any visual impairment of the landscape. Solar energy is therefore be assessed particularly positively by the population.
Als Forscher und Entwickler geben wir uns nicht mit dem Erreichten zufrieden. Ich bin daher schon jetzt sehr gespannt auf die Innovationen des kommenden Jahres und auf den Fortschritt unseres Gemeinschaftsprojektes „Energiewende“. Um mit Kurt Marti zu sprechen:
As researchers and developers we do not content ourselves with what we have achieved. I am therefore very excited about the innovations of the coming year and the progress of our joint “Energy Change” project. In the words of Kurt Marti:
„Wo kämen wir hin, wenn alle sagten, wo kämen wir hin, und keiner ginge, um zu sehen, wohin wir kämen, wenn wir gingen.“ Ich danke allen, die sich mit auf den Weg gemacht haben, um zu sehen, wohin wir kommen, wenn wir gehen: Zu vorderst den ISFH-Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern für die stets engagierte Arbeit; unseren Auftraggebern und Forschungspartnern aus der Industrie für die wirklich sehr gute Zusammenarbeit, den Bundesministerien, hier insbesondere dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), für die steten Projektfinanzierungen sowie zahlreichen weiteren Forschungsförderern für deren finanzielle Unterstützung. Dem Land Niedersachsen danke ich für die institutionelle Förderung, die das Rückgrat unserer Arbeit ist. Unsere Systemtechnikforschung hat seit Anfang des Jahres eine wichtige Stärkung durch Prof. Oliver Kastner erhalten, der den Ruf auf eine W2-Professur in der Fakultät für Maschinenbau and der Leibniz Universität angenommen hat, die mit der Leitung unserer Abteilung Solare Systeme verbunden ist. Der bisherige Abteilungsleiter Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf hat die Abteilungsleitung aus persönlichen Gründen aufgegeben. Ich danke ihm für die langjährige sehr erfolgreiche Arbeit als Abteilungsleiter und freue mich, dass er dem ISFH weiterhin erhalten bleibt. Prof. Robby Peibst, Leiter unserer Arbeitsgruppe „Emergente Solarzellen Technologien“ wurde auf die Juniorprofessur „Siliziumtechnologie für erneuerbare Energie“ an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik der Leibniz Universität Hannover berufen. Beiden neuen Professoren einen herzlichen Glückwunsch! Ich freue mich über diese Festigung der guten Zusammenarbeit mit der Leibniz Universität. In diesem Jahresbericht finden Sie, liebe Leserin und lieber Leser, ausgewählte Forschungsergebnisse. Über Rückfragen und Anregungen freuen wir uns.
“Where would we get to if everybody said, where would we get to, and nobody went to see where we would get to if we went.” I thank all those who have set off to see where we get to when we go: First and foremost the ISFH staff for their invariably committed work; our clients and research partners from the industry for the really very good collaboration, the federal ministries, here in particular the Federal Ministry for the Economy and Energy (BMWi) for the constant financing of projects as well as numerous other research sponsors for their financial support. The State of Lower Saxony I thank for the institutional funding which is the backbone of our work. Our systems technology research has, since the beginning of the year, received an important boost through Prof. Oliver Kastner, who was appointed W2-Professor in the Engineering Faculty at the Leibniz Universität, which is linked with the leadership of our Solar Systems Department. The previous Head of Department, Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf gave up this job for personal reasons. I thank him for his many successful years as Head of Department and am pleased that he is remaining at the ISFH. Prof. Robby Peibst, head of our “Emergent Solar Cells Technologies” working group, was appointed Junior Professor in “Silicon Technology for Renewable Energy” in the Electrical Engineering and Computer Science Faculty of the Leibniz Universität, Hanover. Congratulations to both new professors! I am very pleased at this strengthening of the good collaboration with the Leibniz Universität. In this Annual Report, dear readers, you will find selected research results. We look forward to receiving questions and suggestions. With best wishes for a sunny new research year of 2016
Mit den besten Wünschen für ein sonniges neues Forschungsjahr 2016
Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 31.12.2015 Wissenschaftlicher Leiter und Geschäftsführer/Scientific head and Director
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Institut für Solarenergieforschung Kurzportrait
Brief portrait
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m Institut für Solarenergieforschung GmbH Hameln (ISFH) werden innovative Komponenten und Systeme für die photovoltaische und solarthermische Nutzung der Sonnenenergie entwickelt. Das physikalische Verständnis der einzelnen Komponente, die Entwicklung kostengünstiger Herstellungsprozesse und das Betriebsverhalten des Gesamtsystems stehen im Zentrum des Interesses. Am ISFH hergestellte Komponenten werden in Energiesystemen getestet, denn meist entscheidet erst das Verhalten im System über den Erfolg einer Entwicklung.
nnovative components and systems for the photovoltaic and solar thermal utilization of solar energy are developed at the Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH). The physical understanding of individual components, the development of cost-saving production processes and the operational behavior of the overall system are the focus of its interest. Components manufactured at the ISFH are tested in energy systems as usually their behavior within a system determines the success of the development.
Gemeinsam mit unseren Industriepartnern und unseren Studierenden, die am ISFH ihre Studien- und Abschlussarbeiten anfertigen, fördern wir die Nutzung von Solarenergie durch Forschung und Innovation.
Together with our industrial partners and our students, working on their seminar papers, diplomas or Ph.D.-theses, we encourage solar energy utilization through research and innovation.
Das ISFH als außeruniversitäres Forschungsinstitut des Landes Niedersachsen hat die Rechtsform einer gemeinnützigen GmbH. Es ist ein An-Institut der „Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover“ und unterhält Kooperationen mit anderen Universitäten und Fachhochschulen Niedersachsens sowie anderer Bundesländer. Geschäftsführer des ISFH ist Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Brendel, der gleichzeitig auch Universitätsprofessor an der Fakultät für Mathematik und Physik der Leibniz Universität Hannover ist. Professor Brendel leitet am Institut für Festkörperphysik die Abteilung Solarenergie.
The ISFH is a research institute of the state of Lower Saxony with the legal status of a non-profit-making organization. It is an affiliated institute of the “Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover” and also undertakes joint projects with other universities and technical colleges in Lower Saxony and other German states. The director of the ISFH is Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Brendel, who is also a university professor in the Faculty of Mathematics and Physics at the Leibniz Universität Hannover. Prof. Brendel also heads the Solar Energy Department at the Institute for Solid State Physics.
Das ISFH besteht aus den Abteilungen „Photovoltaik“ und „Solare Systemtechnik“ sowie einem unabhängigen Testzentrum, dem 2015 neugegründeten „ISFH Calibration & Test Center (CalTeC)“.
The ISFH is made up of the “Photovoltaics” and “Solar Systems Technology” departments as well as an independent testing center, the “ISFH Calibration & Test Center (CalTeC)” which was newly founded in 2015.
In der Photovoltaikforschung gehören grundlegende Materialuntersuchungen ebenso zu den Aufgaben, wie die Entwicklung von Prozessen und Anlagen für die Herstellung von Solarzellen. Das Hauptinteresse gilt der Entwicklung neuer Siliziumsolarzellen mit zugehöriger Modultechnologie für Wirkungsgrade oberhalb von 20 %. Übergeordnetes Ziel ist das Senken der Produktionskosten von Solarmodulen.
Photovoltaic research includes the basic study of material properties as well as the development of processes and equipment for manufacturing solar cells. The most important aim of photovoltaic research is the development of silicon solar cells with the accompanying module technology for efficiencies of above 20 %. Above all, the aim is to reduce production costs for solar modules.
Die Abteilung Solare Systeme stellt die integrierte Gesamtenergieversorgung für Strom und Wärme von dezentralen Einheiten wie Gebäude und Siedlungen in den Mittelpunkt. Zielsetzung ist eine kostengünstige und CO2-arme Energieversorgung in qualitativ hochwertigen Systemen. Dazu werden am ISFH u. a. thermische Sonnenkollektoren, neuartige Beschichtungsverfahren, Speicherkonzepte sowie für Energiesysteme neue Anwendungen und Kombinationen entwickelt, bewertet und optimiert.
The main focus of the Solar Systems department is the integrated total energy supply for heat and electricity in local units like buildings and urban settlements. The objective is a cost-efficient and low-CO2 energy supply in high-quality systems. For this purpose, ISFH develops, evaluates and optimizes amongst other things new solar thermal collectors, functional coatings and heat storage concepts as well as new applications and combinations of energy systems.
Das Institut ist Mitglied im „ForschungsVerbund Erneuerbare Energien“ (FVEE), einem Zusammenschluss außeruniversitärer deutscher Forschungsinstitute, der auf nationaler Ebene seine Forschungstätigkeiten im Bereich der regenerativen Energien koordiniert.
The Institute is a member of the “Renewable Energy Research Association” (FVEE), an association of German non-university research institutes coordinating regenerative energy research activities at a national level.
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Teil der Südfassade des Hauptgebäudes. Part of the south façade of the main building.
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Organisation
Organization
Abteilung Photovoltaik
Photovoltaics department Leitung: Dr. Karsten Bothe Dr. Thorsten Dullweber Prof. Dr. Jan Schmidt
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Heads: Dr. Karsten Bothe Dr. Thorsten Dullweber Prof. Dr. Jan Schmidt
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irkungsgrade von Solarzellen, die im Labor erreicht werden, sind gegenwärtig schon sehr beachtlich. Nach wie vor mangelt es an Technologien, mit denen höchsteffiziente Solarzellen industriell, d. h. kostengünstig und rasch hergestellt werden können. Die sechs Arbeitsgruppen der Abteilung Photovoltaik beschäftigen sich mit unterschiedlichen Aspekten der industriellen Umsetzung unserer Laborentwicklungen und in zunehmenden Maße mit Fragen nach künftigen Optionen für die Photovoltaik.
olar cell efficiencies achieved in the laboratory are already remarkably high. There is still, however, a lack of industriallyapplicable technology to enable mass production of high-efficiency solar cells, i. e. which can be rapidly produced at a reasonable price. The six research groups in the Photovoltaics Department are occupied with different aspects of the industrial application of our laboratory developments and increasingly with issues of future options for photovoltaics.
Photovoltaische Materialien Leitung: Prof. Dr. Jan Schmidt Ziel dieser Gruppe ist es, ein umfassendes Verständnis der Auswirkung von Defekten und Defektreaktionen in unterschiedlichen Siliziummaterialien auf Solarzelleneigenschaften zu entwickeln. Mit Hilfe eines gezielten „Defect Engineering“ wird die Materialqualität der heute in der Photovoltaik eingesetzten mono- und multikristallinen Siliziumwafer verbessert. Weitere Schwerpunkte sind neue Ansätze zur Oberflächenpassivierung sowie neuartige Heteroübergänge für hocheffiziente Silizium-Solarzellen.
Photovoltaic materials Head: Prof. Dr. Jan Schmidt The aim of this group is to gain a comprehensive understanding of the impact of defects and defect reactions in different silicon materials on solar cell characteristics. Defect engineering techniques are being developed to improve the material quality of today’s photovoltaic mono- and multicrystalline silicon wafers significantly. Other foci are on the evaluation of new surface passivation techniques as well as on novel heterojunctions for the application to high-efficiency silicon solar cells.
Solarzellen Charakterisierung & Simulation Leitung: Dr. Karsten Bothe Die Aufgabe der Arbeitsgruppe Solarzellencharakterisierung und Simulation ist es, neue Messverfahren zu entwickeln und Messsysteme aufzubauen, die notwendig sind, um in Kombination mit Bauelementesimulationen ein umfassendes Verständnis der am ISFH entwickelten Siliziumsolarzellen zu erlangen. Um auf aktuelle Veränderungen im Zelldesign zu reagieren, werden die bestehenden physikalischen Modelle für die numerische Simulation von Solarzellen und Modulen kontinuierlich angepasst und optimiert. Auf Basis elektrischer und optischer Bauteilesimulationen werden außerdem Verbesserungspotentiale aufgezeigt und Strategien für weitere Wirkungsgradsteigerungen festgelegt. Die Gruppe bietet der Photovoltaikindustrie ihre Analyseverfahren sowie ihr Simulations Knowhow als Serviceleistung an.
Solar cell characterization & simulation Head: Dr. Karsten Bothe The objective of the solar cell characterization and simulation group is the development of new measurement and evaluation techniques which are required to gain, supported by device simulations, a comprehensive knowledge about the solar cells developed at ISFH. In order to support the most recent solar cell designs, we continuously adapt and optimize our physical models used for the device simulation of solar cells and modules. Based on electrical and optical simulations we demonstrate potential optimization rules and define strategies for further energy conversion efficiency improvements. The team offers its facilities, experience and simulation know-how as a service to the photovoltaic industry.
Industrielle Solarzellen Leitung: Dr. Thorsten Dullweber Die Arbeitsgruppe „Industrielle Solarzellen“ entwickelt Verbesserungen von Siliziumsolarzellen mit einem industrietypischen Herstellungsprozess hinsichtlich Wirkungsgradsteigerung und Kostenreduktion. Im Fokus der Aktivitäten stehen dabei industrielle, rückseitenpassivierte PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) Solarzellen sowie LID-freie Zell-Varianten wie z. B. n-PERT BJ Solarzellen. Zudem ist die Optimierung der Siebdruckkontakte hinsichtlich Feinliniendruck und Reduzierung des Silberverbrauchs ein weiterer Schwerpunkt für die Kooperation mit Firmen aus der Photovoltaik Industrie.
Industrial solar cells Head: Dr. Thorsten Dullweber The “industrial solar cells” research group develops improvements of industry-typical silicon solar cells with respect to increased conversion efficiencies and reduced production costs. In particular, rear-passivated industrial PERC (Passivated Emitter and Rear Cells) solar cells as well as LID-free n-PERT BJ cells are a major focus of current research projects in collaboration with industry partners. In addition, advanced metallization techniques such as fine-line screen and stencil printing are being explored to reduce the consumption of expensive silver pastes.
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Probenvorbereitung am DSR (Differential Spectral Response)-Messplatz. Sample preparation at the DSR (Differential Spectral Response) set-up.
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Institut für Solarenergieforschung
Emergente Solarzellentechnologien Leitung: Prof. Dr. Robby Peibst Diese Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Verfahren zur Herstellung kostengünstiger hocheffizienter Silizium-Solarzellen. Einen Schwerpunkt stellen „ladungsträgerselektive Kontakte“ auf Basis von polykristallinem Silizium dar, die eine deutliche Erhöhung der Leerlaufspannung, des Füllfaktors und damit des Wirkungsgrades ermöglichen. Anwendungspotenzial besteht dabei sowohl für beidseitig kontaktierte Zellen, als auch für rückseitenkontaktierte Zellen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Evaluation von Ionenimplantation zur Erzeugung lokaler Dotierungen für „konventionelle“ und für „ladungsträgerselektive“ Kontakte.
Emerging solar cell technologies
Zukunftstechnologien Photovoltaik Leitung: Dr. Sarah Kajari-Schröder Diese Arbeitsgruppe entwickelt Methoden und Technologien, die neue Optionen für die Photovoltaik erschließen sollen. Ein Schwerpunkt ist dabei die sägefreie Herstellung von monokristallinen Siliziumwafern. Dabei werden Technologien eingesetzt, mit denen äußerst material- und energiesparend monokristalline Siliziumschichten mit Standarddicken sowie mit Dicken weit unter 50 μm hergestellt werden können.
Future photovoltaic technologies Head: Dr. Sarah Kajari-Schröder This group develops methods and technologies enabling new options for photovoltaics. One focus of the group is kerfless manufacturing of monocrystalline silicon wafers. For this we apply technologies that enable the material- and energy-efficient production of monocrystalline silicon wafers with standard thicknesses as well as thicknesses well below 50 μm.
Module Leitung: Dr. Marc Köntges Die Arbeitsgruppe „Module“ entwickelt neue Verbindungstechniken für Photovoltaikmodule und optimiert das Lichtmanagement im Modul, um Moduleffizienzen zu steigern. Dazu gehört z. B. die Verwendung vieler dünner Stromableiter im Modul, um sowohl Widerstandsverluste zu minimieren als auch die Lichteinkopplung in Solarzellen zu optimieren. Die Gruppe entwickelt Methoden für das Auffinden von Schäden in Solarmodulen. Schwerpunkt sind dabei bildgebende Verfahren, wie z. B. die kamerabasierte Erfassung der UV-Fluoreszenz von Molekülen im Modullaminat. Daneben werden Auftragsarbeiten zur Fehleranalyse von Modulen mit beschleunigten Alterungstests und Standardprüfungen gemäß der Norm IEC 61215-2 durchgeführt.
Head: Prof. Dr. Robby Peibst This group concentrates on the development of enabling techniques for production of high-efficient Si solar cells. One focus are “carrier-selective junctions” based on polycrystalline silicon, which enables a significant increase of the open circuit voltage, of the fill factor, and therefore of the energy conversion efficiency. These junctions have application potential for double-side contacted as well as for rear-side contacted cells. A further major research topic of the group is the evaluation of ion implantation for the formation of locally doped regions for “conventional” as well as for “carrier-selective” junctions.
Modules Head: Dr. Marc Köntges The “Modules” research group is engaged in the development of new connection techniques for photovoltaic modules and optimizes the light management in the module to increase the module efficiency. These include, for example, the use of many thin current conductors in the module to minimize resistance losses and to optimize light coupling into solar cells. The group develops methods to find damages in solar modules. Here, an emphasis is put on imaging techniques such as camera based detection of uv fluorescence of molecules of the module laminate. Moreover commissions are carried out for failure analysis of modules with accelerated aging tests and standard tests according to IEC 61215-2.
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Probenvorbereitung für die Untersuchung im Röntgendiffraktometer (XRD). Sample preparation for the examination in the X-ray diffractometer (XRD).
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Probe eines selektiven Absorbers für winkelabhängige spektrale Reflexionsmessungen. Sample of a selective absorber for angle-dependent spectral reflection measurements.
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Abteilung Solare Systeme
Solar systems department
Leitung: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf
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ie Forschungsaktivitäten der Abteilung Solare Systeme umfassen die Integration der solar erzeugten Energie in kostengünstige und zuverlässige Anlagen zur Versorgung von Gebäuden und Prozessen. Dazu werden grundlegende Arbeiten zu neuen Konzepten sowohl für Komponenten mit verbesserten Eigenschaften als auch für neue Systemkombinationen entwickelt. Diese Konzepte werden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft erprobt und umgesetzt. Die Sicherstellung der erwarteten Qualität unter Berücksichtigung der Schnittstellen zum Gebäude und der „konventionellen“ Systemkomponenten in Simulation, im Labor und im Feld ist eine wesentliche Aufgabe. Des Weiteren werden entwicklungsunterstützende und zertifizierende Auftragsprüfungen durch das „Calibration & Test Center“ (CalTeC) angeboten. Solarthermische Materialien Leitung: Dr. Rolf Reineke-Koch Die Arbeitsgruppe „Materialien Solarthermie“ evaluiert neue Konzepte für Wärmeschutzverglasungen und selektive Beschichtungen von Absorbern in Kollektoren. Die Entwicklung von Beschichtungen in eigenen Anlagen, die Unterstützung des Transfers in die Industrie, die Prüfung der Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit sowie die materialwissenschaftliche und optische Charakterisierung einschließlich spektraler Ellipsometrie sind Arbeitsschwerpunkte. In aktuellen Projekten stehen temperatur-induziert schaltende Absoberschichten im Fokus. Kollektoren Leitung: Dr.-Ing. Federico Giovannetti Im Zentrum der Forschung stehen der Sonnenkollektor und der Solarkreislauf. Gebäudeintegration, Kosten- und Materialeinsparung, Betriebssicherheit sowie Kollektoren für neue Einsatzbereiche sind die wesentlichen Aufgaben. Aktuelle Themen sind Kollektoren, bei denen sich im Stagnationsfall kein Dampf bildet, photovoltaisch-thermische Kollektoren, hocheffiziente Flachkollektoren und neue Lösungen für die Fassade. Systemkomponenten Leitung: Dipl.-Ing. Carsten Lampe Im Fokus dieser Arbeitsgruppe stehen die experimentelle Bewertung und Modellierung nichtsolarer Systemkomponenten wie z. B. Frischwasserstationen, Wärmepumpen und Brennwertkessel und Subsysteme wie z. B. Energiezentralen von Mehrfamilienhäusern. Besonders hervorzuheben sind die Entwicklung und Optimierung von Warmwasserspeichern und die Vermeidung von Einrohrzirkulation an den Speicheranschlüssen.
Head: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf
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he research activities of the solar systems department incorporate the integration of solar energy in cost efficient and reliable supply systems for buildings and processes. In detail, basic research is carried out with regard to both new components with improved characteristics and new system combinations. These concepts are proved and implemented in cooperation with our project partners. Assuring of the expected quality concerning the interfaces to the building and to the “conventional” system components with simulation methods, laboratory experiments and field investigations is essential. Furthermore, the accredited “Calibration & Test Center” (CalTeC) offers development support and certification tests to our industrial partners. Solar thermal materials Head: Dr. Rolf Reineke-Koch The “Solar thermal materials” group is evaluating new concepts for thermally insulating glazings and for selective coatings on absorbers for use in thermal collectors. The main focus is on the development of coatings, supporting their transfer to industry, the testing of their ageing and corrosion behavior, as well as their material scientific and optical characterization including spectral ellipsometry. Absorber layers with temperature depending properties are currently one main topic. Collectors Head: Dr.-Ing. Federico Giovannetti The research activities of this group focus on solar collectors and collector loops. Building integration, cost and material saving, operational reliability as well as solar collectors for new applications are the fundamental tasks. Current topics are solar collectors, which do not produce vapour in case of stagnation, photovoltaic thermal collectors, highly efficient flat plate collectors and new solutions for façades. System components Head: Dipl.-Ing. Carsten Lampe The focus of this group is directed to the experimental evaluation and modeling of non-solar system components like hot water modules, heat pumps and condensing boilers and subsystems like central heat generation and distribution facilities in multifamily buildings. One main topic is the development of new storage tanks with special emphasis on the energetic quality of tank installations (e. g. avoiding tube internal recirculation).
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Institut für Solarenergieforschung
Elektrische Energiesysteme Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Kesting Ziel der Arbeitsgruppe ist die wirtschaftliche und technische Optimierung von Versorgungssystemen für elektrische Energie für Wohngebäude, Siedlungen, Handel, Dienstleistung und Gewerbe. Dabei wird die Wärmeversorgung aus Elektroenergie einbezogen, so dass die Interaktionen zwischen elektrischen und thermischen Komponenten bzw. Bedarfen eine wichtige Rolle spielen. Themen sind Systemsimulationen und Dimensionierungsregeln, das Übertragungsverhalten von Komponenten oder Subsystemen sowie Anlagenanalysen im Labor und Feld mittels eigener Messsysteme. Adaptierende und vorausschauende Regelstrategien unter Einbeziehung der Schnittstelle mit dem Stromversorgungsnetz können, mit optimiertem Einsatz der Wärme- und Stromspeicher, einen weitgehend netzdienlichen Betrieb sicher stellen. Thermische Energiesysteme Kommissarische Leitung: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf Die Entwicklung und Bewertung von effizienten thermischen Systemen zur Gebäude- und Prozessversorgung stehen im Mittelpunkt dieser Gruppe. Das umfasst neue Systemschaltungen wie z. B. die Einbindung von Gebäudemasse als Wärmespeicher, die Anwendung neuer Komponenten wie photovoltaisch-thermische Kollektoren und die Kopplung mit konventionellen Wärmeerzeugern und den Versorgungskreisen. Die Kombination von Sonnenenergie mit Wärmepumpen ist ein zentraler F&E-Schwerpunkt. Übergeordnet ist das Ziel, durch systemtechnische Maßnahmen End- und Primärenergie einzusparen. Systemsimulation und messtechnische Analyse im Labor und im Feld einschließlich automatisierter Kontrollverfahren sind wesentliche Methoden.
Electrical energy systems Head: Prof. Dr.-Ing. Martin Kesting The objective of the electric energy systems group is the economic and technical optimization of decentralized supply systems for electricity used in residential buildings and areas, commerce and industry. The heat supply generated by electricity is of special importance; therefore the interaction between electric and thermal components and demands is of concern. The main topics are system simulation, design rules, transient response properties of components or subsystems, system analyses in laboratory experiments or field investigations. Self-adapting and predictive control strategies may, with respect to the local electric network, lead to a grid supporting operation of the building, if electric and thermal storages are used in an optimum way. Thermal energy systems Provisional Head: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf The development and the evaluation of efficient heat systems for buildings and process supplies are in the focus of this group. That incorporates new system set-ups like e. g. the activation of building inertia as thermal storage, the application of new components like photovoltaic thermal collectors and the coupling of solar loops with conventional heat generators and supply circuits. Particularly, the combination of solar energy with heat pumps is currently a key aspect of the R&D work. The superior aim is to save primary and end energy using system optimization techniques. System simulation and experimental analyses in laboratory and field investigations including automatic yield control procedures are important tools.
Calibration & Test Center (CalTeC)
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er Bereich der nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten extern angebotenen Dienstleistungen wird seit 2015 im CalTeC zusammengefasst. Er gliedert sich in drei Fachbereiche:
CalTeC – Thermal applications Der Bereich „Thermal applications“ des CalTeC bietet als eine der großen europäischen Prüfstellen einen Fundus an Erfahrungen in allen Bereichen des thermischen Solarkollektors und der Solaranlage. Neben normgerechten Prüfungen nach den europäischen Standards EN 12975, EN 12976 und EN 12977, sowie dem internationalen Standard ISO 9806 und der Mitarbeit in Normungsgremien werden entwicklungsbegleitende Untersuchungen durchgeführt sowie Prüfverfahren weiterentwickelt.
Leitung/Head: Dipl.-Ing. Carsten Lampe
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ince 2015 the externally offered services, which are accredited according to DIN EN ISO/IEC 17025 run as CalTeC. CalTeC is divided into three competence areas:
Leitung/Head: Dipl.-Ing. Carsten Lampe The “Thermal applications” unit of the CalTeC as one of the major testing facilities in Europe offers a wide range of different tests and much expertise with thermal solar collectors and solar thermal systems. In addition to doing tests in accordance with the European standards of EN 12975, EN 12976 and EN 12977 as well as the International standard of ISO 9806 and collaboration with standardization organizations we provide our knowledge for accompanying product development. Furthermore, test procedures are developed and improved.
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Institut für Solarenergieforschung
CalTeC – Solar cells & sensors Der Bereich „Solar cells & sensors“ bietet sowohl die Bestimmung der charakteristischen elektrischen Kenngrößen von kristallinen Siliziumsolarzellen, als auch die Prüfung von Spektrometern bezüglich der korrekten Bestimmung der spektralen Bestrahlungssträrke an. Die Bestimmung der elektrischen Kenngrößen erfolgt unter Standardtestbedingungen und ist konform mit den IEC 60904 Normen. Die Prüfung von Spektrometern erfolgt unter Einhaltung der Empfehlung der Commission internationale de L’éclairage (CIE) in einer von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) gemäß ISO 17025 zertifizierten Prozedur.
CalTeC – Optics Im Bereich „Optics“ des CalTeC werden die Prüfungen der optischen Eigenschaften zusammengefasst. Der Bereich ist akkreditiert für die Prüfung der Alterungsbeständigkeit von Absorberschichten gemäß dem internationalen Standard ISO 22975-3 und Ansprechpartner für die nationale Spiegelung dieses Standards beim Deutschen Institut für Normung (DIN). Es werden Reflexions- und Transmissions-Messungen im Spektralbereich von 220 nm bis 50.000 nm angeboten.
Leitung/Head: Dr. Karsten Bothe The unit “Solar cells & sensors” offers the determination of the characteristic electrical parameters of crystalline silicon solar cells as well as the testing of the correct measurement of the spectral irradiance of spectroradiometers. The determination of the electric parameters is performed under standard testing conditions and in accordance to the IEC 60904 standards. The testing of the spectroradiometers is carried out in accordance to the recommendations of the Commission internationale de L’éclairage (CIE) in an ISO 17025 certified procedure.
Leitung/Head: Dr. Rolf Reineke-Koch CalTeC summarizes all tests of optical qualities in its “Optics”division. It is certified for testing the resistance to aging of the absorber layers in accordance with the international standard ISO 22975-3. Division “Optics” is a national counterpart for mirroring this standard into the corresponding committee of the German Institute for Standardization (DIN). The division offers reflectance and transmittance measurements in the spectral range from 220 nm through to 50,000 nm.
Abbildung/Figure 13: Gruppenbild mit den Preisträgern bei der enercity-Preisverleihung im Schloss Herrenhausen: (v.l.n.r.) Prof. Dr. Friedbert Pflüger (Direktor EUCERS und Vorsitzender der Jury), Dr. Thorsten Dullweber (Preisträger, Projektleiter am ISFH), Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (Preisträger, Leiter des ISFH), Prof. Dr.-Ing. Erich Barke (Präsident a.D. der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover), Michael Feist (Vorstandsvorsitzender der Stadtwerke Hannover AG). Group picture with the award winners at the enercity award presentation ceremony in the Palace of Herrenhausen: (f.l.t.r.) Prof. Dr. Friedbert Pflüger (Director EUCERS and head of the jury), Dr. Thorsten Dullweber (award winner, project leader at ISFH), Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (award winner, Director of the ISFH), Prof. Dr.-Ing. Erich Barke (former President of Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover), Michael Feist (Chief executive officer of the municipal works of Hanover).
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Institut für Solarenergieforschung
Aufsichtsrat Supervisory Board Wissenschaftlicher Beirat Scientific Advisory Board
ORR Dr. S. Huster
Prof. Dr.-Ing. P. Wriggers
Geschäftsführung & Wissenschaftliche Leitung Executive office & Scientific Management Prof. Dr.-Ing. R. Brendel
Zentrale Dienste Central services Solare Systeme Solar systems
(SY)
Dipl.-Ing. G. Rockendorf
Photovoltaik Photovoltaics
Dipl.-Oec. W. Gaßdorf
(PV)
Dr. K. Bothe, Dr. T. Dullweber, Prof. Dr. J. Schmidt
Solarthermische Materialien Solar thermal materials
Photovoltaische Materialien Photovoltaic materials
Dr. R. Reineke-Koch
Prof. Dr. J. Schmidt
Kollektoren Collectors
Solarzellen Charakterisierung & Simulation Solar cell characterization & simulation
Dr. F. Giovannetti
Dr. K. Bothe
Systemkomponenten Systems components
Industrielle Solarzellen Industrial solar cells
Dipl.-Ing. C. Lampe
Dr. T. Dullweber
Elektrische Energiesysteme Electrical energy systems
Emergente Solarzellentechnologien Emerging solar cell technologies
Prof. Dr.-Ing. M. Kesting
Prof. Dr. R. Peibst
Thermische Energiesysteme Thermal energy systems
Zukunftstechnologien Photovoltaik Future photovoltaic technologies
Dipl.-Ing. G. Rockendorf (komm./prov.)
Dr. S. Kajari-Schröder
Weiterbildung/NILS Education/NILS Dr. R. Goslich
ISFH Calibration & (CalTeC) Test Center Dipl.-Ing. C. Lampe
Thermal applications Dipl.-Ing. C. Lampe
Solar cells & sensors Dr. K. Bothe
Optics Dr. R. Reineke-Koch
Module Modules Dr. M. Köntges
Das Organigramm des ISFH, Stand 12/2015.
The organization of the ISFH, effective 12/2015.
Zentrale Dienste
Central services
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ie zentralen Dienste stützen die gesamte Infrastruktur des Institutes. Sie bestehen aus einem technischen Bereich mit Mechanikwerkstatt, EDV Support und einem administrativen Bereich, dem die Sekretariate, das Rechnungswesen und die Öffentlichkeitsarbeit zugeordnet sind. Die zentralen Dienste werden von Dipl.-Oec. Wolfgang Gaßdorf geleitet, der gleichzeitig stellvertretender Institutsleiter ist.
he “Central services“ department sustains the whole infrastructure of the Institute. It comprises a technical section with a mechanical workshop, data-processing support and an administrative section consisting of secretarial services, accounts, and public relations work. Central services is headed by Dipl.-Oec. Wolfgang Gaßdorf, who is also Deputy Director of the ISFH.
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Institut für Solarenergieforschung
Weiterbildung/NILS
Education/NILS
Leitung: Dr. Roland Goslich Eines der ersten Schülerlabore an einem wissenschaftlichen Forschungsinstitut ist die bereits 1998 am ISFH gegründete „Niedersächsische Lernwerkstatt für solare Energiesysteme“ (NILS). Es ist eine bundesweit vorbildhafte Bildungsinitiative, die vom Kultusministerium des Landes Niedersachsen durch einen Kooperationsvertrag unterstützt wird. Ziel der Einrichtung ist die Heranführung von Kindern und Jugendlichen an den Themenbereich Energieerzeugung und Energienutzung insbesondere im Hinblick auf Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und Klimaschutz.
Head: Dr. Roland Goslich One of the first school laboratories at a scientific institute was the “Lower Saxon Learning Workshop for Solar Energy Systems” (NILS) founded at ISFH as early as 1998. It is an educational initiative exemplary for the whole country which is supported by the Ministry of Education of the State of Lower Saxony through a cooperation agreement. The aim of the workshop is to introduce children and young people to the topic of energy production and energy use in particular in respect of its availability, sustainability, economic viability and climate protection.
Aufsichtsrat
Supervisory Board
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er Aufsichtsrat bestellt, überwacht und berät die Geschäftsführung. Er besteht gemäß dem Gesellschaftervertrag aus bis zu neun Mitgliedern. Ein Teil der Mitglieder wird vom Land Niedersachsen direkt entsandt, die übrigen werden von der Gesellschafterversammlung gewählt. Der Aufsichtsrat lädt zu seinen halbjährlichen Sitzungen regelmäßig Gäste ein, die beratende Funktion ausüben. Der Aufsichtsrat tagte am 29. Juni 2015 und am 30. November 2015. Die Mitglieder dieses Gremiums sind:
he Supervisory Board appoints, controls and advises the Managing Director. According to the Institute’s statutes it consists of up to nine members. Some of the members are directly appointed by the State of Lower Saxony, the rest being elected by a shareholders’ general meeting. The Supervisory Board also regularly invites guests to its biannual meetings who perform an advisory function. The Board’s general meeting was held on 29 June 2015 and on 30 November 2015. The members of the Board were:
Der Aufsichtsrat der Institut für Solarenergieforschung GmbH in Hameln (von links): Prof. Dr. Jürgen Parisi, Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (Institutsleiter), Dr. Ulrich Stiebel, BD Dr. Anke Grieße, ORR Dr. Sebastian Huster, Landrat Tjark Bartels, Dr. Winfried Hoffmann, Prof. Dr. Rolf Haug. The Supervisory Board of the Institute for Solar Energy Research GmbH in Hamelin (from left): Prof. Dr. Jürgen Parisi, Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (Director), Dr. Ulrich Stiebel, BD Dr. Anke Grieße, ORR Dr. Sebastian Huster, County Commissioner Tjark Bartels, Dr. Winfried Hoffmann, Prof. Dr. Rolf Haug.
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Institut für Solarenergieforschung
Mitglieder/Members Oberregierungsrat Dr. Sebastian Huster
Vorsitzender des Aufsichtsrates/ Head of the Supervisory Board Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur Hannover
Stand/Effective: 31.12.2015 Prof. Dr. Rolf Haug
Institut für Festkörperphysik Leibniz Universität Hannover Dr. Winfried Hoffmann
ASE Applied Solar Expertise, Hanau
Oberregierungsrätin Dr. Nina Eidam
Stellvertretende Vorsitzende des Aufsichtsrates/ Deputy Head of the Supervisory Board Niedersächsisches Finanzministerium Hannover Landrat Tjark Bartels
Prof. Dr. Jürgen Parisi
Fachbereich Physik Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Dr. Ulrich Stiebel
Landkreis Hameln-Pyrmont
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG Holzminden
BD Dr. Anke Grieße
Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie & Klimaschutz Hannover
Wissenschaftlicher Beirat
Scientific Advisory Board
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er wissenschaftliche Beirat berät den Aufsichtsrat und die Geschäftsführung des ISFH in allen wissenschaftlichen, technischen und organisatorischen Fragen. Die Beiratsmitglieder werden durch den Aufsichtsrat gewählt.
he Scientific Board advises the Director and the Supervisory Board of the ISFH on all scientific, technical and organizational issues. Board members are elected by the Supervisory Board.
Die Mitglieder des Beirates sind anerkannte Wissenschaftler aus Forschung und Industrie sowie Persönlichkeiten, die aus ihrer Berufserfahrung besondere Kenntnisse in den Arbeitsfeldern des ISFH haben.
The Board members are respected scientists from universities and industry as well as other personalities who, through their professionals experience, are familiar with the research topics of the ISFH.
Der Beirat hielt seine jährliche Sitzung am 20. November 2015 im ISFH ab. Die Mitglieder des wissenschaftlichen Beirates sind:
This year’s general meeting of the Board was held at ISFH on 20 November 2015. The members of the Scientific Advisory Board were:
Mitglieder/Members Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. mult. Dr.-Ing. E.h. Peter Wriggers
Vorsitzender des Beirates/ Head of the Scientific Advisory Board Vizepräsident für Forschung Leibniz Universität Hannover Prof. Dr. Günter Bräuer
Stellvertretender Vorsitzender des Beirats/ Deputy Head of the Scientific Advisory Board Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik Braunschweig
Stand/Effective: 31.12.2015 Prof. Dr. Hans-Jörg Osten
Stellvertretender Vorsitzender des Beirats/ Deputy Head of the Scientific Advisory Board Institut für Mikroelektronik Leibniz Universität Hannover Prof. Dr. Silke Christiansen
Institut Nanoarchitekturen für die Energieumwandlung Helmholtz-Zentrum Berlin Dipl.-Ing. Martin Denz
Lehrte
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Institut für Solarenergieforschung
Dr. Elimar Frank
Hochschule für Technik Institut für Energietechnik Rapperswil, Schweiz
Dr. Erik Sauar
Differ Group Oslo, Norwegen Dipl.-Ing. Rudolf Sonnemann
Dr. Bernd Hafner
Viessmann Werke GmbH & Co. KG Allendorf
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG Holzminden Prof. Dr. Frithjof Staiß
Dipl.-Ing. Helmut Jäger
SOLVIS GmbH & Co. KG Braunschweig Prof. Dr. Stefan Kabelac
Institut für Thermodynamik Leibniz Universität Hannover Dr. Holger Neuhaus
SolarWorld Innovations GmbH Freiberg
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) Stuttgart Dr. Marc Vermeersch
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Thuwal, Saudi Arabien Dr. Peter Wohlfart
SINGULUS Technologies AG Kahl am Main
Erkundungstour im Modullabor: Der Wissenschaftliche Beirat besucht das Modullabor im Hauptgebäude und informiert sich bei Dr. Henning Schulte-Huxel (links) über dessen Module aus halbierten Solarzellen. Reconnaissance tour of the module laboratory: the Scientific Advisory Board visiting the module laboratory in the main building and obtaining information from Dr. Henning Schulte-Huxel about its modules with halved solar cells.
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Institut für Solarenergieforschung
Gesellschaft zur Förderung des Instituts für Solarenergieforschung e.V. (Förderverein)
Society for the Promotion of the Institut für Solarenergieforschung (Friends of the ISFH)
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Die Herausforderungen an die Forschung definieren die Aufgaben für den Verein:
The challenges to research define the tasks for the Friends:
nliegen des Fördervereins[1] ist die Unterstützung des Instituts für Solarenergieforschung (ISFH) in Hameln. Das umfasst sowohl finanzielle Förderung, als auch die Kontaktpflege zwischen ISFH und Wirtschaft.
he aim of the “Friends”[1] is the support of the Institute for Solar Energy Research (ISFH) in Hamelin. This includes both financial support and assistance with the maintenance of contacts between the ISFH and industry.
To communicate the particular points of view of market Vermitteln der eigenen Sichtweisen von Teilmärkten an das
ISFH zur Gewährleistung einer ganzheitlichen Marktwahrnehmung, z. B. im Blick auf beobachtete Engpassfaktoren
sectors to ISFH to ensure awareness of the whole market e. g. in respect of perceived bottleneck factors Communication of the research achievements of ISFH
Vermittlung der Forschungsleistung des ISFH in die eigenen
politischen und wirtschaftlichen Netzwerke der Vereinsmitglieder
through Society members’ own political and economic networks Use of its own facilities (resources and networks) to integrate
Nutzung der eigenen Möglichkeiten (Ressourcen und Netz-
the Institute more closely into the region
werke), um das Institut in die Region stärker einzubinden
Abbildung/Figure 17: Referenzsolarzelle zur Einstellung der korrekten Lichtintensität eines Sonnensimulators für Messungen unter Standardtestbedingungen. Reference solar cell for tuning the light intensity of a solar simulator for measurements under standard test conditions.
[1] Kontakt/Contact: Gesellschaft zur Förderung des Instituts für Solarenergieforschung e.V., Dipl.-Ing. Horst Zacharias, 1. Vorsitzender/Chairman, Zacharias Gebäudetechnik GmbH, Wehler Weg 14, 31785 Hameln, Telefon 05151/9451-0, Email:
[email protected]
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Institut für Solarenergieforschung
Im Jahr 2015 hat der Verein das ISFH durch folgende konkrete Maßnahmen unterstützt:
In the year 2015 the Friends supported the Institute through the following concrete measures:
Finanzierung eines Spin Coaters zur Beschichtung von Solar-
Financing of a spin-coating device to cover solar cells with
zellen mit einem halbleitenden Kunststoff (rund 8.700 €) Finanzierung eines 3D-Druckers für die mechanische Werk-
statt (rund 5.600 €), s. Abbildung 18
a semiconductant synthetic material (about € 8,700) Financing of a 3D-printer for the mechanical workshop (about
€ 5,600), s. Figure 18
Finanzierung einer Referenzzelle für den Aufbau eines Kali-
The financing of a reference cell for the establishment of a
brierlabors (rund 2.300 €); in Deutschland gibt es nur ein weiteres derartiges Labor
calibration laboratory (about € 2,300); in Germany there is only one other such laboratory
Finanzierung der Teilnahme einer Doktorandin an einem
Financing of the participation of a PhD-student in a scientific
wissenschaftlichen Workshop im Rahmen der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses (rund 900 €)
workshop in the framework of funding junior scientific staff
Im Anschluss an die Mitgliederversammlung lud der Förderverein zu einem öffentlichen Vortrag ein: Prof. Hans-Martin Henning, stellvertretender Direktor des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, referierte zum Thema „Die Transformation des deutschen Energiesystems – eine ganzheitliche Analyse unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren“.
Following the members’ meeting, the Friends of the ISFH arranged a public lecture: Prof. Hans-Martin Henning, Deputy Director of the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) in Freiburg, spoke on the subject of “The Transformation of the German Energy System – an integral analysis involving all areas of consumption”.
Abbildung/Figure 18: Seit 2015 verfügt die Metallwerkstatt über einen vom Förderverein finanzierten, modernen 3D-Drucker. Since 2015, the metal workshop utilizes a modern 3D-printer, which was financed by the Friends of the ISFH.
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Institut für Solarenergieforschung
Abbildung/Figure 19: Dipl.-Ing. Horst Zacharias (rechts), 1. Vorsitzender des Fördervereins zusammen mit dem Gastredner, Prof. Dr. Hans-Martin Henning (links) im Foyer des ISFH. Dipl.-Ing. Horst Zacharias (right), Chairman of the “Friends of the ISFH” together with the guest speaker, Prof. Dr. Hans-Martin Henning (left), in the foyer of the ISFH.
Die jährliche Mitgliederversammlung des Vereins fand am 8. Oktober 2015 statt. Die Vereinsmitglieder sind:
The members’ meeting of the Friends took place on 8 October 2015. The list of members:
Mitglieder/Members
AME-TECHNIK Arendt, Mildner & Evers GmbH, Hameln Nasarek Architekten-Team GmbH · BDA, Hameln BHW Bausparkasse AG, Hameln C.W. Niemeyer GmbH & Co. KG, Hameln Dr. Paul Lohmann GmbH KG, Emmerthal elektroma GmbH, Hameln Gemeinde Emmerthal, Emmerthal GWS Stadtwerke Hameln GmbH, Hameln Hochschule Weserbergland (HSW), Hameln Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer GmbH, Hameln Innung SHK Hameln (Sanitär/Heizung), Hameln Klimaschutzagentur Weserbergland, Hameln Kreishandwerkerschaft Hameln-Pyrmont, Hameln KSG Kreissiedlungsgesellschaft mbH des Landkreises HamelnPyrmont, Hameln
Die Kontaktdaten der Mitglieder finden Sie auf der Homepage des ISFH.
Stand/Effective: 31.12.2015
NWDH Holding AG, Hameln PAW GmbH & Co. KG, Hameln proKlima – Der enercity-Fonds, Hannover pv-tools GmbH, Hameln riha WeserGold Getränkeindustrie GmbH & Co. KG, Rinteln Sparkasse Weserbergland, Hameln Stadt Hameln, Hameln Stadtwerke Bad Pyrmont GmbH, Bad Pyrmont Stadtwerke Rinteln GmbH, Rinteln Steinmann BAU GmbH, Emmerthal Specht + Partner, Hameln Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, Holzminden Westfalen Weser Netz GmbH, Paderborn Zacharias Gebäudetechnik GmbH, Hameln
Contact data of the members may be found on the home page of the ISFH.
Horst Zacharias
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Institut für Solarenergieforschung
Das Institut in Zahlen
Statistics of the Institute
Haushalt & Personal
Budget & personnel
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as Institut für Solarenergieforschung Hameln/Emmerthal (ISFH) ist eine gemeinnützige Gesellschaft, deren einziger Gesellschafter das Land Niedersachsen ist. Die institutionelle Förderung erfolgt aus dem Haushalt des Ministeriums für Wissenschaft und Kultur und deckt im Berichtsjahr 24 % des Gesamtetats (Einnahmen im Jahr 2015) von 11 Millionen Euro ab. Neben dieser institutionellen Förderung durch das Land Niedersachsen erzielt das Institut Drittmitteleinnahmen von öffentlichen Forschungsförderern, wie dem Bund, dem Land Niedersachsen oder der Europäischen Union (EU). Die Einnahmen aus der öffentlichen Projektforschung betragen im Berichtsjahr 8 Millionen Euro, davon den allergrößten Teil als Verbundforschung mit der Solarindustrie. Hinzu kommen Drittmitteleinnahmen aus der Industrie für Auftragsforschung, die 0,9 Millionen Euro im Jahr 2015 betrugen.
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he Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH) is a non-profit association whose sole proprietor is the state of Lower Saxony. Basic funding comes from the budget of the Ministry for Science and Culture and makes up 24 % of the total budget (income in 2015) of € 11 million for the reporting year. In addition to this institutional support, the Institute receives so-called third-party funding from public research sponsors such as the Federal Government, the State Government of Lower Saxony or the European Union (EU). The income from public research projects was € 8 million in the reporting year, the largest part of it was joint research together with solar industry. In addition, third-party funding also comes from industry for contract research amounting to € 0.9 million in the year 2015.
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Einnahmen/Income [106 €]
14 12 10 Bund, EU, Sonstige Federal Government, EU, others
8 6 4
Industrie Industry
2
Institutionelle Förderung Institutional funding
0 15 20
14 20
13 20
12 20
11 20
10 20
09 20
08 20
07 20
06 20
05 20
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Der Haushalt des ISFH nach Einnahmequellen aufgeschlüsselt. The ISFH budget broken down into funding sources.
Zum Ende des Jahres 2015 waren 145 Personen am ISFH beschäftigt. Bei der Mehrzahl der Beschäftigten handelt es sich um im Rahmen von Forschungsprojekten zeitlich befristet angestellte Doktoranden sowie wissenschaftliches und technisches Personal. In der Gruppe der studentischen Mitarbeiter sind es Praktikanten, Studienarbeiter und Diplomanden von Universitäten und Fachhochschulen, die im Rahmen ihrer wissenschaftlichen Ausbildung am ISFH beschäftigt werden. 37 Mitarbeiter sichern als permanent
ISFH Annual Report 2015
At the end of 2015 the ISFH had 145 employees. The majority of the staff consist of scientific and technical personnel and Ph.D. students employed on a temporary basis to undertake research projects. The students involved comprise undergraduates from universities or technical colleges employed as part of their scientific training. 37 staff are permanently employed guaranteeing the continuity of the scientific work and maintenance of the infrastructure in Central services.
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Institut für Solarenergieforschung
160 140
Techniker Technicians
Beschäftigte/Employees
120 FH-Ingenieure Engineers
100
Studierende Students
80
Doktoranden Ph.D. students
60 Wissenschaftler Scientists
40
Sonstige Mitarbeiter Others Zentrale Dienste Central Services
20 0 15 20
14 20
13 20
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11 20
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Die Personalstruktur und Beschäftigtenzahlen am ISFH. The structure of personnel and number of employees at ISFH.
Beschäftigte die Kontinuität der wissenschaftlichen Arbeit und in den zentralen Diensten die Aufrechterhaltung der Infrastruktur. Das Gelände der Institut für Solarenergieforschung GmbH am Ohrberg umfasst insgesamt eine Fläche von 31.812 m2; davon entfallen auf das Hauptgebäude 2.975 m2 und auf die 2008 vollendete Technologiehalle (SolarTeC) 1.659 m2 Nutzfläche. Daneben gibt es die Versuchshäuser mit 399 m2 und die Versuchsflächen im Außengelände mit 198 m2 Flächenbedarf. Das in 2013 neu hinzugekommene Gebäude der „Integrierten Solaren Systemtechnik (ISS)“ bietet 576 m2 Nutzfläche.
The Institut für Solarenergieforschung GmbH site on the Ohrberg comprises a total area of 31,812 m2; of which the main building has a floorspace of 2,975 m2 and the technology building (SolarTeC) completed in 2008 covers 1,659 m2. In addition, there are the experimental houses with 399 m2 and the outdoor experimentation areas which take up 198 m2. The “Integrated Solar Systems” building, which was added in 2013, has a floorspace of 576 m2.
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Institut für Solarenergieforschung
Abbildung/Figure 22: 55 kWp PV-Anlage, die im November 2014 am ISFH in Betrieb ging. The 55 kWp PV system, which went into operation at ISFH in November 2014.
Energiemanagement am ISFH
Energy management at ISFH
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lobal denken, lokal handeln! Dieser Grundsatz hat uns am Institut für Solarenergieforschung (ISFH) motiviert, die Möglichkeiten des effizienten Energieeinsatzes an unserem Institut anzusehen und Verbesserungen direkt umzusetzen.
hink globally, act locally! This principle motivated us at the Institute for Solar Energy Research (ISFH) to look at the possibilities for efficient energy use at our Institute and to implement improvements in the short-term.
Durch die Installation dezentraler Stromzähler konnten elektrische Energieflüsse in Prozessanlagen und Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) visualisiert, aufgeschlüsselt und schließlich analysiert werden.
The installation of decentralized electricity meters enabled us to visualize, itemize and ultimately analyze electrical energy flows in processing units and technical building equipment (TBE).
Seither wird das Energiemanagement am ISFH in der Weise durchgeführt, dass sämtliche Anlagen ohne Komfort- oder Funktionseinbußen so effizient wie möglich betrieben werden. Mit dieser Vorgabe wurden die vorhandenen Anlagen in einen optimalen Betriebsmodus versetzt. Zusätzlich wurde eine benachbarte Wohnsiedlung, die mittels eines Nahwärmenetzes geheizt wird, in das Energiemanagement eingebunden. Dabei wird die Prozessabwärme des ISFH der Siedlung zum Heizen zur Verfügung gestellt, im Gegenzug erhält das ISFH entsprechende Kälteleistung für den eigenen Kühlkreislauf. Zudem wurde eine PV-Anlage installiert, die aus einer Ost-West ausgerichteten Teilanlage mit 40 kWp und einer nach Süden ausgerichteten 15 kWp Teilanlage besteht. Diese Anlage vermindert die Bezugsstromspitzen und reduziert den Netzstromverbrauch des ISFH voraussichtlich um weitere 3,8 %.
Since then, energy management at ISFH has been carried out in such a way that all machines are operated as efficiently as possible without a loss of convenience or functional limitations. With this target in mind, the existing equipment was tailored to optimum operation. In addition, a neighboring residential area which is heated with an integrated district heating network was included in the energy management. At the same time, waste heat from ISFH was made available for heating the residential area, while, in return, ISFH receives the equivalent cooling capacity for its own cooling system. Furthermore, a PV system was installed which comprised an eastwest-orientated section with 40 kWp and a south-orientated section with 15 kWp. This system reduces electricity consumption peaks and ISFH’s main electricity consumption by further 3.8 %. The following changes were undertaken in the last 30 months.
Folgende Veränderungen wurden in den zurückliegenden 30 Monaten vorgenommen. Bei den elektrischen Verbräuchen wurde die Grundlast reduziert. Insbesondere die Bereitstellung von Kälte und der damit verbundene Betrieb von zwei Kältemaschinen mit einer Gesamtkälteleistung von 700 kW wurde optimiert, hydraulische Kreise wurden auf Kurzschlüsse überprüft und diese abgestellt. Die Pumpenleistungen von Kaltwasserpumpen wurden auf die erforderlichen
The base load of electricity consumption was reduced. In particular the provision of cooling and the associated operation of two cooling machines with a total cooling capacity of 700 kW was optimized. Bypasses in hydraulic circuits were eliminated. Cold water pumps were adjusted to the necessary pressure and flow rate. Inefficient pumps were exchanged for speed- and pressure-controlled pumps.
ISFH Annual Report 2015
27
1
Institut für Solarenergieforschung 600
2012 Spitzenlast/Peak load 2012
2013
2014
2015
Spitzenlast/Peak load 2013 & 2014 Spitzenlast/Peak load 2015
500
Leistung/Power P [kW]
400
300
200
100 Grundlast/Basic load 2012
Grundlast/Basic load 2013 & 2014
Grundlast/Basic load 2015
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Tag/Day n [-]
Abbildung/Figure 23: Elektrische Lastkurven des ISFH jeweils im Juli der Jahre 2012 bis 2015. Die Spitzenlast wurde von 540 kW auf 400 kW reduziert. Die Grundlastunterschreitung durch die Photovoltaikanlage ist jeweils durch die blauen Kreise gekennzeichnet. Electrical load curves of ISFH in July of the years 2012 to 2015. The peak load was reduced from 540 kW to 400 kW. The under-running of the base load line due to operation of the photovoltaic system is indicated by the blue circles.
Drücke und Durchsätze angepasst bzw. ineffiziente Pumpen gegen drehzahl- und druckgesteuerte Pumpen getauscht. Raumluft: Im Bereich der raumlufttechnischen Anlagen (RLTAnlagen) wurden die Luftmengen auf den sich zeitlich ändernden Bedarf angepasst und damit erheblich reduziert. Versuchsanlagen: Bei den Versuchsanlagen wurde der Dauerbetrieb von Komponenten auf ein notwendiges Minimum reduziert und Standbytemperaturen von beheizten Anlagenteilen soweit als möglich abgesenkt. Insgesamt konnte so die elektrische Grundlast von rund 200 kW auf ca. 100 kW reduziert werden. In diesem Zusammenhang wurde die jährliche Lastspitze von 615 kW in 2012 auf 439 kW in 2015 reduziert. Inklusive der Stromerzeugung der PV-Anlage konnte der jährliche elektrische Netzbezug wie folgt reduziert werden: 176 kW weniger Spitzenleistung 784.499 kWh/Jahr vermiedener Netzbezug 470,7 t CO2-Einsparung durch geringeren Netzbezug
Zur Reduktion des Gasverbrauchs wurde ein optimierter Betrieb der raumlufttechnischen Anlagen angestrebt, um die Heizungsan-
Air conditioning: In the area of ventilation systems, the amounts of air were adjusted to the constantly changing requirements and thereby reduced. Experimental apparatus: The continuous operation of components in experimental apparatus was reduced to an essential minimum and standby temperatures of heated system components were reduced as far as possible. Overall it was possible to reduce the electricity base load from about 200 kW to approximately 100 kW. In this context, the annual load peak was reduced from 615 kW in 2012 to 439 kW in 2015. Including the electricity produced by the PV system, it was possible to reduce annual electricity consumption as follows: 176 kW reduction in peak consumption 784,499 kWh p.a. grid electricity consumption avoided 470.7 t CO2 savings by lower grid electricity consumption
On gas use, we aimed to optimize operation of the ventilation systems to reduce heating requirements. In addition, the heating system was optimized by improved controlling the two 200 kW central heating boilers and implementation of reduced operation. The annual savings work out as follows:
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28
1
Institut für Solarenergieforschung
Erdgasvolumen/Nat. gas volume VGas [m3/Woche,week]
10.000
2012
2013
2014
2015
8.000
6.000
4.000
2.000
0 1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Kalenderwoche/Calendar week
Abbildung/Figure 24: Wöchentlicher Gasverbrauch des ISFH (ohne Versuchshäuser) in den Jahren 2012 bis 2015. Weekly gas consumption of ISFH for the years 2012 to 2015 (without the experimental houses).
forderungen zu reduzieren. Zusätzlich wurde der Heizungsbetrieb über die Steuerung der zwei Heizkessel zu je 200 kW in Hinsicht auf die Kesselsteuerung sowie mögliche Absenkzeiten optimiert. Die jährlichen Einsparungen ergeben sich wie folgt: 3
88.343 m /Jahr geringerer Erdgasverbrauch, entspricht
859.224 kWh (-54,3 %) 45,7 % witterungsbereinigte Ersparnis 171,8 t CO2-Einsparung durch geringeren Gasverbrauch Den Einmalinvestitionen von ca. 160.000 € für Stromzähler, in effiziente Pumpen, die Photovoltaikanlage und in die Programmierung der Gebäudeleittechnik, sowie jährlichen Kosten von ca. 70.000 € in Personal stehen damit Einsparungen von zusammen 162.241 €/Jahr gegenüber (Gas und Strom). Insgesamt wurden durch die Verbrauchsreduktion ca. 30 % der jährlichen Energiekosten des ISFH eingespart. Die Investitionen weisen eine Amortisationszeit von ca. zwei Jahren auf. Damit wird deutlich, dass derartige Maßnahmen für den effizienten Betrieb von Gebäudetechnischen- und Produktionsanlagen auch rein wirtschaftlich betrachtet, äußerst sinnvoll sind.
88,343 m3/year less natural gas consumption, equivalent to
859,224 kWh (-54.3 %) 45.7 % weather-adjusted saving 171.8 t CO2 saved due to less gas consumption
The investments of approximately € 160,000, for electricity meters as well as investments in efficient pumps, the photovoltaic system and investments in programming of the building control system and annual personnel costs of approx. € 70,000 for the implemented measures are offset by savings of € 162,241 p.a. altogether (for gas and electricity). Overall, by reduction of energy consumption a reduction of c. 30 % of the annual energy costs of ISFH were achieved. The investments have an amortization period of approximately two years. This clearly indicates the extremely – also financially – beneficial effects generated by efforts realized in efficient operation of building and production equipment. The avoidance of CO2 emissions through the reduction of electricity and gas consumption amounts to 642.5 t CO2 p.a. in total.
Die Vermeidung von CO2-Emissionen durch die Reduktion beim Strom- und Gasverbrauch (inkl. PV-Anlage) beträgt insgesamt 642,5 t CO2 pro Jahr.
Carsten Hampe, Manuel Stratmann, Stefan Beisse, Wolfgang Gaßdorf, Michael Weiß, Dirk Bartels
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2
Forschungsabteilungen Abteilung Photovoltaik
Research departments Photovoltaics department Research topics
Forschungsthemen Entwicklung hocheffizienter Siliziumsolarzellen in Beidsei
tenkontakt- und Rückkontaktkonfiguration Schlüsseltechnologien zur kostengünstigen Herstellung von Hocheffizienz-Solarzellen (Ionenimplantation, poly-SiliziumKontakte) Oberflächenpassivierung von Siliziumsolarzellen (SiO2, SiNx, Al2O3, a-Si) Hocheffiziente PERC-Siebdrucksolarzellen Heterojunction-Solarzellen (a-Si/c-Si, Polymer/c-Si) Industrienahe Technologie- und Prozessentwicklung Sägeverlustfreie Methoden zur Herstellung ultradünner Si-Wafer Neue kamerabasierte Charakterisierungsverfahren für SiliziumMaterialien, Solarzellen und Module Analyse von Defekten in Silizium und ihrer Auswirkungen auf Solarzelleneigenschaften Neuartige Verbindungstechniken für PV-Module Langzeitstabilität von Solarzellen und PV-Modulen Mechanische Eigenschaften von Modulen Bauelement- und Prozesssimulation Silizium-Anoden für Li-Ionen-Batterien
Development of high-efficiency silicon solar cells in two-
side-contact and rear-contact configurations Key technologies for the inexpensive production of high-ef-
ficiency solar cells (ion implantation, poly-silicon contacts) Surface passivation of silicon solar cells (SiO2, SiNx, Al2O3,
a-Si)
High-efficiency screen-printed PERC solar cells Heterojunction solar cells (a-Si/c-Si, Polymer/c-Si) Technology and process development in collaboration with
industry Kerfless-free methods of the fabrication of ultra-thin silicon
wafers Novel camera-based characterization techniques for silicon
materials, solar cells and modules Analysis of defects in silicon and their impact on solar cell
Dienstleistungen
properties Innovative interconnection techniques for PV modules Long-term stability of solar cells and PV modules Mechanical properties of modules Device and process simulation Silicon anodes for Li-ion batteries
Services
Auftragsarbeiten zu technologieorientierten Fragestellungen
Commissioned work on technology-oriented topics in the field
in der Photovoltaik Charakterisierung von Solarzellen, Prozessen und Materialien Prüfung von PV-Modulen
Characterization of solar cells, processes and materials Testing of PV modules
of photovoltaics
Apparative Ausstattung 2
800 m Solar-Technikum (SolarTeC) für die Prozessierung
Equipment & facilities 2
800 m solar technology center (SolarTeC) for the processing
von Solarzellen auf industrienahen Anlagen Ionenimplanter (gemeinsame Nutzung mit dem MBE-Institut
of solar cells using industrial equipment Ion implanter (together with the MBE Institute of the LUH
der LUH und anderen Nutzern des LNQE) Reinraumlabore für 6”-Siliziumtechnologie (nasschemische
Reinigung, Ofenprozesse, Plasmaprozesse) Oxidations- und Diffusionsöfen Remote- und Direkt-Plasmabeschichtungsanlagen (PECVD) Industrielle SiNx-Beschichtungsanlage nach dem ICP-Verfahren Thermische und plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung (ALD) Ultraschnelle ALD-Abscheidung Cluster-PECVD-Tool für Abscheidung dotierter amorpher Silizium-Schichten Industrielle Siebdrucker und Feueröfen für die Zellmetallisierung
and other users of the LNQE) Clean room laboratories for 6” silicon technology (wet-chemi-
cal cleaning, furnace and plasma processes) Oxidation and diffusion furnaces Remote and direct plasma deposition systems (PECVD) Industrial SiNx deposition tool based on the ICP technique Thermal and plasma-assisted atomic layer deposition (ALD) Ultra-fast ALD tool Cluster PECVD tool for the deposition of doped amorphous silicon layers Industrial screen printers and firing furnaces for the solar cell metallization
ISFH-Jahresbericht 2015
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2
Forschungsabteilungen
Integrierte Hochraten-Durchlauf-Aufdampf- und Sputteranlage Laserlabor mit acht Laser-Materialbearbeitungssystemen Verbindungs- und Modultechnologie: Löttechnik, Stringer,
Research departments
Integrated high-rate inline deposition and sputtering system Laser laboratory with eight laser systems for material processing Interconnection and module technology: soldering equipment,
Laminator Klimakammern sowie UV- und Halogenlampen-Bestrahlungs-
stringer, laminator Climate chambers as well as UV- and halogen-lamp irra-
plätze Transportsimulation von PV-Modulen (Shaker) Modulflasher, Elektrolumineszenz-, Thermographie- und
diation chambers Transport simulation for PV modules (Shaker) Module flasher, electroluminescence, thermography and
Fluoreszenzmessplatz für PV-Module Sonnensimulatoren und spektrale Empfindlichkeitsmessung
fluorescence set-ups for PV module characterization Solar simulators and spectral response set-ups for 6”-solar
für 6”-Solarzellen Vollautomatisiertes integriertes Solarzellen-Charakterisierung-
tool
cells Fully-automated integrated solar cell characterization tool Camera-based electro- and photoluminescence equipment
for solar cells and wafers
Kamerabasierte Elektro- und Photolumineszenz für Solarzellen
und Wafer Quasistatische Photoleitung (QSSPC) Mikrowellen-detektiertes Photoleitungsabklingen (MW-PCD) Temperatur- und Injektionsabhängige Lebensdauerspektroskopie (TIDLS) Kapazitäts-Spannungs-Messungen (CV) Dotierprofilmessung mit ECV-Profiler Licht- und Rasterelektronenmikroskopie Energiedispersive Röntgenanalyse und Röntgenbeugung (EDX und XRD) Ramanspektrometer and Röntgendiffraktometer 4-Linienbiegeversuch für mechanische Belastungstests von PV-Modulen
Quasi-steady-state photoconductance (QSSPC) Microwave-detected photoconductive decay (MW-PCD) Temperature- and injection-dependent lifetime spectroscopy
(TIDLS) Capacitance-voltage measurements (CV) Doping profile measurement by ECV method Light and scanning electron microscopy Energy-dispersive X-ray analysis and diffraction (EDX and XRD) Raman spectrometer and X-Ray diffractometer 4-line bending set-up for mechanical load tests of PV modules
Highlights
Glanzlichter Modul aus 60 halbierten PERC-Solarzellen erreicht Wirkungs
grad von 20,2 % 21,5 % effiziente industrienahe bifaziale PERC+ Solarzelle mit AlOx/SiNy-Rückseitenpassivierung auf 15,6 ×15,6 cm2 p-Typ Cz-Si 26,2 % effiziente Tandem-Solarzelle mit Silizium-Bottomzelle und GaInP-Topzelle 21,0 % effiziente PERT-Solarzelle mit industrienaher Kodiffusion auf 15,6 × 15,6 cm2 n-Typ Cz-Si Poly-Si/c-Si-Kontakte mit Sättigungsstromdichten von 1 fA/cm2 bei geringen Kontaktwiderständen (< 10 mΩcm2) Neues Defektmodell erklärt lichtinduzierte Degradation und Regeneration der Lebensdauer in multikristallinem Silizium Ultraschnelle permanente Deaktivierung des Bor-SauerstoffKomplexes in Cz-Si innerhalb weniger Sekunden UV-Fluoreszenz-Messgerät zur Erkennung von PV-Modulfehlern für den Außeneinsatz Neugründung des Labors „Solar Cells & Sensors“ als Teil des ISFH CalTeC zur Kalibrierung von Solarzellen und der Prüfung von Spektrometern DAkkS Akkreditierung des „Solar Cells & Sensors“ Labors zur Prüfung von Spektralradiometern bezüglich der korrekten Messung der spektralen Bestrahlungsstärke
Module consisting of 60 halved PERC solar cells achieves
efficiency of 20.2 % 21.5 % efficient industrial bifacial PERC+ solar cell with
AlOx/SiNy rear passivation on 15.6 × 15.6 cm2 p-type Cz-Si
26.2 % efficient tandem solar cell with silicon bottom cell
and GaInP top cell 21.0 % efficient PERT solar cell with industrial co-diffusion
on 15.6 × 15.6 cm2 n-type Cz-Si
Poly-Si/c-Si contacts with saturation current densities of
1 fA/cm2 at low contact resistances (< 10 mΩcm2) New defect model explains light-induced degradation and regeneration of the lifetime in multicrystalline silicon Ultra-fast permanent deactivation of the boron-oxygen complex in Cz-Si within a few seconds UV fluorescence measurement tool for the detection of defects in PV modules in the field Foundation of the “Solar Cells & Sensors” laboratory as part of the ISFH CalTeC for the calibration of solar cells and the testing of spectrometers DAkkS accreditation of the “Solar Cells & Sensors” laboratory for the testing of spectral radiometers with respect to the correct measurement of the spectral irradiance
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2
Forschungsabteilungen
Abteilung Solare Systeme
Research departments
Solar systems department
Forschungsthemen
Research topics
Innovative Sonnenkollektoren, wie Hocheffizienzkollektoren,
Innovative solar thermal collectors like high-efficiency collec-
photovoltaisch-thermische Kollektoren, Fassaden- oder Fensterkollektoren etc. Entwicklung und Charakterisierung von Absorber- und Verglasungsbeschichtungen inklusive durch Temperatur optisch geschaltete Schichten Betriebssicherheit von Sonnenkollektorfeldern mit Fokus auf Stagnation, dafür Entwicklung von schaltenden Sonnenkollektoren ohne Dampfentwicklung im Stillstand, mit Hilfe optischer Schichten oder leistungsbegrenzter Wärmerohre Verfahren zur Effizienz- bzw. Ertragskontrolle von Wärmeerzeugern und -zentralen Neu- und Weiterentwicklung von experimentellen Prüf- und Bewertungsverfahren für Komponenten und Systeme, insbesondere mit Emulation der solaren Erträge und der Bedarfe Strom/Wärme (Hardware-in-the-loop) Entwicklung thermisch-sensibler Speicher, Maßnahmen zur Reduktion von Speicherverlusten, Optimierung der Kopplung von Wärmepumpen mit Speichern Entwicklung neuer Systemanordnungen und deren Optimierung mit Hilfe von Systemsimulationsstudien und experimenteller Analyse im Rahmen von Pilotvorhaben Effiziente solar unterstützte Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern durch optimierte Verteilnetze und Wärmezentralen Entwicklung von Simulationsmodellen für Komponenten und Subsysteme von dezentralen Gebäude-Energieanlagen, insbesondere für TRNSYS Analyse und Optimierung strombasierter lokaler Energieversorgungssysteme inklusive lokaler Erzeugung, Last- und Erzeugerzeitreihen sowie Gleichzeitigkeiten
tors, photovoltaic thermal collectors, façade and window collectors etc. Development and characterization of coatings for absorbers and glazings, including layers for temperature induced switching of optical properties Operational safety of solar collector fields, with focus on stagnation, therefore development of self-adapting solar collectors, which do not produce vapour in case of stagnation, using optical layers or temperature limiting heat pipes Methods for automatic yield or efficiency control of heat generators or stations New and further development of testing and evaluation procedures for components and systems, especially using emulators of solar yield and load for electricity and heat (Hardware-in-the-loop) Development of sensible heat storage tanks, measures for the storage loss reduction, optimization of the coupling of heat pump and buffer storage Development and optimization of new system concepts by means of system simulation studies and monitoring with experimental analysis at pilot plants Efficient solar supported heat supply in multi-family buildings via optimization of the distribution network and the central heat stations Development of new simulation models for components and subsystems of decentralized energy systems in buildings, especially for TRNSYS Analysis and optimization of electricity based local energy supply systems including local power production, yield and demand time series and simultaneity
Dienstleistungen
Services
Norm-Prüfungen an kommerziellen Sonnenkollektoren, Ab-
Standard tests on commercial solar collectors, absorber
sorberschichten, Speichern und Solaranlagen nach EN 12975, EN 12976 sowie EN 12977 in unserem nach EN ISO IEC 17025 akkreditierten Prüfzentrum, Durchführung vollständiger Prüfungen sowie Begehungen nach den SolarKeymark-Regeln Charakterisierung optischer Eigenschaften und Belastungstests für Absorber und Gläser Charakterisierung von Dämmungen, Wärmerohren, Speicheranschlüssen, Wärmepumpen, Brenn- und Heizwertkesseln, Frischwasserstationen etc. Wissenschaftliche Begleitung industrieller Entwicklungen mit experimentellen Methoden und Simulationen sowie der Durchführung von Feldtests
coatings, storages and solar thermal systems according to EN 12975, EN 12976 and EN 12977 in our EN ISO IEC 17025accredited test laboratory, and implementation of complete tests and inspections in accordance with the SolarKeymark rules Characterization of optical properties and reliability tests for absorbers and glass panes Characterization of insulation materials, heat pipes, storage tank connections, heat pumps, (condensing) boilers, domestic hot water modules etc. Scientific support of industrial developments using laboratory experiments and simulation studies as well as field tests
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2
Forschungsabteilungen
Research departments
Apparative Ausstattung
Equipment & facilities
Innenprüfstände mit zwei Sonnensimulatoren für Leistungs-
Indoor test facilities with two sun simulators for performance
und Gebrauchstauglichkeitstests, bis 1200 W/m2 Prüfanlagen für Druck-, Sog- und Schubprüfungen an Solarmodulen Testdächer mit 400 m2 Nutzfläche für Gebrauchstauglichkeitstests an Kollektoren und Systemen sowie Leistungstests an Kollektoren bis 180 °C Zwei nachführbare Außenprüfstände mit 20 m2 Nutzfläche Teststand für Systemtests an Solaranlagen nach EN 12976 Zwei Prüfstände für Wärmespeicher, mit je vier modularen Thermostaten sowie Reglerprüfstand nach EN 12977 Bewertung von Wärmetauscher-Einzelrohren und Rohrwendeln sowie Teststand zur Untersuchung von Einrohrzirkulation Variabel einsetzbare Experimentier-Solaranlage zur Bewertung innovativer Systemkonzepte und neuer Komponenten (Testdach) Variabel einsetzbare begehbare Klimakammer (75 m3) mit Großflächen-Sonnensimulator Vakuum-Beschichtungsanlagen für die Entwicklung von Funktionsschichten (Sputtern, Aufdampfen) Optisches Labor für Transmissions- und Reflexionsmessungen spektral aufgelöst (UV-VIS-NIR-MIR), spektrale Ellipsometrie (0,24 bis 33 μm) mit Probentemperierung, zweiachsiges Fotogoniometer für streuende und lichtlenkende Verglasungen Testanlagen für Alterungsuntersuchungen an Glas- und Absorber-Oberflächen (Kondensat, Temperatur, korrosive Medien) Prüfstände für Verglasungen und Fassadenelemente, zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) und des Gesamtenergiedurchlassgrades (g-Wert) sowie zu Langzeitbelastungen Prüfstände für Leistungs- und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen an Wärmerohren für Sonnenkollektoren Prüfstände für Dämmstoffe (Gebrauchstauglichkeit, Wärmeleitfähigkeit)
Glanzlichter
and reliability tests, up to 1200 W/m2 Facilities for pressure, suction and thrust load on solar modules Test roofs with 400 m2 for reliability tests on collectors and systems as well as performance tests on solar collectors up to an operation temperature of 180 °C Two solar-tracking platforms with an effective area of 20 m2 Test facility for solar systems in accordance with EN 12976 Two test facilities for thermal storage tanks, each with four modular thermostats and control test facility, in accordance with EN 12977 Heat transfer measurements on single-tube and spiral tube heat exchangers, as well as a test rig for the investigation of tube internal recirculation Multifunctional experimental solar system test rig for the evaluation of innovative system concepts and new components (outdoor) Large volume walk-in climate chamber (75 m3) with wide area solar simulator Vacuum coating facilities for the development of functional layers by sputtering and vapour deposition Optical laboratory for transmission and reflection measurements spectrally resolved (UV-VIS-NIR-MIR), spectral ellipsometry (0.24 to 33 μm) including controlled heating of samples, biaxial photo-goniometer for scattering or light directing glazing systems Facilities for ageing tests for glass and absorber surfaces (condensation, temperature, corrosive media) Test facilities for glazing and façade elements, determination of thermal transmission coefficient (U-value) and the total solar energy transmittance (g-value) as well as long-term high temperature exposure Test facilities for performance and reliability tests on heat pipes for solar collectors Test facilities for insulation materials (thermal conductivity, reliability)
Highlights
Inbetriebnahme des Demonstrations-Sonnenhauses der
Start of operation of the demonstration solar house of HELMA
HELMA Eigenheimbau in Hannover mit Gebäude als Wärmespeicher, erfolgreicher Betrieb im ersten Jahr Aufbau Experimentalanlage für Wärmezentralen in mittleren Mehrfamilienhäusern mit Gaskessel und Solarthermiekreis für Raumheizung und Trinkwarmwasser, einschließlich Messtechnik zur Bestimmung des Erdgas-Brennwerts Öffentlicher Workshop für das Projekt „Thermochrome Absorber für Solarthermische Kollektoren“, dafür 1. Posterpreis auf der OTTI Symposium „Thermische Solarthermie“ sowie erfolgreicher Auftritt auf Hannover Messe Industrie Aufbau und Inbetriebnahme variabler Experimentalanlage für die Untersuchung regenerierbarer Erdwärmekollektoren und Spiral-Wärmeübertrager als Quelle für Wärmepumpen
Eigenheimbau in Hanover, where the building mass serves as storage, successful operation in first year Construction of experimental facility for investigating central heat stations in multi-family buildings, with gas boiler and solar thermal circuit for space heating and domestic hot water, including the measurement of the calorific value of natural gases Public workshop in the project “Thermochromic Absorbers for Solar Thermal Collectors”, thereto 1st poster prize at OTTI Solar Thermal Symposium and successful presentation at Hanover Fair Industry Construction and start of operation of variable experimental facility for the investigation of horizontal and spiral ground heat exchangers as a source for heat pumps, including thermal regeneration features
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse Abteilung Photovoltaik
Scientific results
Photovoltaics department
Lichtinduzierte Degradation und Regeneration der Ladungsträger-Lebensdauer in multikristallinem Silizium
Light-induced degradation and regeneration of the carrier lifetime in multicrystalline silicon
A
us multikristallinem Siliziummaterial (mc-Si) gefertigte Solarzellen zeigen eine ausgeprägte Degradation ihrer Effizienz unter Beleuchtung bei erhöhten Temperaturen wie sie im praktischen Modulbetrieb häufig erreicht werden. Besonders bei Solarzellen mit einer passivierten Rückseite wurde eine Degradation der Effizienz von bis zu 6 % relativ auf einer Zeitskala von einigen hundert Stunden beobachtet. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Effizienz der degradierten Solarzellen bei fortgesetzter Beleuchtung wieder auf ihren ursprünglichen Wert ansteigt. Um das fundamentale Verständnis für diesen bislang unverstandenen Degradations- und Regenerationseffekt zu verbessern, haben wir Experimente auf mc-Si Lebensdauerproben durchgeführt, die entsprechend eines industrietypischen Rückseitenprozesses einer Solarzelle prozessiert wurden. Um den Einfluss industrietypischer thermischer Prozesse auf das Verhalten der Ladungsträger-Lebensdauer unter Beleuchtung zu untersuchen, wurden die Proben in zwei Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe wurde bei einer Temperatur von 900 °C gefeuert, die andere bei einer reduzierten Temperatur von nur 650 °C. In industriellen Solarzellenprozessen ist der Feuerungsschritt, bei dem die Solarzellen der eingestellten Temperatur für einige Sekunden ausgesetzt werden, der letzte und damit bezüglich der Defektphysik
S
olar cells produced from multicrystalline silicon (mc-Si) show a pronounced degradation in their efficiency under illumination at elevated temperatures, as typically occuring in practical module operation. Especially on solar cells with a passivated rear side, a degradation in the efficiency was observed up to 6 % relative within several hundred hours. Further investigations revealed that the efficiency of the degraded solar cells increases again to the initial value under prolonged illumination. In order to improve the fundamental understanding of this so far unaccountable degradation and regeneration effect, we conducted experiments on mc-Si lifetime samples, prepared in accordance with an industrial-type solar cell rear-side process. In order to examine the impact of industrial-type thermal processes on lifetime performance under illumination, the samples were split into two groups. One group was fired at a temperature of 900 °C and the other group at a reduced temperature of 650 °C. In industrial solar cell processes the firing step, in which the solar cell is exposed to the set temperature for several seconds, is the last and therefore the crucial process step concerning the defect physics. Afterwards, the samples were illuminated at a light intensity of one sun at an elevated temperature of 75 °C. This represents realistic conditions in module operation.
1.000 1
2
3
SiNx
Lebensdauer/Lifetime τ [μs]
mc-Si, 650 °C p-Typ mc-Silizium p-type mc-silicon
100 Al2O3 mc-Si, 900 °C
10 0
200
400
600
Beleuchtungszeit/Exposure time t [h]
800
Abbildung/Figure 27: Ladungsträgerlebensdauer in mc-Si Lebensdauerproben aufgetragen gegen die Beleuchtungszeit bei der Lichtintensität einer Sonne und einer Temperatur von 75 °C. Die Entwicklung der Ladungsträger-Lebensdauer kann in drei Stufen unterteilt werden: (1) schnelle Degradation, (2) langsame Degradation und (3) Regeneration. Carrier lifetime in mc-Si lifetime samples plotted against illumination time at one-sun light intensity and a temperature of 75 °C. The evolution of the carrier lifetime can be sub-divided into three stages: (1) fast degradation, (2) slow degradation and (3) regeneration.
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
entscheidende Prozessschritt. Anschließend wurden die Proben bei einer Lichtintensität von einer Sonne und einer erhöhten Temperatur von 75 °C beleuchtet. Dies entspricht realistischen Bedingungen im Modulbetrieb. Wie in Abbildung 27 dargestellt, wurde für die bei 900 °C gefeuerten Lebensdauerproben ein Degradationsverhalten in zwei Stufen beobachtet. Die erste Stufe ist innerhalb der ersten zwei Stunden abgeschlossen, während die zweite Stufe erst nach ca. 100 Stunden beendet ist. Für längere Beleuchtungszeiten beobachten wir eine Regeneration der Lebensdauer, die schließlich einen mit dem Ausgangszustand vergleichbaren bzw. sogar etwas höheren Lebensdauerwert erreicht. Einen sehr starken Einfluss hat die gewählte Feuertemperatur auf das Degradationsund Regenerationsverhalten. Reduzieren wir die Feuertemperatur von 900 °C auf 650 °C, so ist zum einen die gemessene Lebensdauer erheblich erhöht und zum anderen eine stark verminderte Degradation zu beobachten. Nach erfolgter Regeneration liegen die stabilen Lebensdauern des untersuchten mc-Si Materials bei 130 μs nach dem 900 °C Feuerschritt und bei 600 μs nach dem 650 °C Feuerschritt. Dieser große Unterschied zeigt den empfindlichen Einfluss der gewählten Feuertemperatur auf die mc-Si Materialqualität und damit auf den Wirkungsgrad der daraus hergestellten Solarzellen.
As shown in Figure 27, the lifetime samples fired at 900 °C were subject to degradation. The first stage occurred within the first two hours, while the second stage was only completed after about 100 hours. With even longer illumination we observed a regeneration of the carrier lifetime, which finally reaches values comparable to the initial state or even slightly higher values. The chosen firing temperature was found to have a considerable impact on degradation and regeneration behavior. By reducing the firing temperature from 900 °C to 650 °C, the measured lifetime was increased considerably and greatly reduced degradation was observed. After regeneration was completed, the stable carrier lifetimes of the mc-Si material studied were 130 μs after the 900 °C firing step and 600 μs after the 650 °C firing step. This great difference shows the pronounced impact of the firing temperature on mc-Si material quality and therefore also on the efficiency of the solar cells produced from this material.
200
c
b
d
30 mm
Lebensdauer/Lifetime τ [s]
a
0,1
Abbildung/Figure 28: Mittels Photolumineszenz-Imaging gemessene ortsaufgelöste Lebensdauern einer mc-Si Lebensdauerprobe zu verschiedenen Zeitpunkten während der Degradation und Regeneration bei einer Lichtintensität von einer Sonne und einer Temperatur von 75 °C. (a) Initialer Zustand, (b) nach 48 Stunden Beleuchtung, (c) nach 448 Stunden und (d) nach 616 Stunden. Spatially-resolved lifetime images of a mc-Si lifetime sample at different timesteps during degradation and regeneration at one-sun light intensity and a temperature of 75 °C measured with photoluminescence imaging. (a) Initial state, (b) after 48 hours of illumination, (c) after 448 hours and (d) after 616 hours.
ISFH Annual Report 2015
35
3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Wie die ortsaufgelösten Lebensdauermessungen in Abbildung 28 zeigen, degradiert die Lebensdauer über die Probenoberfläche räumlich recht homogen. Im Gegensatz dazu ist die Regeneration der Lebensdauer ein inhomogener Prozess. Wir beobachten, dass die Regeneration mit der Dicke des Wafers zusammenhängt. Je dünner der Wafer an der jeweiligen Stelle ist, desto schneller schreitet die Regeneration voran.
As the spatially resolved carrier lifetime measurements in Figure 28 show the carrier lifetime spatially degrades relatively homogeneously over the sample area. In contrast, the regeneration of the carrier lifetime was found to be an inhomogeneous process. We observed that the regeneration is related to the thickness of the wafers. The thinner the wafer is at the respective point, the faster the regeneration proceeds.
Basierend auf unseren Beobachtungen haben wir ein mögliches Defektmodell entwickelt, das sowohl die zweistufige Degradation wie auch die Regeneration konsistent erklärt. Da wir die ausgeprägte Degradation und Regeneration nur nach einem Feuerschritt bei hoher Temperatur beobachten, gehen wir davon aus, dass durch den Temperaturschritt bei 900 °C im mc-Si Material vorhandene Metallpräzipitate aufgelöst werden und anschließend eine erhöhte Konzentration an interstitiellen Metallatomen im mc-Si Material vorliegt. Diese interstitiellen Metallatome werden durch eine andere homogen verteilte Verunreinigung (z. B. Sauerstoff, Kohlenstoff oder Wasserstoff) eingefangen und bilden einen zunächst rekombinationsinaktiven Defektkomplex. Unter Beleuchtung bei erhöhter Temperatur ändert dieser Komplex seine Konfiguration und dissoziiert schließlich. Die Rekonfiguration des Komplexes ist in unserem Modell für die zunächst stattfindende schnelle Degradation verantwortlich, während die langsamere Degradation darauf zurückzuführen ist, dass der Defektkomplex dissoziiert und die interstitiellen Metallatome effektive Rekombinationszentren sind. Bei fortgeführter Beleuchtung unter erhöhter Temperatur diffundieren die interstitiellen Metallatome zu den Waferoberflächen und verbleiben dort. Eine weitere mögliche Senke sind inhomogen verteilte kristallographische Defekte (z. B. Versetzungen), an die sich die Metallatome binden können.
Based on our findings we have developed a possible defect model that consistently explains both the two-stage degradation as well as the regeneration. As we only observed a pronounced degradation and regeneration after a firing step at a high temperature, we assume that pre-existent metal precipitates dissolve in the mc-Si material during temperature treatment at 900 °C and an increased concentration of interstitial metal atoms is subsequently present. These interstitial metal atoms are captured by a homogeneously distributed impurity (e. g. oxygen, carbon or hydrogen) and form an initially recombination-inactive defect complex. Under illumination at elevated temperature this complex changes its configuration and eventually dissociates. Within our model the reconfiguration of this complex is responsible for the fast initial degradation, while the slower degradation is explained by the defect complex dissociating and the interstitial metal atoms being effective recombination centers. During prolonged illumination at elevated temperature the interstitial metal atoms diffuse into the wafer surfaces and remain there. Inhomogeneously-distributed crystallographic defects (e. g. dislocations), to which metal atoms can attach themselves, are a further possible sink.
Von einem praktisch-technologischen Gesichtspunkt aus betrachtet, zeigen unsere Experimente einen einfach zu implementierenden Weg auf, um die Degradation der Effizienz von mc-Si Solarzellen zu vermeiden. Dies kann entsprechend unseren Ergebnissen einfach durch eine Reduzierung der maximalen Feuerungstemperatur unterhalb einer kritischen Grenze erreicht werden. Unterhalb dieser noch exakt zu bestimmenden kritischen Temperatur, die im Bereich zwischen 650 °C und 900 °C liegt, lösen sich die im mc-Si Material vorhandenen Metallpräzipitate nicht bzw. nur unvollständig auf. Die Bildung des für die Degradation verantwortlichen Defektkomplexes wird dadurch vermieden.
From a practical-technological point of view, our experiments show a simple-to-implement approach to avoid a degradation in efficiency of mc-Si solar cells. Our results suggest that this can be achieved simply by reducing the maximum firing temperature below a critical level, which needs to be determined with higher accuracy. Below this critical temperature, which is between 650 °C and 900 °C, the metal precipitates present in the mc-Si material do not dissolve completely or at all. The formation of the defect complex responsible for the degradation is therefore a avoided.
Dennis Bredemeier, Jan Schmidt
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Industrienahe ionenimplantierte und siebdruckmetallisierte bifaciale n-Typ PERT Solarzellen mit Effizienzen von 21 % und Bifacialitätsfaktoren größer 97 %
D
Industry-oriented Ion implanted and screenprinted metallized bifacial n-type PERT solar cells with efficiencies of 21 % and bifacial factors exceeding 97 %
I
as ISFH hat im Juni 2015, in Kooperation mit dem Institut für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) der Leibniz Universität Hannover (LUH), das Verbundprojekt „CHIP“ zu industrienahen, ionenimplantierten n-Typ PERT (Passivated Emitter and Rear, Totally doped) Solarzellen erfolgreich abgeschlossen. Das CHIP-Projekt (Cost-efficient High-throughput Ion implantation for Photovoltaics) wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit insgesamt 3,2 Millionen Euro gefördert. Im Rahmen von CHIP wurde im Reinraum des interdisziplinären, u. a. vom ISFH und MBE genutzten, Laboratoriums für Nano- und Quantenengineering (LNQE) an der LUH ein moderner, für die Photovoltaik (PV) geeigneter Ionenimplanter installiert.
n June 2015, ISFH and the Institute for Electronic Materials and Devices (MBE) of the Leibniz Universität Hannover (LUH) successfully completed the “CHIP” joint-development project on industry-oriented ion implanted n-type PERT (Passivated Emitter and Rear, Totally-doped) solar cells. The CHIP project (Cost-efficient High-throughput Ion implantation for Photovoltaics) was funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy with a total of € 3.2 million. In the CHIP project, a modern ion implanter, suitable for PV applications was installed in the clean room of the Laboratory for Nano and Quantum Engineering (LNQE), an interdisciplinary laboratory located at the LUH and used i. a. by ISFH and MBE.
Durch Ionenimplantation wird der Si-Kristall zunächst nahe der Oberfläche geschädigt. Dieser Schaden muss anschließend durch einen Hochtemperaturschritt ausgeheilt werden. Ein Schwerpunkt des CHIP Projekts war die wissenschaftliche Untersuchung der während dieser Ausheilung ablaufenden physikalischen Prozesse, mit besonderem Fokus auf den Vergleich zwischen Implantation von elementarem Bor und Implantation von Borfluoriden (BFx; x = 1;2). Letztere amorphisieren die Oberfläche des Si-Kristalls, wodurch die nachfolgende Ausheilung durch Festphasenepitaxie unterstützt wird. Daher kann die Ausheiltemperatur von 1.050 °C auf 950 °C gesenkt und es können somit Prozesskosten eingespart
Ion implantation initially damages the Si crystal near the surface. This damage has to be repaired in a subsequent high-temperature annealing step. A key aspect of the CHIP project was the scientific investigation of the physical processes taking place during the annealing, with special focus on the comparison of implantation of elementary boron and implantation of boron fluorines (BFx; x = 1;2). The latter result in an amorphization of the surface of the Si crystal, whereby the subsequent repair is assisted by solidphase epitaxy. Therefore, the repair temperature can be reduced from 1,050 °C to 950 °C, leading to a reduction in process costs.
Abbildung/Figure 29: Fotografie einer 156 mm × 156 mm großen ionenimplantierten co-annealten und beidseitig siebgedruckten bifacialen n-Typ PERT Solarzelle mit einer Effizienz von 21 %. Photograph of a 156 mm × 156 mm large, ion implanted, co-annealed and fully screen-printed bifacial n-type PERT solar cell with an efficiency of 21 %.
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
werden. Darüber hinaus ist BFx besonders relevant für die Anwendung von Ionenimplantation in der PV, da hier aus Kostengründen auf einen Massenseparator im Ionenimplanter verzichtet wird. Mit BF3 als Precursor-Gas wird hauptsächlich BF2 implantiert.
Furthermore, BFx is highly relevant for the application of ion implantation in photovoltaics since mass separators are not used in the ion implanter for cost reasons. Therefore, with BF3 as the precursor gas, mainly BF2 is implanted.
Die gewonnenen Erkenntnisse bzgl. des Ausheilprozesses wurden für die Herstellung von industrienahen n-Typ PERT Solarzellen mit einem sehr schlanken Prozessfluss genutzt: Nach beidseitiger Texturierung von 156 mm × 156 mm großen n-Typ Cz-Wafern wurde die Vorderseite mit Bor oder BF2 und die Rückseite mit Phosphor implantiert. Der Implantschaden wurde in einem Hochtemperaturschritt ausgeheilt (co-annealing), wobei die Verwendung von BF2 die erwähnte Reduktion der benötigten Temperatur ermöglichte. Nach der Ausheilung wurde die Vorderseite mit einem Aluminiumoxid/Siliziumnitrid (Al2O3/SiNx) Schichtstapel und die Rückseite mit einer SiNx Schicht passiviert. Anschließend wurden die Vorder- und Rückseite mittels Siebdruck metallisiert und die Zelle gefeuert. Der Silberverbrauch konnte durch FinelineSiebdruck gering gehalten werden. Die Prozessierung erfolgte hauptsächlich auf industrietypischen Anlagen im SolarTeC.
The obtained insights into the repair processes have been applied to the processing of industrial-oriented n-type PERT solar cells with a very lean process flow: After double-side texturing of 156 mm × 156 mm n-type Cz wafers, the front-side was implanted with boron or BF2, and the rear-side was implanted with phosphorus. Implanting damage was repaired (coannealed) in a high-temperature step, while the utilization of BF2 enabled the aforementioned reduction of temperature required. After annealing, the front-side was passivated with an aluminumoxide/siliconnitride (Al2O3/SiNx) stack, and the rear side was passivated with a SiNx layer. Subsequently, the front and rear were metalized by screen-printing and the cell was fired. Silver consumption was minimized utilizing fine-line screen-printing. The majority of the processing was performed with typical industrial equipment at the SolarTeC.
Der höchste unabhängig bestätigte Wirkungsgrad einer Solarzelle mit Bor-implantiertem Emitter, auf einem Messing-Chuck gemessen, betrug 21,0 %, wobei die Leerlaufspannung Voc einen Wert von 664,6 mV, die Kurzschlussstromdichte Jsc einen Wert von 39,8 mA/cm2 und der Füllfaktor FF einen Wert von 79,3 % erreichte. In-house Messungen von Vorder- und Rückseitenwirkungsgrad zeigten eine Bifacialität von 97,3 %. Der höchste unabhängig bestätigte Wirkungsgrad einer Solarzelle mit BF2 implantiertem Emitter, auf einem Messing-Chuck gemessen, betrug 20,6 % (Voc = 657,6 mV, Jsc = 39,9 mA/cm2, FF = 78,4 %). In-house Messungen von Vorder- und Rückseitenwirkungsgrad zeigten eine Bifacialität von 97,7 %.
The highest, independently confirmed efficiency of a cell with a boron implanted emitter, measured on a brass chuck, was 21.0 % where the open-circuit voltage Voc was 664.6 mV, the short-circuit current density Jsc was 39.8 mA/cm2, and the fill factor FF was 79.3 %. In-house measurements of front and rear side yielded a bifacial factor of 97.3 %. The highest independently confirmed efficiency of a cell with a BF2 implanted emitter, also measured on a brass chuck, was 20.6 % (Voc = 657.6 mV, Jsc = 39.9 mA/cm2, FF = 78.4 %). In-house measurements of front and rear sides yielded a bifaciali factor of 97.7 %.
Diese Ergebnisse wurden jeweils auf Zellen erzielt, bei denen der Implantschaden der Bor- bzw. BF2-Vorderseitenimplantation und der Phosphor-Rückseitenimplantation gemeinsam in einem einzigen Ausheilschritt ausgeheilt wurden (co-anneal). Für Zellen, bei denen beide Implantschäden getrennt ausgeheilt wurden, konnten Wirkungsgrade bis zu 21,8 % (in-house Messungen auf Messingchuck) erzielt werden. Derzeit laufen Arbeiten zur Übertragung dieser, für industrienahe Siebdruck-Solarzellen exzellenten Wirkungsgrade auf den Co-annealing-Prozess. Die Ergebnisse des CHIP-Projektes zeigen zum einen, dass Ionenimplantation eine elegante potenziell wirtschaftliche Technologie zur Dotierung von n-Typ Solarzellen ist. Zum anderen wurde deutlich, dass die Siebdruckkontaktierung von Boremittern bei n-Typ Solarzellen einen ähnlich evolutionären Entwicklungsprozess durchläuft wie jene für Phosphoremitter bei p-Typ Solarzellen, und somit keine fundamentale Wirkungsgradlimitierung mehr darstellt. Der schlanke Prozessfluss, die hohe Effizienz ohne lichtinduzierte Degradation und der hohe Bifacialitätsfaktor sprechen für das n-Typ PERT-Solarzellkonzept.
These results were obtained on cells where the implantation damage from the boron or BF2 front-side implant and that of the phosphorus rear-side implant were repaired simultaneously in a single co-annealing step. For cells where damage to both sides was repaired separately, cell efficiencies of up to 21.8 % (in-house measurements on a brass chuck) were obtained. Currently, work is proceeding to transfer these excellent results for screen-printed industrial-oriented solar cells to the co-annealing process. The results of the CHIP project show on the one hand, that ion implantation is an elegant and potentially economic technology for doping n-type solar cells. On the other hand, it became clear that the screen-printed contacting of boron emitters on n-type cells is undergoing a similar evolutionary development process to that of phosphor emitters on p-type cells and thus does not represent any further fundamental efficiency limitation. The lean process flow, the high efficiency without light-induced degradation and the high bifacial factor speaks in favor of the n-type PERT solar cell concept.
Robby Peibst
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Entwicklung von Hocheffizienzmodulen und Analyse der optischen und elektrischen Verluste
F
ür eine effiziente Nutzung der Photovoltaik ist ein hoher Wirkungsgrad, d. h. die nutzbare flächenbezogene Leistung von Solarmodulen, einer der wichtigsten Faktoren. Einerseits, weil die Materialkosten des Moduls proportional zur Fläche sind, andererseits, weil die Kosten der Solarmodule nur ein Drittel der gesamten Systemkosten ausmachen und ein großer Teil der Installationskosten mit der Fläche der Module wächst. Oft setzen Strategien zur Optimierung des Modulwirkungsgrades an der isoliert betrachteten Solarzelle an. So eine isolierte Betrachtung vereinfacht das Problem, ermöglicht aber keine vollständige Optimierung des Moduls. Deswegen wird in dieser Arbeit die Solarzelle bezogen auf das Modul optimiert und zusätzlich das Modul selbst, durch Verbesserung der optischen Eigenschaften der nicht-aktiven Modulfläche. Dadurch konnte ein neues Hocheffizienzmodul gebaut werden, welches in Abbildung 30 dargestellt ist. Es hat eine Leistung von 303,2 W
Scientific results
Development of high-efficiency solar modules and analysis of optical and electrical losses
A
key factor for an efficient use of photovoltaics is a high conversion efficiency, i. e. the usable area-related performance of the solar modules. On the one hand, because the material costs of the module are proportional to its area and on the other hand, because the costs of the solar module only account for one third of the total system costs and a large proportion of the installation costs grows with the system area. Often the strategy for the optimization of module efficiency solely considers the solar cell. Such an isolated treatment simplifies the problem but does not allow a complete optimization of the module. Hence, in this work, the solar cells are optimized with respect to the module and also the module itself by improvements of the optical properties of the non-active module areas. In this way, it was possible to produce a new high-efficiency module shown in Figure 30. It has a power of 303.2 W (independently confirmed by TÜV Rheinland) and an efficiency of
Abbildung/Figure 30: Der Prototyp des Hocheffizienzmoduls besteht aus 120 halben Solarzellen. The prototype of the high-efficiency module consists of 120 half solar cells.
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
20.2 %[2]. To the best of our knowledge the former world record efficiency for this type of modules was 19.5 %, which is surpassed by 0.7 %. The high-efficient module is 159.1 × 94.2 cm2 in size and was manufactured using 60 PERC (passivated emitter and rear cells) solar cells. A comparison of the cell and module parameters is given in Table 1.
(unabhängig bestätigt vom TÜV Rheinland) und einen Wirkungsgrad von 20,2 %[2]. Nach unserem besten Wissen liegt der bisherige Weltrekord für diese Art von Modulen bei 19,5 %, welcher somit absolut um 0,7 % übertroffen wurde. Das Hocheffizienzmodul hat eine Größe von 159,1 × 94,2 cm2 und wurde aus 60 PERC (passivated emitter and rear cells) Solarzellen hergestellt. Ein Vergleich der Zell- und Modulparameter ist in Tabelle 1 gegeben.
Typ
Pmpp [W]
120 PERC-Halbzellen
303
20,8
79,7
79,3
4,80
303*
20,2
79,1*
78,9*
4,86*
[I]
Hocheffizienzmodul
Σ
η [%] Ø
FF [%] Ø
Voc [V]
Jsc [A] Σ
Ø
Tabelle/Table 1: I/V-Parameter der im Modul verbauten Zellen und des Moduls. Pmpp ist der Wert maximaler Leistung, η der Wirkungsgrad, FF der Füllfaktor, Voc die offene Klemmspannung, Isc der Kurzschlussstrom, Σ die Summe und Ø der Mittelwert über alle Zellen. Die angegebene Leistung (*) wurde unabhängig bestätigt durch den TÜV Rheinland in Köln. I/V-parameters of the cells integrated into the module and of the module itself. Pmpp is the maximum power, η the efficiency, FF the fill factor, Voc the open-circuit voltage, Isc the short-circuit current, Σ the sum over all cells, and Ø the average over all cells. The power specified (*) has been independently confirmed by TÜV Rheinland in Cologne.
Um zu quantifizieren, wie sich Änderungen im Zell- und Modulherstellungsprozess auf den Modulwirkungsgrad auswirken, haben wir eine Modulsimulation auf Basis analytischer Modelle entwickelt. Ausgehend von den gemessenen I/V-Kennlinien der Einzelzellen werden dabei sowohl optische als auch elektrische Verluste und Erträge berechnet. Optische Verluste treten beispielsweise durch Reflexionen an der Glasvorderseite, durch Absorption im Glas und in der Laminationsfolie auf. Neben diesen Verlusten kann es jedoch auch zu internen Reflexionen an der Glasvorderseite kommen, welche zu einer Steigerung der Moduleffizienz führen. Durch den gezielten Einsatz lichtlenkender Elemente können diese internen Gewinne gegenüber herkömmlichen Modulkomponenten gesteigert werden. Elektrische Verluste treten in den Solarzellen aufgrund von Rekombination und elektrischen Widerständen im Halbleiter und der Metallisierung auf. Im Modul kommen Widerstandsverluste durch die Serienverschaltung der Solarzellen hinzu.
In order to quantify the impact of the adaptations in the cell and module process on module efficiency, we have developed a module simulation based on analytical models. This simulation uses as a starting point the measured I/V-characteristics of the individual cells and calculates the optical as well as the electrical losses and gains. Optical losses occur, for example, due to reflections on the glass front side and absorption in the glass and lamination foil. Apart from these losses, there are also internal reflections on the glass front side leading to an increase in module efficiency. Due to the targeted application of light-guiding structures, these internal gains can be enhanced compared to standard module components. Electrical losses arise in the solar cells due to recombination and electrical resistance in the semiconductor and the cell metallization. In the module further resistive losses due to the series interconnection of the solar cells occur.
[2] Der Wirkungsgrad und die Modulparameter beziehen sich auf die Modulfläche ohne Rahmen.
[2] The module efficiency is related to the module area without the frame.
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
20,5 20,26
Wirkungsgrad/Efficiency η [%]
20,09
20,0
Abbildung/Figure 31: Erzielte Wirkungsgradsteigerung durch schrittweise Verbesserung des Basis-Moduls. Achieved increase in efficiency trough incremental improvements of the baseline module.
19,79
19,5 19,19
19,0 18,75 BM: BB:
18,5
18,0 BM
BB
HZ
SV
RF
Abbildung 31 zeigt die Simulationsergebnisse durch Verbesserungen des Solarmoduls und die resultierenden Wirkungsgradsteigerungen. Als Ausgangspunkt wird ein Basis-Modul definiert, welches aus 60 PERC-Solarzellen besteht und mit einer konventionellen Vorderseitenmetallisierung aus drei Stromsammelschienen und 88 Fingern (Zellwirkungsgrad η = 20,7 %), einem Vorderseitenglas mit Anti-Reflex-Beschichtung, einem für UV-Licht optimierten Einbettungsmaterial und einem Zellabstand von 1 mm versehen ist. Für dieses Basis-Modul simulieren wir einen Modul-Wirkungsgrad von 18,75 %. Aufgrund von internen Licht-Reflexionen wird im Vergleich zur nicht eingebetteten Solarzelle im Modul die effektive Abschattung durch die Vorderseitenmetallisierung verringert und folglich ein größerer Strom produziert. Dies wird im ersten Schritt durch eine Anpassung der Vorderseitenmetallisierung auf vier Stromsammelschienen und 104 Finger (Zellwirkungsgrad η = 20,8 %) und einer daraus resultierenden Verringerung des Serienwiderstandes berücksichtigt. Das führt zu einer Steigerung des Modul-Wirkungsgrades um 0,44 %. Im zweiten Schritt nutzen wir halbe Solarzellen und erhöhen damit den Wirkungsgrad um weitere 0,60 %. Das Design der halbierten Solarzelle reduziert ebenfalls Widerstandsverluste, weil jedes Verbinderbändchen nur noch halb so viel Strom transportieren muss. Im dritten Schritt werden speziell strukturierte Verbinderbändchen eingesetzt. Die Funktionsweise dieser Verbinderbändchen ist in Abbildung 32 dargestellt.
HZ: SV: RF:
Basis-Module/Base module Vier Stromsammelschienen und 104 Finger/Four busbars and 104 fingers Halbe Zellen/Half cells Strukturierte Verbinder/Structured interconnectors Reflektierende Folien zwischen den Zellen/Reflecting foils between cells
Figure 31 shows the results of the simulations for the enhancements of the solar module and the resultant module efficiency increases. A baseline module is defined as a starting point. This consists of 60 PERC solar cells with a conventional frontside metallization of 3 busbars and 88 fingers (cell efficiency η = 20.7 %), a front glass with antireflection coating, an encapsulant optimized for UV-light and a cell spacing of 1 mm. We simulate a module efficiency of 18.75 % for this baseline module. Due to internal reflections in the module, the effective shading by the front-side metallization is reduced compared to non-encapsulated solar cells and thus a higher current is generated. In the first step this is taken into account by adapting the front-side metallization on four busbars and 104 fingers (cell efficiency η = 20.8 %) and its resultant reduction in series resistance. This results in an increase in module efficiency of 0.44 %. In a second step we use half solar cells and thereby enhance efficiency by a further 0.60 %. The half-cell design reduces resistive losses too, since each interconnector ribbon only has to carry half as much current. In the third step specially structured interconnector ribbons are used. The functional principle of these interconnector ribbons is shown in Figure 32.
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Wissenschaftliche Ergebnisse
a
Scientific results
Solarzellen mit normalen Verbinderbändchen/ Solar cells with normal interconnector ribbons
b
Solarzellen mit strukturierten Verbinderbändchen/ Solar cells with structured interconnector ribbons
Standardverbinder/Standard ribbon
Luft/Air
Einfallendes Licht Incident light
Glas, EVA Glass, EVA
Verbinder Ribbon Zelle/Cell
Abbildung/Figure 32: Funktionsweise der strukturierten Verbinderbändchen. Functional principle of the structured interconnector ribbons.
Licht, das auf einen derartigen Verbinder trifft, wird unter Ausnutzung der Totalreflexion am Vorderseitenglas wieder auf die Zelle gelenkt. Dieser Effekt führt zu einer Steigerung des Modulwirkungsgrades um 0,30 %. Im vierten Schritt werden reflektierende Folien in den Zellzwischenraum geklebt. Diese Folien nutzen den gleichen physikalischen Effekt wie die strukturierten Verbinderbändchen und steigern den Wirkungsgrad um weitere 0,17 %. Insgesamt wurde ein Wirkungsgrad von 20,26 % simuliert, welcher in guter Übereinstimmung mit dem real gemessenen Wert des hergestellten Hocheffizienzmoduls ist. Im Vergleich zu den 18,75 % des Basis-Moduls ergibt sich somit eine relative Steigerung des Wirkungsgrades um 7,44 %rel.
Light which encounters such an interconnector is guided to the cell by using the total reflection on the front-side glass. This effect results in an increase in module efficiency of 0.30 %. In the fourth step reflecting foils are applied to the space between the cells. These foils employ the same physical effect as the structured interconnector ribbons and increase efficiency by an additional 0.17 %. In total, an efficiency of 20.26 % was simulated, which is consistent with the actually measured values of the manufactured high-efficiency module. Comparing this with the 18.75 % of the baseline module a relative increase in efficiency of 7.44 %rel was achieved.
R. Witteck, H. Schulte-Huxel, D. Hinken, S. Blankemeyer, T. Brendemühl, M. Köntges, K. Bothe
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Risse in der Solarzellenmetallisierung und deren Auswirkung auf die Modulleistung
P
hotovoltaikmodule sind während ihrer Lebensdauer regelmäßig mechanischen Lasten ausgesetzt. Schon beim Transport und bei der Installation wirken Schocks und Vibrationen auf sie ein und während des Betriebs werden sie u. a. durch Schnee und Wind belastet. Manchmal führen diese Belastungen zu Rissen in kristallinen Silizium-Photovoltaikzellen. Solange der Widerstand der Metallisierung durch solche Risse nicht beeinflusst wird, führt dies nur zu einem geringen Leistungsverlust von bis zu 2,5 % in Standard 60-Zell-Photovoltaikmodulen. Falls jedoch der Widerstand der Metallisierung durch den Riss erhöht wird und der Riss einen Teil der Zelle vom stromsammelnden Busbar trennt, kann es zu einem erheblichen Leistungsverlust im Modul kommen. Im Feld wurden beispielsweise Leistungsverluste von bis zu 20 % durch erhöhte Widerstände am Zellriss dokumentiert. Solche Leistungsverluste sind über längere Zeiträume jedoch nicht konstant. Um die Ursachen der zeitlichen Veränderung der Leistung zu verstehen, messen wir die Widerstände der Zellmetallisierung auf der Vorderseite und der Rückseite der Zelle während definierter mechanischer Belastungszyklen an Minilaminaten. Abbildung 33 zeigt den Proben- und Versuchsaufbau. Die Proben sind wie ein Standardmodul aus einem Vorderseitenglas, einer in EthylenVinyl-Acetat (EVA) eingebetteten Siebdrucksolarzelle und einer Rückseitenfolie aufgebaut. Die Zelle ist jeweils 2,0 × 6,5 cm2 groß. Es werden vier Zellverbinder an die Zelle gelötet, so dass der Widerstand jeweils auf der Vorder- und Rückseite separat über den Riss gemessen werden kann.
Biegerolle Bending roll
Silizium Silicon
0
Glas/Glass EVA Aluminiumpaste Aluminum paste Rückseitenfolie Back sheet Riss Crack
Ω 4PP
Vorderseite Front side
Rückseite Rear side
Silber Pad Silver pad
Biegerollen Verschiebung Bending roll displacement
Trägerrollen Bearing rolls
Ω 4PP
Zellverbinder Band Cell interconnect ribbon
Das Minilaminat wird mit einem Drei-Linien-Biegeaufbau mechanisch belastet. Im ersten Zyklus wird die Biegerolle mit einer Geschwindigkeit von 0,1 mm/min verfahren bis ein Riss in der Zelle entsteht. Das ist an einem Abfall der Kraft bei der Biegerolle erkennbar. Danach wird die Probe vollständig entlastet.
Cracks in the solar cell metalization and their impact on the module power
P
hotovoltaic modules are regularly subject to mechanical loads during their lifetime. Right from the transport and the installation, shocks and vibrations affect them and during operation they are put under stress, inter alia by snow and wind. Sometimes these stresses lead to cracks in crystalline silicon photovoltaic cells. As long as the resistance of the metalization is not affected by these cracks, this only cause a small power loss of up to 2.5 % in standard 60-cell photovoltaic modules. If the resistance of the metalization is, however, increased by such a crack and the crack separates part of the cell from the currentcollecting busbar, this can lead to a significant power loss in the module. For example in the field, power losses of up to 20 % through increased resistance at the crack have been documented. Such power losses are, however, not constant over longer periods. In order to understand the cause of the temporal change in power, we measure the resistance of the cell metalization on the front and rear sides of the cell during defined mechanical load cycles on mini laminates. Figure 33 shows the sample and experimental setup. The samples are arranged like a standard module consisting of a front glass, a screen-printed solar cell embedded in ethylene vinyl acetate (EVA) and a backsheet. The cells are each 2.0 × 6.5 cm2. Four cell interconnectors are soldered to the cell to enable the separate measurement of the resistance over the crack on the front and rear sides.
Abbildung/Figure 33: Querschnitt der Probe und des Aufbaus zur Messung der Widerstände der Vorder- und Rückseitenmetallisierung während der Belastungszyklen in der Drei-Linienbiegung. Die Proben sind wie ein Standardmodul aufgebaut aus einem Vorderseitenglas, einer in Ethylenvinylacetat (EVA) eingebetteten Siebdruck-Solarzelle und einer Rückseitenfolie. Die Messung der Widerstände erfolgt über eine VierPunkt-Messung. Cross-section of the sample and the experimental setup for the measurement of the resistance of the front and rear metalization during mechanical stress cycles in the three-line bending test. The samples are arranged like standard modules consisting of a front glass, a screen-printed solar cell embedded in ethylene vinyl-acetate (EVA) and a backsheet. Measurement of the resistance is carried out with a four-point probe.
Mechanical stress is applied to a mini laminate with a three-line bending setup. In the first cycle the bending roll moves at a speed of 0.1 mm/min until the cell cracks. This is noticeable trough a decrease in force to the bending role. Afterwards the force is completely removed from the sample. In subsequent load cycles the
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
In den weiteren Belastungszyklen wird die Biegerolle mit einer Geschwindigkeit von 62,5 mm/min verfahren bis der Zellriss eine Breite von ca. 10 μm erreicht, was einer typischen Rissbreite bei Schneelast entspricht. Der Widerstand der Vorder- und Rückseite wird separat jeweils bei voller Belastung und voller Entlastung gemessen. Abbildung 34 zeigt (a) den Widerstand der Zellvorderseite über die Silberfinger und (b) der Zellrückseite über die AluminiumPaste in Abhängigkeit der Zyklenanzahl in belastetem und unbelastetem Zustand. Die Widerstände der Silberfinger auf der Zellvorderseite steigen im Laufe der Zyklen unter Last bis auf 400 Ω an. Unter Entlastung bleiben die Widerstände konstant auf ihrem Ausgangswert. Die Widerstände der Aluminium-Paste auf der Zellrückseite steigen im Laufe der Zyklen im entlasteten Zustand stetig von 0,03 Ω bis 20 Ω an. Anschließend beginnen die Werte zwischen 0,1 Ω und der Messgrenze von 4.000 Ω zu streuen. Unter Last zeigen die Widerstände ähnliche, leicht höhere Werte. Da die Module die meiste produktive Zeit im Feld entlastet sind, hat die Aluminium-Paste einen sehr viel größeren Einfluss auf den Leistungsverlust im Modul als die Silberfinger.
bending roll is moved at a speed of 62.5 mm/min, until the cell crack reaches a width of c. 10 μm, which corresponds to a typical crack width from a snow load. The resistance of the front and rear sides is separately measured both under full stress and completely stress-free. Figure 34 shows the resistance of (a) the cell front side along the silver fingers and (b) the cell rear side through the aluminum paste depending of the number of cycles in the stressed and unstressed state. The resistance of the silver fingers on the cell front side increases to 400 Ω during the cycles in the stressed state. In the unstressed state the resistance remains constant at its initial value. The resistance of the aluminum paste at the cell rear side increases during the cycles in the unstressed state from 0.03 Ω to 20 Ω. Afterwards the values start to scatter between 0.1 Ω and the measurement limit of 4,000 Ω. In the stressed state the resistance displays similar, slightly higher levels. Since the modules are in the unstressed state for most of their productive time, the aluminum paste has a much greater impact on the loss of module power than the silver fingers.
III II
a
Rückseitenwiderstand/Rear resistance Rr [Ω]
Vorderseitenwiderstand/Front resistance Rf [Ω]
I
3
10
– Belastet/Stressed – Entlastet/Unstressed
2
10
101 100 10-1
100
101
102
103
104
Zyklenanzahl/Number of cycles n [-]
b 3
10
– Belastet/Stressed – Entlastet/Unstressed
2
10
101 100 10-1
100
101
102
103
104
Zyklenanzahl/Number of cycles n [-]
Abbildung/Figure 34: Widerstände der Zellvorderseite (a) und der Zellrückseite (b) im entlasteten Zustand (hellrot bzw. hellblau gefüllte Symbole) und belastetem Zustand (dunkelrote bzw. dunkelblaue Symbole) in Abhängigkeit der Belastungszyklen in der Drei-Linienbiegung. (b) Die Widerstände der Rückseite erreichen die Messbereichsgrenze von 4.000 Ω. Die Ermüdungszustände des Modells aus Abbildung 35 sind farblich von grün (I) bis gelb (III) über dem Diagramm gekennzeichnet. Resistance of (a) the cell front and (b) rear side in the unstressed state (light red resp. light blue filled symbols) and in the stressed state (dark red resp. dark blue symbols) depending on the member of cycles in three-line bending. (b) The resistance of the rear side reaches the measurement limit of 4,000 Ω. The fatigue states of the model from Figure 35 are marked in color from green (I) to yellow (III) above the diagram.
ISFH-Jahresbericht 2015
44
3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Abbildung 35 zeigt unser Modell[3], um das Verhalten der Widerstände der Aluminium-Paste zu erklären. Es besteht aus vier Ermüdungszuständen (Spalten 0 … III in Abbildung 35) im entlasteten und belasteten Zustand (Zeilen in Abbildung 35). Im Zustand 0 ist die Zelle noch nicht gerissen und der Widerstand nicht erhöht. Im Lastfall reißt die Zelle und geht in Zustand I über. Unter dem Mikroskop erkennt man, dass der Riss vollständig durch das Silizium geht, aber in der Aluminiumpaste Brücken bestehen bleiben. Diese Brücken bestehen vermutlich größtenteils aus Aluminium, da der Widerstand unverändert bleibt (Abbildung 34). Nach vier Belastungszyklen kommt es in diesen Brücken zu Ermüdungsbrüchen (Zustand II in Abbildung 35) und der Widerstand der Al-Paste steigt an, wie aus Abbildung 34 hervorgeht. Diese Brücken können ab dem 80. Zyklus sogar wieder Kontakt herstellen (Zustand III in Abbildung 35) und den Widerstand der Al-Paste absenken, wie in Abbildung 34 zu sehen ist. Ab Zyklus 2.000 sind alle Brücken gebrochen und der Widerstand ergibt sich aus einer Kombination gebrochener und wieder kontaktierter Brücken. Ermüdungszustand Fatigue state
0
I
Figure 35 shows our model[3] to explain the behavior of resistance levels in the aluminum paste. It consists of four states of fatigue (columns 0 …III in Figure 35) in the unstressed and stressed state (rows in Figure 35). At fatigue state 0 the cell is not yet cracked and resistance is not increased. Under stress the cell cracks and reaches fatigue state I. Under the microscope one can see that the crack is spreading throughout the silicon, but some bridges remain intact in the aluminum paste. These bridges probably consist for the most part of aluminum, since the resistance remains unchanged (Figure 34). After four load cycles some of these bridges crack due to fatigue (state II in Figure 35) and the resistance of the aluminum paste increases, as shown in Figure 34. These bridges can even reestablish contact from the 80th cycle (state III in Figure 35) and decrease the resistance of the aluminum paste, which can be seen in Figure 34. From cycle 2,000 all the bridges are broken and resistance is a result of the combination of broken and re-contacted bridges.
II
III
Spannung Current Hoch High
Entlastet/ Unstressed
Strompfad Current path Niedrig Low
Belastet/ Stressed Zellriss Cell crack
Brückenbruch Bridge crack
Wechsel Changeover
Abbildung/Figure 35: Schematische Darstellung des Modells zur Erklärung der Widerstände nach dem Riss in der Aluminiumpaste (grau). Die vier Ermüdungszustände (0 bis III) sind farblich in vier Spalten gekennzeichnet und sind für den entlasteten und belasteten Zustand nach Zeilen getrennt. Die Pfeile kennzeichnen die möglichen Übergänge zwischen den Zuständen. Die blaue Linie stellt einen beispielhaften Strompfad in der Zelle dar. Die Helligkeitsabstufung im Strompfad symbolisiert den Spannungsabfall. Der Sprung in der Helligkeit in Zustand II bedeutet einen Anstieg im Widerstand der gebrochenen Brücke. Diagram of the model for the explanation of the resistance levels after cracking in the aluminum paste (grey). The four fatigue levels (0 to III) are marked in color in four columns and are separated in rows for the unstressed and stressed states. The arrows indicate the possible transitions between the levels. The blue line depicts a possible current path in the cell. The brightness gradation in the current path symbolizes the voltage reduction. The jump in the brightness in level II indicates an increase in resistance at the broken bridge.
Die hohe Anzahl von Zyklen, die notwendig sind, um einen erhöhten Widerstand in der Metallisierung zu erzeugen zeigt, warum meist nur relative geringe Leistungsverluste durch Zellrisse beobachtet werden. Die starken Schwankungen der Widerstände bei hoher Zyklenanzahl könnten stark schwankende Leistungsverluste im Modul erklären.
The high number of cycles, which are necessary to increase resistance in the metallization, shows, why only relatively small power losses caused by cell cracks are generally observed. The strong fluctuations in resistance at high cycle numbers may explain strong fluctuations in power loss in the module.
[3] Käsewieter J., Haase F., Köntges M., „Model of cracked Solar Cell Metallization leading to permanent Module Power Loss“, IEEE Journal of Photovoltaics, 2015, DOI: 10.1109/ JPHOTOV.2015.2487829
[3] Käsewieter J., Haase F., Köntges M., “Model of cracked Solar Cell Metallization leading to permanent Module Power Loss”, IEEE Journal of Photovoltaics, 2015, DOI: 10.1109/ JPHOTOV.2015.2487829
Felix Haase
ISFH Annual Report 2015
45
3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Abteilung Solare Systeme Überhitzungsschutz für Solarkollektoren
S
olarkollektoren zur Bereitstellung von Warmwasser und Heizwärme sind bereits ein wichtiger Bestandteil bei der Nutzung regenerativer Energien. Ihre Bedeutung wird noch zunehmen müssen, wenn die energiepolitischen Zielsetzungen der Bundesregierung für das Jahr 2050 noch erreicht werden sollen. Die meisten Solarkollektoren besitzen eine sehr gute Effizienz: das Sonnenlicht wird zu etwa 75-80 % absorbiert, Wärme wird nur minimal abgestrahlt und konvektive Verluste werden entweder bei Flachkollektoren durch Dämmung und Glasabdeckung oder bei Röhrenkollektoren durch Evakuierung des Glasrohrs reduziert. Dies sind technisch optimierte Konzepte, solange die Wärme direkt genutzt oder in einen Wärmespeicher abtransportiert werden kann. Bei größeren, heizungsunterstützenden Solaranlagen jedoch tritt insbesondere im Sommer häufig der Fall auf, dass die Wärme nicht sinnvoll abgenommen werden kann. Dann wird die Umwälzpumpe des Solarkreises abgeschaltet und der Kollektor heizt sich je nach Bauart auf 180 °C bis 220 °C auf. Bei dieser so genannten Stagnation der Anlage verdampft das Glykol-Wasser-Gemisch im Kollektor vollständig und dringt mit hoher Temperatur weit ins geschlossene System des Fluid-Kreislaufs vor. Die technisch erforderliche Auslegung für die wiederkehrend hohe Belastung führt zu entsprechend hohen Kosten für Druckausgleichsgefäße, Dämmmaterial und Pumpen, und nicht zuletzt zu Wartungskosten für die regelmäßige Überprüfung des Glykol-Wasser-Gemischs. Vielfältige Versuche, die Überhitzung durch mechanische Konstruktionen wie Abschattung oder Lüftung zu lösen, haben sich wegen fehlender Wartungsfreiheit und hoher Kosten nicht durchgesetzt. Lediglich Drain-Back-Systeme werden eingesetzt, um die thermische Zersetzung des Glykol-Wasser-Gemischs im Stagnationsfall zu verhindern.
SiO2
Scientific results
Solar systems department Overheating protection for solar collectors
S
olar collectors to provide hot water and room heating are already an important factor in the use of renewable energies. Their importance will have to increase further if the energy policy objectives of the Federal Government for the year 2050 are to be reached. Most solar panels have a very good efficiency: about 75-80 % of sunlight is absorbed, heat radiation is minimal and convective losses are reduced either in flat-plate collectors by insulation and glass covers or in tube collectors by evacuating the glass tube. These are technically optimized concepts, as long as the heat can be used directly or transported to a heat storage tank. For larger, solar-assisted space heating systems, however it frequently occurs especially in summer that the heat cannot be used purposefully. Then, the solar circuit pump is switched off and the collector heats up depending on the design to between 180 °C and 220 °C. In this so-called stagnation state, the glycol-water mixture completely evaporates in the collector and penetrates into the closed system of the fluid loop at a high temperature. The design, which is technically required for this recurrent high stress leads to correspondingly high costs for expansion tanks, insulation and pumps, and not least for maintenance costs for the regular checking of the glycolwater mixture. Various attempts to solve the overheating by mechanical means such as shading or ventilation have not gained acceptance due to maintenance requirements and high costs. Only drain-back systems are used to prevent the thermal decomposition of the glycol-water mixture when stagnation occurs.
VO2
Aluminium/Aluminum
500 nm
Abbildung/Figure 36: Elektronenmikroskopische Aufnahme einer auf Aluminium abgeschiedenen thermochromen VO2-Schicht mit SiO2Deckschicht. Electron micrograph of a thermochromic VO2 layer deposited on aluminum with SiO2 cover layer.
ISFH-Jahresbericht 2015
46
3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Im ISFH-Jahresbericht 2014 berichteten wir über ein Verbundprojekt mit dem Kollektorhersteller KBB und dem Röhrenhersteller Narva, bei dem durch den Einsatz von so genannten Heat-Pipes die Überhitzung im Fluid-Kreislauf verhindert wird.
In the ISFH Annual Report 2014, we reported on a joint project with the collector manufacturer KBB and the tube manufacturer Narva, in which overheating in the fluid circuit was prevented through the use of so-called heat pipes.
Eine weitere eigensichere und wartungsfreie Lösung des Stagnationsproblems bietet das thermochrome Schichtsystem, das wir zusammen mit der Viessmann GmbH und deren Partnern in Frankreich, CEA INES und Institut Jean Lamour, entwickelt haben. Der Aluminium-Absorber, der im Wesentlichen aus Vanadiumdioxid (VO2) und einer schützenden Deckschicht aufgebaut ist (Abbildung 36), hat wie handelsübliche Absorber auch, bei normalen Betriebstemperaturen einen hohen Absorptionsgrad im Bereich des Sonnenspektrums und im Spektralbereich der Wärmeabstrahlung einen niedrigen Emissionsgrad (Abbildung 37) oder – was aus physikalischen Gründen gleichwertig ist – einen hohen spektralen Reflexionsgrad (Abbildung 38). Bei Temperaturen über 70 °C wird bei diesem neuen Absorber jedoch durch einen Phasenwechsel des VO2 die Wärmeemission um ein Vielfaches erhöht (Abbildung 37). Damit steigen die Wärmeverluste des Kollektors überproportional an und eine Überhitzung der Solarflüssigkeit kann verhindert werden. Die temperaturgesteuerte Erhöhung des Emissionsgrades erkennt man an der Reduktion des spektralen Reflexionsrades im mittleren und langwelligen Infrarot-Bereich (Abbildung 38) oder auch direkt mit einer Infrarot-Kamera an der bei Betriebstemperaturen über 70 °C erhöhten Abstrahlung (Abbildung 39).
Another intrinsically safe and maintenance-free solution to the stagnation problem is provided by the thermochromic layer system that we have developed, together with Viessmann GmbH and their partners in France, CEA INES and Jean Lamour Institute. The aluminum-absorber consists essentially of vanadium-dioxide (VO2) and a protective covering layer (Figure 36). Like commercially-available absorbers, at normal operating temperatures it has a high degree of absorption in the region of the solar spectrum and a low emissivity in the spectral range of heat radiation (Figure 37), or – what is equivalent for physical reasons – a high spectral reflectance (Figure 38). At temperatures above 70 °C, however, heat emission is increased many times over at this new absorber by a phase change of the VO2 (Figure 37). In this way heat losses rise over-proportionately and an overheating of the solar fluid can be prevented. The temperature-controlled increase of the emissivity can be seen in the reduction of the spectral reflectance in the mid- to long-infrared region (Figure 38) or directly with an infrared camera at elevated radiation in the operating temperatures above 70 °C (Figure 39).
Absorbertemperatur Schalttemperatur Absorber temperature < Transition temperature
Niedrige Verluste Minor losses Schaltbare thermochrome Schicht/ Switchable thermochromic layer
Abbildung/Figure 37: Funktionsweise einer thermochromen Schicht. a) Hat der Absorber eine niedrige Temperatur, so heizt er sich wegen der hohen solaren Absorption und den niedrigen Verlusten durch Wärmeabstrahlung effektiv auf oder gibt die Wärme an den Wärmeträger ab. b) Hat der Absorber die Schalttemperatur von etwa 70 °C überschritten, erhöht sich die Wärmeabstrahlung um ein Vielfaches und verhindert durch diesen Verlust eine Überhitzung des Systems. Functionality of a thermochromic layer. a) At a low temperature the absorber heats up effectively due to the high solar absorption and the low losses trough heat radiation or transfers the heat to the heat transfer medium. b) If the absorber has exceeded the critical temperature of about 70 °C, heat radiation increases many times over and this loss prevents the system overheating.
Absorber
a Absorbertemperatur Schalttemperatur Absorber temperature > Transition temperature
Hohe Verluste Major losses
b
ISFH Annual Report 2015
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
1,00
T=25°C
Reflexionsgrad/Reflectance ρ [-]
Abbildung R$CI [-] Intensität /Intensity
T=100°C
0,75
0,50
Schwarzkörperstrahlung/ Black-body radiation
Solarstrahlung/ Solar radiation (AM 1,5)
0,25
0,00 1.000
300
10.000
Wellenlänge/Wavelength λ [nm] Abbildung/Figure 38: Der spektrale Reflexionsgrad der thermochromen Schicht ist temperaturabhängig. Für die Funktion des auf VO2 basierenden Schichtsystems ist der Bereich der Schwarzkörperstrahlung zwischen 2.500 nm und 50.000 nm entscheidend. Bei Raumtemperatur ( ) liegt ein hohes und bei 100 °C ( ) ein niedriges Reflexionsvermögen vor. Der Emissionsgrad verhält sich entsprechend umgekehrt: Er ist bei Raumtemperatur niedrig und oberhalb der Schalttemperatur (70 °C) hoch. Der spektrale Reflexionsgrad im Bereich der Solarstrahlung und damit der solare Absorptionsgrad sind nur wenig von der Temperatur des Absorbers abhängig. The spectral reflectance of the thermochromic layer is temperature-dependent. For the functionality of a VO2-based layer system, the range of blackbody radiation between 2,500 nm and 50,000 nm is crucial. At room temperature ( ) reflectance is high and at 100°C ( ) it is low. For emissivity the reverse is true: it is low at room temperature and high above the critical temperature (70 °C). The spectral reflectance in the range of solar radiation and thus solar absorption is only slightly dependent on the temperature of the absorber.
Thermochrom ε ≈ 5%
Thermochrom ε ≈ 40%
Standard ε ≈ 5%
Standard ε ≈ 5%
20 °C
85 °C
Wärmeträgertemperatur/Heat carrier temperature
Abbildung/Figure 39: Infrarot-Aufnahme eines Viessmann-Kollektors zur Demonstration des thermochromen Effektes. Die obere Kollektorhälfte ist mit einem thermochromen Absorber und die untere mit einem StandardAbsorber ausgestattet. Linkes Bild: Bei Durchströmung mit kaltem Wasser zeigt die Infrarot-Kamera für beide Hälften die geringe Abstrahlung von Absorbern mit 5 % Emission an. Rechtes Bild: Wird der Kollektor mit 85 °C heißem Wasser durchströmt, verbleibt der Standardabsorber bei 5 % Emission. Der Emissionsgrad des thermochromen Absorbers steigt dagegen auf 40 %. Infrared shot of a Viessmann collector to demonstrate the thermochromic effect. The upper half of the collector is provided with a thermochromic absorber and the lower half with a standard absorber. Left image: when cold water passes through, the infrared camera indicates the low radiation of absorbers for both halves with a 5 % emission. Right image: when hot water passes through at 85 °C the standard absorber remains at 5 % emission. The emissivity of the thermochromic absorber rises to 40 %.
ISFH-Jahresbericht 2015
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Wir haben darüber hinaus dynamische Systemsimulationen mittels TRNSYS für ein standardisiertes Einfamilienhaus mit Warmwasserbereitung und solar unterstützter Heizung durchgeführt, um den Effekt eines thermochromen Kollektorfeldes zu untersuchen. So haben wir die Stagnationshäufigkeit und den konventionell gedeckten Wärmebedarf für ein thermochromes und ein Standardsystem ermittelt. Aufgrund der gewollten Abstrahlungsverluste bei höheren Betriebstemperaturen ergibt sich für den mitteleuropäischen Standort Potsdam, dass das System mit thermochromem Kollektorfeld einen geringen, um 1,5 % höheren, konventionell gedeckten Wärmedarf hat, als ein System mit gleich großem Standard-Kollektorfeld. Dagegen wird die Häufigkeit des Eintretens der Stagnation durch thermochrome Kollektoren drastisch gesenkt. Für ein durchschnittliches Jahr wird die Dauer der Stagnation, definiert durch eine Kollektortemperatur über 120 °C, um 70 % bis 75 % reduziert. Darüber hinaus ist die maximal mögliche Stagnationstemperatur im thermochromen Kollektorfeld um 30 K reduziert (Abbildung 40).
Scientific results
We have also performed dynamic system simulations with TRNSYS for a standardized detached house with water heating and solar-assisted room heating to examine the effect of a thermochromic collector field. In this way, we have determined the frequency of stagnation and the conventional heat demand for a thermochromic and a standard system. Due to the deliberate radiation losses at higher operating temperatures it emerges that the system with a thermochromic collector has at the central European location of Potsdam a 1.5 % higher conventional heat requirement than a system with a similarly-dimensioned standard collector array. In contrast, the frequency of the occurrence of stagnation with thermochromic panels is drastically reduced. For an average year, the period of stagnation, defined by a collector temperature of above 120 °C, is reduced by 70 % to 75 %. In addition, the maximum stagnation temperature for a thermochromic collector field is reduced by about 30 K (Figure 40).
60
Thermochrom Standard
Häufigkeit/Abundance A [h/a]
50 40 30 20 10 0 5 18 5… 17 5 17 5… 16 5 16 5… 15 5 15 5… 14 5 14 5… 13 5 13 5… 12 5 12 5… 11 5 11 5… 10 5 10 … 95 95 … 85 85 … 75 75 … 65 Absorbertemperatur/Absorber temperature T [°C] Wir danken dem BMWi für die Förderung des Verbundprojekts „TASK“ (FZ 0325998) und des Folgeverbundprojekts „ProTASK“ (FZ 0325858), dass in 2016 beginnt. Ziele von „ProTASK“ sind weitere technische Verbesserungen des Absorbers sowie die Optimierung von heizungsunterstützenden Kombi-Solaranlagen mit thermochromen Prototypen-Kollektoren. Viessmann und ISFH werden Anlagen im Feld und auf dem ISFH-Testdach untersuchen.
Abbildung/Figure 40: Häufigkeitsverteilung der Absorber-Temperatur eines solaren Kombisystems am mitteleuropäischen Standort Potsdam für einen Standardabsorber und einen thermochromen Absorber. Frequency distribution of the absorber temperature for a solar combined system at the Central European location of Potsdam, for a standard absorber and a thermochromic absorber.
We thank BMWi for funding the joint project “TASK” (FZ 0325998) and the follow-up joint project “ProTASK” (FZ 0325858) that will begin in 2016. The objectives of “ProTASK” are further technical improvements of the absorber and the optimization of auxiliary heating combined solar systems with thermochromic prototype panels. Viessmann and ISFH will examine systems in the field and on the ISFH test roof.
Rolf Reineke-Koch
ISFH Annual Report 2015
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Das Gebäude als solarer Wärmespeicher
B
isher werden Systeme zur solaren Raumheizung in der Regel mit einem Pufferspeicher realisiert, dessen Volumen entscheidend für den Anteil nutzbarer solarer Wärme ist. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Gebäude oder eher seine thermischen Masse (Wände, Decken etc.) selbst als Speicher zu nutzen. Trotz vieler Vorteile gibt es bisher in Deutschland nur wenige solcher Systeme, deren Auslegung und Regelung im Allgemeinen nicht bekannt sind. In diesem Zusammenhang hat das ISFH zusammen mit dem Massivhaushersteller HELMA Eigenheimbau AG ein neues Konzept für Sonnenhäuser entwickelt[4]. Derartige Gebäude, die einen solaren Deckungsanteil für Wärme von mindestens 50 % aufweisen, werden in der Regel mit einem 5-10 m3 großen Pufferspeicher errichtet, dessen hohe Kosten bisher einer weiten Verbreitung von Sonnenhäusern entgegenstehen. In dem neu entwickelten Konzept wird das Pufferspeichervolumen auf 1 m3 reduziert. Um weiterhin einen hohen solaren Deckungsanteil zu erzielen, wird die thermische Masse des Gebäudes durch eine Bauteilaktivierung, hier über eine im Betonkern der Decken angeordnete Fluidleitung, erschlossen. Diese wird direkt mit dem Sonnenkollektorkreis verbunden und ist deshalb in der Lage, einen erheblichen Teil der Raumbeheizung zu übernehmen. Die restliche Raumbeheizung erfolgt über Heizkörper. Diese werden wie auch die Frischwasserstation für die Warmwasserbereitung vom Pufferspeicher versorgt, der neben der Solaranlage von einer erdreichgekoppelten Wärmepumpe erwärmt wird. Über einen zusätzlichen Wärmeübertrager kann solare Wärme zur Regeneration und als Stagnationsschutz in den Erdwärmekollektor eingebracht werden, der gleichzeitig die Wärmequelle für die Wärmepumpe darstellt. Bild 41 zeigt ein vereinfachtes Energieflussschema. Das Konzept ist zunächst umfangreich in Systemsimulationen untersucht worden. Dabei haben wir nicht nur die grundsätzliche Funktion bestätigt sondern auch hohe solare Deckungsanteile ermittelt. Zusammen mit dem Projektpartner RESOL Elektronische Regelungen GmbH ist eine Regelung entwickelt worden, mit der die solare Wärme optimal auf die drei möglichen Wärmesenken verteilt wird. Durch Simulationen sind zudem die wichtigsten Einflussfaktoren zur optimalen Anbindung der Wärmepumpe an den Pufferspeicher identifiziert worden.
[4] Das Konzept wurde innerhalb des Projekts SH-T-Opt (FKZ 0325981) entwickelt und wird im Projekt SH-T-Opt Exp (FKZ 0325559) weiter untersucht. Beide Projekte wurden/werden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags gefördert.
Scientific results
The building as a solar heat storage
S
olar space heating systems have hitherto usually been realized with a buffer storage tank, whose volume is crucial for the proportion of usable solar heat. Alternatively, it is possible to use the building itself or rather its thermal mass (walls, ceilings etc.) as heat storage. Despite their numerous advantages, only few of these systems exist in Germany and their design and control mechanisms are generally unknown. In this context, ISFH and the manufacturer of solid houses HELMA Eigenheimbau AG have developed a new concept for solar-active houses[4]. Such buildings with a solar thermal fraction of at least 50 % are usually built with large buffer storages of 5 -10 m3, the high costs of which prevent a wide distribution of solar-active houses. In the newly developed concept, the buffer storage volume is reduced to 1 m3. In order still to achieve a high solar fraction, the thermal mass of the building is used trough thermal activation, here realized with fluid pipes embedded in the concrete core of the ceiling. The thermal activation is connected directly to the solar collector circuit and is therefore able to take over a significant portion of the space heating demand. The remaining space heating demand is provided by radiators. These and the hot water supply are fed from a buffer storage, which is heated by the solar thermal collectors and a ground-coupled heat pump. Solar heat may also be used with an additional heat exchanger for regeneration and preventing stagnation within the ground heat collector, which is also the heat source for the heat pump. Figure 41 shows a simplified energy flow chart. First, the concept was extensively investigated in system simulations. In this way we not only ascertained that it performs its basic function but also that it achieves high solar fractions. Together with our project partner RESOL Elektronische Regelungen GmbH a control system was developed, which distributes the solar heat optimally among the three possible sinks. Furthermore, the most important factors influencing the optimum connection of the heat pump to the buffer storage tank were indentified through simulations.
[4] The concept was developed as part of the SH-T-Opt project (FKZ 0325981) and is further investigated in the SH-T-Opt Exp project (FKZ 0325559). Both projects were/are funded by the German Federal Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi) on the basis of a decision of the German Federal Parliament.
ISFH-Jahresbericht 2015
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Ko lle k
to r/C o
lle c
to r
Bauteilaktivierung/Thermal activation
Decke/Ceiling
25 … 35°C
Bodenplatte/Ground slab
Frischwasserstation Fresh water station
Wärmespeicher Heat storage
35 … 90°C
1m3
Elektrische Energie Electrical energy
Radiatoren/Radiators
Glykolkreis Glycol circuit
Wärmepumpe Heat pump
Nutzwärme Useful heat Trinkwarmwasser Domestic hot water 5 … 25°C
Elektrischer Strom Electrical current
Erdwärmekollektor Horizontal ground heat exchanger
Sole Brine
Abbildung/Figure 41: Energiefluss-Schema des neuen Wärmeversorgungskonzepts für Sonnenhäuser. Energy flow chart of the new heating concept for solar-active houses.
ISFH Annual Report 2015
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Alle aus den Systemsimulationen gewonnenen Erkenntnisse sind in den Bau eines Prototypgebäudes eingeflossen, welches der Projektpartner HELMA Eigenheimbau AG als dreigeschossiges Einfamilienhaus in Hannover errichtet hat. Bild 42 zeigt das Gebäude während des Einbaus der unteren Bauteilaktivierung in der Decke zwischen Keller und Erdgeschoss. Auf dem Dach ist ein 32 m2 großes Kollektorfeld installiert worden (Abbildung 43). Das Heizsystem ist im März 2015 in Betrieb gegangen.
Scientific results
All the findings revealed in the system simulations were taken into account in the construction of a prototype building, which was built in Hanover by the project partner HELMA Eigenheimbau AG as a three-story detached house. Figure 42 shows the building during the installation of the lower thermal activation in the ceiling between the cellar and the ground floor. A collector field of 32 m2 was installed on the roof (Figure 43). The heating system went into operation in March 2015.
Abbildung/Figure 42: Einbau der Bauteilaktivierung in der Decke Keller/ Erdgeschoss im Prototyphaus. Installation of the thermal activation in the ceiling between cellar and ground floor in the prototype building.
Das Gebäude ist mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet worden, die neben einem Funktionsnachweis auch eine genaue Bilanzierung aller wichtigen Energieströme im Gebäude ermöglicht. Die Messwertaufnahme begann im April 2015. Bis Ende Oktober 2015 ist eine nahezu 100%ige solare Deckung erreicht worden, und daraus resultierend eine äußerst kurze Betriebszeit der Wärmepumpe. Die Messungen werden in den nächsten beiden Heizperioden fortgeführt und erlauben so eine umfassende energetische Bewertung des Gebäudekonzepts.
The building was equipped with extensive measuring equipment enabling proof of its functionality and an accurate determination of all significant energy flows within the building. Data recording started in April 2015. By the end of October 2015, a solar fraction of almost 100 % was achieved resulting in a very short operation of the heat pump. The measurements are being continued in the next two heating seasons, thus allowing a comprehensive energy assessment of the building concept.
Abbildung/Figure 43: Installation der Sonnenkollektoren mit einer Aperturfläche von 32 m2. Installation of the solar thermal collectors with an aperture area of 32 m2.
ISFH-Jahresbericht 2015
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Die Kosten für die neue Sonnenhaustechnik liegen für den Prototyp etwa in gleicher Höhe wie beim bisherigen Konzept mit großem Pufferspeicher. Unter Berücksichtigung der Mehraufwendungen für Messtechnik sowie möglicher Einsparungen durch günstigere Komponenten und erprobte Abläufe ist hingegen eine deutliche Kostenreduktion im Serienprodukt zu erwarten.
3
Scientific results
The prototype costs of the new solar-active house technology are of the same level as the conventional concept with a large buffer storage tank. However, taking into account the additional expenditure for measuring equipment and possible cost savings due to cheaper components and tested processes, a significant cost reduction has to be expected in the serial product.
Abbildung/Figure 44: Heizraum mit Messdatenerfassung (Bildmitte) sowie Wärmepumpe und 1 m3 Speicher. Heating room with measurement equipment (in the center), heat pump and 1 m3 buffer storage.
Ausgehend von der hier umgesetzten Sonnenhaus-Systemtechnik sind weitere Systemvarianten erarbeitet worden, in denen das Gebäude als Speicher für die solare Wärme dient. Im Vergleich zum bisher betrachteten Konzept unterscheiden sich diese Varianten dadurch, dass nur ein Heizsystem im Gebäude verwendet wird. Dies können auch konventionelle Systeme wie Radiatoren oder Fußbodenheizungen sein, so dass sich diese Konzepte auch für den Gebäudebestand eignen. Unsere Simulationsrechnungen zeigen, dass auch mit diesen Konzepten hohe solare Deckungsanteile bei kleinem Pufferspeichervolumen erreichbar sind.
Based on the solar-active house systems technology implemented here further system variants were developed, in which the building acts as a storage for solar heat. Compared to the concept considered previously, these variants differ in that only one heating system is used in the building. This may also be conventional systems such as radiators or underfloor heating systems, which makes these concepts more suitable for existing buildings. Our simulations show that these concepts also achieve high solar fractions with a small buffer storage volume.
Abbildung/Figure 45: Außenansicht des Gebäudeprototyps nach der Fertigstellung. External view of the building prototype after completion.
Jens Glembin
ISFH Annual Report 2015
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Projekt HEISTA – Entwicklung von Prüfverfahren für Frischwasser- und Wohnungsstationen
D
ie Optimierung von solarthermisch unterstützen Heizungssystemen in Ein- und Mehrfamilienhäusern ist ein Forschungsschwerpunkt der Abteilung Systemtechnik des ISFH. Dabei spielen nicht nur die wesentlichen Bestandteile wie Wärmeerzeuger, Wärmespeicher und Wärmelasten eine wichtige Rolle, sondern auch weitere Systemkomponenten, welche einen energieeffizienten Betrieb und eine optimale Abstimmung ermöglichen. Im Bereich der thermischen Energiesysteme kommt eine Vielzahl von kompakten Wärmeübergabe und -verteileinheiten zum Einsatz. Einen wichtigen Anteil bilden dabei Frischwasserund Wohnungsstationen. Bei der Verwendung von Frischwasserstationen können Speicher für Trinkwarmwasser entfallen, was insbesondere in Bezug auf Wasserhygiene (Legionellen) Vorteile bietet. Wohnungsstationen bieten bei Gebäuden mit mehreren Wohneinheiten und zentraler Wärmeversorgung einen energetischen Vorteil, da die Anzahl der wärmeverlustbehafteten Rohrleitungen außerhalb der Wohneinheiten von vier (Heizungsvor- und Rücklauf, Trinkwarmwasser und Zirkulation) auf zwei (Heizungsvor- und Rücklauf) reduziert werden kann, die zudem mit geringeren Vor- und Rücklauftemperaturen betrieben werden können. Auch hier wird kein Trinkwarmwasser gespeichert. In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt wird ein Prüfverfahren entworfen und fortgeschrieben, dessen Ziel es ist, eine einheitliche Bewertbarkeit und Vergleichbarkeit dieser Komponenten zu schaffen. Zur Bewertung wird die zu prüfende Einheit (Frischwasseroder Wohnungsstation) in den Versuchsstand eingebaut. Auf der Primärseite befindet sich in Analogie zu typischen Einbausituationen ein 1.000 Liter Pufferspeicher zur Wärmeversorgung. Kaltwasserseitig wird ein 800 Liter Speicher auf eine konstante Temperatur von 10 °C konditioniert. Auf der Sekundärseite (Warmwasseraustritt) werden über eine mit schaltenden und analogen Magnetventilen bestückte Zapfkaskade bestimmte regelungs- und komfortrelevante Zapfprofile durchfahren. Eine nach EnEV gedämmte definierte Rohrleitungsstrecke bildet die Möglichkeit, Prüflinge unter Berücksichtigung einer möglichen Trinkwarmwasserzirkulation zu untersuchen. Für die Untersuchung von Wohnungsstationen ist darüber hinaus der Anschluss eines Leitungspaares vonnöten, das Vor- und Rücklauf der Wohnungsheizung abbildet. Als Bewertungskriterien werden für den Nutzer unmittelbar spürbare Unterscheidungsmerkmale überprüft. Sie lassen sich in Leistungskriterien mit maximalen und minimalen Warmwasserzapfraten und Komfortkriterien einteilen, in denen die Temperaturkonstanz und Störanfälligkeit bei unterschiedlich langen und schnell wechselnden Warmwasserzapfungen bewertet wird. Der
Scientific results
HEISTA Project – Development of test procedures for domestic hot-water modules and dwelling stations
T
he optimization of solar-thermal-assisted heating systems in detached, semi-detached and apartment houses is a focus of research of the solar systems department of ISFH. Here not only the essential parts such as heat generators and thermal storages and heating demand play a major role but also additional components of the system which enable energy-efficient operation and optimized fine tuning. In thermal energy systems there are a multitude of compact heat transfer and distribution modules in use. Here domestic hot-water modules and dwelling stations form an important element. In the use of domestic hot water modules there is no need for hot potable water storage. This is an advantage especially regarding aspects of water hygiene (legionella). Dwelling stations provide an energy-saving advantage in buildings with several apartments and central heating as the amount of piping prone to heat loss outside the apartments can be reduced from four (heating feed and return, domestic hot water and circulation water) to two pipes (heating feed and return) which can also be operated at a lower feed and return temperature. Here too there is no need for storage of hot water. In a research project funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi) a testing procedure is being designed and updated with the aim of developing a uniform measurability and comparability of these components. For evaluation purposes the unit to be tested (domestic hotwater modules and dwelling stations) is installed in the test rig. Analogous to typical installation situations a 1,000 l buffer tank is located on the primary side for heat supply. On the cold water side there is a 800 l tank set to a constant temperature of 10 °C. On the secondary side (hot water discharge) specific tapping profiles required for control and convenience are achieved with a cascade of switching and analog magnetic valves. A defined piping route insulated according to German energy-saving regulations (EnEV) gives the possibility of analyzing test samples having regard to a possible domestic hot water circulation. For the examination of dwelling stations the connection of a pair of pipes is necessary representing the feed and return of the apartment heating. As evaluation criteria, immediately noticeable differentiating factors for the user are being tested. They can be divided into performance criteria with maximum and minimum hot water tapping rates and convenience criteria where the constancy of temperature and susceptibility to perturbation when hot water is used for different lengths of time and with rapid changes is evaluated. The cushioning effect of the pipework beyond the test module is incorporated in the evaluation.
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Wissenschaftliche Ergebnisse
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Scientific results
Abbildung/Figure 46: Frischwasserstation während der Prüfung. Domestic hot water module in testing.
Dämpfungseffekt durch nachgeschaltete Zapfleitungen wird in die Bewertung mit einbezogen. In weiteren Prüfungen wird die Energieeffizienz untersucht. Im Wesentlichen werden hier der elektrische Stromverbrauch von Pumpe und Reglereinheit während der Zapfungen, aber auch im Stillstand und Anlauf, die Auskühlverluste nach dem Zapfen, Stillstandsverluste und die sich bildende primäre Rücklauftemperatur zur Wärmequelle betrachtet. Weiterhin erfolgt eine Beurteilung der Verluste durch Komfortoptionen wie Warmhaltung und Zirkulation. Hierbei entstehen geringste Leistungsabnahmen, die sich aber wesentlich auf den Jahresenergieverbrauch und die Effizienz vorgeschalteter Pufferspeicher infolge der möglichen höheren Rücklauftemperaturen auswirken. Für die den Heizspeicher speisenden Systeme wie thermische Solaranlagen, Wärmepumpen, Brennwertkessel usw. hat eine niedrige Rücklauftemperatur höchste Relevanz.
Energy efficiency is the focus of further tests. Essentially the electricity consumption of the pump and the control panel during tapping but also when idle and in the start-up phase, the heat losses after tapping as well as when idle and the resulting temperature of the return pipe to the heat source are considered. The losses caused by convenience options such as heat retention and circulation are also taken into consideration. These convenience options cause minor performance reductions but have a significant impact on annual energy consumption and the efficiency of upstream buffer tanks due to possible higher return temperatures. For heat sources supplying the thermal storage such as solar thermal systems, heat pumps, condensing boilers, etc. a lower return temperature is highly relevant. An elementary part of the process is to check the existence and function of safety temperature limiters as well as safety pressure limiters within isolatable, heatable parts of the test modules.
Das Prüfen auf Vorhandensein und Funktion von Sicherheitstemperaturbegrenzern bzw. Sicherheitsdruckbegrenzern innerhalb absperrbarer, beheizbarer Bereiche des Prüflings ist ein elementarer Bestandteil des Verfahrens.
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3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Wassernetz Water grid
4-50 l/min
M
Kühlwasserringleitung Cooling water loop
Scientific results
T 1-5
Vmax ≈ 50 l/min
Statische Heizung Static heating
M
0,2-4,0l/min
T
Kaltwasserspeicher Cold water storage
T
F
Prüfling Specimen T P 1-1 1-10
G
B
P 1-7
T 1-3
P 1-9
T 1-4
Warmwasserspeicher Warm water storage
D
800 l
T P 1-12 1-11
C
T
1.000 l
E P 1-15
A
P
Proportional-Mengenregler Proportional flow controller
Temperatur-Vorhaltung Temperature maintenance Differenzdruckregler primär 100-400 mbar Differential pressure controller primary 100-400mbar
Abbildung/Figure 47: Hydraulikschema des Prüfstands. Hydraulic diagram of the test facility.
Die Prüfergebnisse fließen in eine tabellarische Darstellung nach Komfortklassen analog einer am Institut für Solartechnik (SPF) in Rapperswil entworfenen Einteilung ein. Dargestellt wird die Temperaturkonstanz bei gleichbleibender und sprunghafter Änderung der Zapfung.
The test results are presented in tabulated form by convenience classes analogous to a classification drafted at the Institute for Solar Technology (SPF) in Rapperswil. The constancy of water temperature is shown with constant and suddenly changing tapping rates.
Der Nachweis der Leistungsfähigkeit umfasst den maximalen und den minimalen Zapfvolumenstrom bei festgelegten Zapftemperatursollwerten.
The performance documentation includes the maximum and minimum tapping flow rate at given tapping temperatures.
Die Bewertung der Energieeffizienz erfolgt anhand eines am ISFH entworfenen Exceltools. Darin werden unter vordefinierten Zapfprofilen Jahresenergieverbräuche aufgegliedert nach thermischer Verlustleistung und elektrischem Energieverbrauch ermittelt. Die in dem Tool erzeugten Daten sind minutengenau aufgelöst und können auch zur Weiterverwertung in etablierten wissenschaftlichen Simulationswerkzeugen wie TRNSYS verwendet werden. Insgesamt soll den zukünftigen Betreibern bzw. Planern von Frischwasserstationen und Wohnungsstationen die Möglichkeit gegeben werden, unterschiedliche Fabrikate anhand der Prüfergebnisse objektiv vergleichen zu können.
The evaluation of energy efficiency is made with an Excel-Tool designed at ISFH. Annual energy demand is subdivided into thermal losses and electrical energy demand with predefined tapping profiles. The data created with this tool are resolved in precise one-minute time steps and they can even be further utilized in established scientific simulation tools such as TRNSYS. All in all the user and planner of domestic hot-water modules and dwelling stations should be given the possibility of an impartial comparison of different products on the basis of these test results.
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Wissenschaftliche Ergebnisse
3
Scientific results
Abbildung/Figure 48: Entwurf des zusammenfassenden Ergebnisdatenblattes der Prüfung von Frischwasserstationen. Fact sheet summing up test results for domestic hot water modules.
Carsten Lampe
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Weiterbildung Akademische Ausbildung
D
en Forschungseinrichtungen und den Universitäten kommt die gemeinsame Aufgabe zu, ausreichend Nachwuchs für die Forschung auszubilden. Im Jahr 2015 wurden eine Reihe von Lehrveranstaltungen an der Leibniz Universität Hannover und niedersächsischen Fachhochschulen durchgeführt: Vorlesung „Physik der Solarzelle“
Dozent: Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 2 SWS[5]. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover. Diese Vorlesung behandelt die Grundlagen der Halbleiterphysik und alle physikalischen Prozesse, die für die Funktion einer Solarzelle wichtig sind. Dabei wird insbesondere auf die optischen Eigenschaften des Halbleiters, die Lichteinkopplung in die Solarzelle, den Transport von Elektronen und Löchern sowie auf die Rekombination von Ladungsträgern eingegangen. Die Vorlesung gibt eine Einführung in das Herstellen und experimentelle Charakterisieren von Solarzellen. Die physikalischen Grenzen des Wirkungsgrades von Solarzellen werden berechnet. Die Vorlesung richtet sich an Studierende aus der Physik und aus den Ingenieurwissenschaften ab dem 5. Semester. Übung zur Vorlesung „Physik der Solarzelle“
Dozent: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 2 SWS. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover. Als Ergänzung der Vorlesung und zur Vertiefung des Stoffes bieten wir Übungen an. Im Rahmen der Übungen lernen die Studierenden, die physikalischen Prozesse in Solarzellen selbst mit dem Computer zu simulieren. Diese Übung richtet sich an Studierende, welche die Vorlesung „Physik der Solarzellen“ hören. Vorlesung „Grundlagen der Halbleiterphysik“
Dozent: Prof. Dr. Jan Schmidt, 2 SWS. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover. Diese Vorlesung behandelt die elektronischen und optischen Eigenschaften von Halbleitern sowie deren Anwendung in Bauelementen. Die Vorlesung befasst sich insbesondere mit den Themen Bändertheorie, Eigen- und Störstellenleitung, Defekte in Halbleitern, Rekombinationsprozesse, Ladungsträgertransport, pn-Übergänge, Heteroübergänge, Metall-Halbleiter-Kontakte, Halbleiterbauelemente (Dioden, Transistoren, Photodioden).
[5] SWS – Semesterwochenstunde
Education Academic education
R
esearch institutions and universities have the joint task of training sufficient young people in research.
In 2015 some teaching events were held at the Leibniz Universität Hanover and Lower Saxon‘ technical colleges: Course “Physics of solar cells”
Lecturer: Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 2 SCH[5]. Faculty of Mathematics and Physics, Leibniz Universität Hannover. This course deals with the basics of semi-conductor physics and all physical processes which are important to the function of a solar cell. At the same time, in particular, the optical characteristics of the semi-conductor, the trapping of light in the solar cell, the transport of electrons and holes as well as the recombination of charge carriers are considered. The course gives an introduction into the production and experimental characterization of solar cells. The physical limits of the efficiency levels of solar cells are calculated. The course is aimed at students of physics and engineering science from the fifth semester onwards. Seminar based on the course “Physics of solar cells”
Lecturer: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 2 SCH. Faculty of Mathematics and Physics, Leibniz Universität Hannover. In addition to the course and to reinforce its content, we offer exercises based upon it. During these exercises students learn how to simulate the physical processes in solar cells themselves with a computer. These exercises are aimed at students attending the course “Physics of solar cells”. Course “Fundamentals of semiconductor physics”
Lecturer: Prof. Dr. Jan Schmidt, 2 SCH. Faculty of Mathematics and Physics, Leibniz Universität Hannover. This course deals with the electronical and optical properties of semiconductors and their application in devices. The course includes in particular the following topics: band theory, intrinsic and extrinsic conduction, defects in semiconductors, recombination processes, carrier transport, pnjunctions, heterojunctions, metal-semiconductor junctions, semiconductor devices (diodes, transistors, photodiodes).
[5] SCH – Semester credit hours
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Weiterbildung
Vorlesung „Halbleitermesstechnik für die Photovoltaik“
Dozenten: Dr. Karsten Bothe, Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 2 SWS. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover. In der Vorlesung wird der Herstellungsprozess einer kristallinen Siliziumsolarzelle vom Siliziumblock bis zur Solarzelle betrachtet. Die jeweiligen Analyseverfahren zur Beurteilung der einzelnen Prozesse werden vorgestellt und erklärt. Dieses sind insbesondere Analyseverfahren zur Material-Charakterisierung wie Leitfähigkeit, Ladungsträgerdichte, Ladungsträgerlebensdauer, Defekte, Kristallorientierung und zur Prozess-Charakterisierung wie Dotierprofile, Textur, Ladungsträgerlebensdauer, Schichtdicke und Brechungsindex und der Solarzellen-Charakterisierung wie Strom-Spannungs-Kennlinie, Quanteneffizienzen, Reflexion, Shuntanalyse und Serienwiderstand.
4
Education
Course “Semiconductor measuring techniques for photo-
voltaics” Lecturers: Dr. Karsten Bothe, Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 2 SCH. Faculty of Mathematics and Physics, Leibniz Universität Hannover. In this course the production process of a crystalline silicon solar cell is considered from the silicon block to the solar cell. The relevant analytical techniques for the evaluation of the individual processes are presented and explained. These are both analytical techniques for material characterization (conductivity, charge carrier density, charge carrier lifetime) and process characterization (dopant profiles, texture, layer thickness and refraction index) as well as techniques for characterizing solar cells (current-voltage characteristic, quantum efficiency, reflection, shunt analysis, photo-and electroluminescence imaging).
Kennlinien-Messtisch für Solarzellen mit Rückseitenkontakten. Measurement chuck for rear side contacted solar cells.
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Weiterbildung
Vorlesung „Erneuerbare Energien“, Teilvorlesung „Nieder-
temperatur-Solarthermie“ Dozenten: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf, Dipl.-Ing. Jens Glembin,1 SWS. Fakultät für Maschinenbau, Leibniz Universität Hannover. Am Institut für Turbomaschinen und Fluiddynamik der LUH wird im Sommersemester die Vorlesung „Erneuerbare Energien“ unter der Leitung von Prof. Seume durchgeführt. Das Teilgebiet Niedertemperatur-Solarthermie enthält die Schwerpunkte Sonnenstrahlung, Kollektoren, Speicher und Systeme sowie Markt und Richtlinien. Ferner findet für die Studierenden eine Exkursion zum ISFH mit Fokus auf die Aktivitäten der Abteilung Solare Systeme statt. ISFH-Kolloquium „Solarenergieforschung“
Verschiedene externe Dozenten, 2 SWS. Organisation: Dr. Rolf Reineke-Koch Institut für Solarenergieforschung Hameln. Externe Referenten berichten über aktuelle Forschungsergebnisse aus den Bereichen Photovoltaik und Solarthermie. Die behandelten Themen und die genauen Termine werden jeweils in der Rubrik „Veranstaltungen“ auf den Internetseiten des ISFH (www.isfh.de) veröffentlicht.
Education
Course “Renewable energy”, Part lecture “Low-temperature
solar thermal energy” Lecturers: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf, Dipl.-Ing. Jens Glembin, 1 SCH. Faculty of Mechanical Engineering, Leibniz Universität Hannover. The course “Renewable Energy”, conducted by Prof. Seume, is held at the Institut für Turbomaschinen und Fluiddynamik at the LUH during the summer term. The subject Low-temperature solar thermal energy use covers the topics solar radiation, solar thermal collectors, thermal storages and systems as well as market aspects including rules and standards. In addition, the students are provided the opportunity to visit the solar systems department of ISFH. ISFH colloquium “Solar energy research”
Various external lecturers, 2 SCH. Organization: Dr. Rolf Reineke-Koch Institute for Solar Energy Research Hamelin. External speakers report on the latest research results from the areas of photovoltaics and solar heating. The subjects covered as well as the particular terms can be found in the category “Events” on the ISFH web-site (www.isfh.de). Course “Simulation and Design of Solar Cells”
Vorlesung „Simulation und Design von Solarzellen“
Dozent: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 1 SWS. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover. Im Rahmen der Vorlesung werden die Studierenden selber Solarzellen simulieren und sich dadurch die Fähigkeit erarbeiten, auch andere Halbleiter-Bauelemente zu simulieren.
Lecturer: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 1 SCH. Faculty of Mathematics and Physics Leibniz Universität Hannover. As part of the course the students themselves will simulate solar cells and thereby acquire the skills also to simulate other semiconductor components. Seminar based on the course “Simulation and Design of Solar
Übungen zur Vorlesung „Simulation und Design von Solar-
zellen“ Dozent: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 2 SWS. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover. Hier werden die Vorlesungsthemen anhand von praktischen Beispielen am PC vertieft.
Cells” Lecturer: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 2 SCH. Faculty of Mathematics and Physics Leibniz Universität Hannover. Here the topics of the course are consolidated with practical examples on the PC. Course “Introduction to Renewable Energy Technology”
Vorlesung „Einführung in die regenerative Energietechnik“
Dozent: Dr. Roland Goslich, 2 SWS. Hochschule Weserbergland (HSW), Hameln. Die Vorlesung umreißt die Nutzungsmöglichkeiten der Solarenergie. Sie beginnt mit Rahmendaten zur Energieerzeugung, hin zu den physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung, weiter über die solarthermische Wärmegewinnung und beschreibt schließlich die Grundlagen der Stromerzeugung mit Hilfe von Silizium-Solarzellen. Die Vorlesung richtet sich an Studierende im sechsten Semester des dualen Studiengangs „Energietechnik“.
Lecturer: Dr. Roland Goslich, 2 SCH. Hochschule Weserbergland (HSW), Hamelin. The course outlines the possibilities for using solar energy. It begins with outline data on energy production, continues by way of the basic physics of solar radiation, then solar thermal heat production and finally describes the basics of electricity production with the help of silicon solar cells. The course is designed for students in the sixth semester of the dual “Energy technology” course.
Roland Goslich
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Weiterbildung
NILS – Die Lernwerkstatt am ISFH
D
Education
NILS – The learning workshop of the ISFH
T
ie Lernwerkstatt NILS wurde am 1. August 2001 als Kooperationsprojekt des Niedersächsischen Kultusministeriums mit dem ISFH gegründet. Sie dient der im Klimaschutzaktionsplan Niedersachsen formulierten Aufgabenstellung der Förderung des Austausches zwischen Wissenschaft und Schulen und ist dem Aufgabenbereich der Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE) des Kultusministeriums zugeordnet.
he NILS Learning Workshop was founded on 1 August 2001 as a cooperative project between the Lower Saxon Ministry of Education and the ISFH. It serves to encourage communication between science and schools in accordance with the terms of reference formulated by the Lower Saxon Climate Protection Action Plan and is allocated to the area of responsibility of the Education for Sustainable Development department of the Ministry of Education.
Als Lernlabor eines Forschungsinstitutes unterstützen wir den Nachwuchs im mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Bereich (MINT). Unser vielfältiges Kursangebot reicht von der Grundschule bis zur beruflichen Ausbildung und der Ausbildung von Lehrern.
As a learning laboratory of a research institute, we support young talent in the mathematics-science-technology field (MINT). Our diverse course offer extends from primary schools to professional and teacher training.
Die Lernwerkstatt wird von einem Team geleitet. Es besteht aus insgesamt fünf Personen, die neben ihren beruflichen Verpflichtungen einen Teil ihrer Arbeitszeit der Lernwerkstatt widmen.
Aktivitäten und Highlights
The Learning Workshop is run by a team. It comprises a total of five people who, in addition to their professional commitments, dedicate part of their working hours to the Learning Workshop.
Activities and highlights
Internationale Regionale Klimakonferenz in Hannover (ICCA) Im Vorfeld der Klimakonferenz im Dezember 2015 in Paris fand in Hannover eine Konferenz statt, die die Bedeutung von Kommunen beim Klimaschutz zum Thema hatte. Neben der eigentlichen Konferenz waren verschiedenste Unternehmen und Initiativen eingeladen, sich in der Orangerie der Herrenhäuser Gärten vorzustellen – so auch die Lernwerkstatt NILS.
International Regional Climate Conference in Hanover (ICCA) Prior to the Climate Change Conference in Paris in December 2015, a conference took place in Hanover on the topic of the importance of local authorities to climate protection. Aside from the actual conference, a wide variety of companies and initiatives were invited to present themselves in the Orangery of the Herrenhausen Gardens – also including the NILS learning workshop.
Schülerwettbewerb „Junge Energiewender“, angefragt von den Veranstaltern des 4. Niedersächsischen Forum für Energiespeicher und -systeme am 19. Mai 2015 im MedicalPark in Hannover. Wie schon bei den drei vorhergehenden Foren bereiteten die NILS-Lehrer die Wettbewerbsaufgabe vor
School student competition “Young Energy Changers”, requested by the organizers of the the 4th Lower Saxon Energy Storage and Systems Forum in Medical Park in Hanover on 19 May 2015. As at the three previous fora, the NILS-teachers prepared the competition task and assisted the school student
Abbildung/Figure 50: Ein Jurymitglied informiert sich bei den Schülern über den Stand der Bearbeitung der Wettbewerbsaufgabe. A jury member finds out from school students about their progress with their competition task.
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Weiterbildung
und unterstützten die Schülerteams bei der Ausführung. Zur Beteiligung an diesem Wettbewerb waren alle niedersächsischen Schulen aufgerufen. 33 Schulen haben sich daraufhin beworben und vier Schulen wurden schließlich durch das Umwelt- und Wirtschaftsministerium ausgewählt. Bei der diesjährigen Aufgabe sollten die Schüler aus einer festgelegten Anzahl kleiner Zellen Module konstruieren, und zwar so, dass das gefertigte Modul möglichst viel Brennstoff bei einer Elektrolyse von Wasser produziert. Der Brennstoff (Wasserstoff) wurde zum Betrieb eines kleinen Brennstoffzellenautos verwendet und hier wurde nach der längsten Fahrzeit mit einer Kraftstofffüllung gesucht.
Education
teams in its execution. All schools in Lower Saxony were invited to participate in this competition. 33 schools subsequently applied and four schools were finally chosen by the Ministry of the Environment and Economic Affairs. In this year’s task the students were to construct modules from a fixed number of small cells and do so in such a way that the finished module produced as much fuel as possible with the electrolysis of water. The fuel (hydrogen) was used to power a small fuel-cell car and the longest driving time with the fuel produced was the aim.
Abbildung/Figure 51: Die Wettbewerbsteilnehmer präsentieren ihre Ergebnisse im Hörsaal. The competitors present their results in the lecture theater.
Sommeruniversität für Kinder und Jugendliche in Rinteln Der Beitrag von NILS bei der Sommeruniversität stand unter dem Motto: „Solarenergie: Unendliche und umweltfreundliche Energie für die Menschheit“. Die Umsetzung erfolgte durch eine Vorlesung und ein experimentelles Praktikum. Es bestand aus drei Teilen mit den Themen „Solarstrahlung“, „Experimente mit Si-Solarzellen“ und „Experimente mit Solarmodulen und SolarElektrofahrzeuge“. Insgesamt wurden 18 Lernstationen für die jungen Studenten aufgebaut. Umwelttage Weserbergland An der Weserbergland Umweltwoche vom 13.-20.9.2015 beteiligte sich die Lernwerkstatt mit zwei Veranstaltungen. Sonntags betreute sie ganztägig einen Stand mit Lernstationen zu Modulen und führte ein Solarbootwettrennen für die kleinen und großen Gäste im Hamelner Bürgergarten durch. NILS im Verbund von niedersächsischen Lernstandorten und Umweltbildungszentren Alljährlich findet eine Landestagung der außerschulischen Lernstandorte Niedersachsens inklusive der Regionalen Umweltbildungszentren im Rahmen einer Bildung für nachhaltige Entwicklung und des globalen Lernens statt. Auf der diesjährigen Tagung in Springe stellte die NILS didaktisches Material aus und präsen-
Summer university for children and young people in Rinteln NILS’ contribution to the Summer University came under the motto “Solar Energy: infinite environmentally-friendly energy for humanity”. The implementation took the form of a lecture and an experimental practical. It comprised three parts with the topics of “Solar Irradiation”, “Experiments with Silicon Solar Cells” and “Experiments with Solar Modules and Solar-Electric Vehicles”. A total of 18 learning stations were set up for the young students. Weserbergland Environment Days The Learning Workshop participated in the Weserbergland Environment Week from 13 to 20 September 2015 with two events. On the Sundays it supervised an all-day stand with learning stations on modules and organized a solar boat race for big and small guests in the Hamelin Bürgergarten. NILS in the association of Lower Saxon Learning Locations and Environmental Education Centers Every year a state conference of the extra-school learning locations in Lower Saxony takes place including the Regional Environmental Education Centers as part of education for sustainable development and global learning. At this year’s conference in Springe, NILS displayed teaching material and presented five
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Weiterbildung
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Education
tierte fünf Lernstationen. Vor allem Vertreter von Standorten, die auch technische Komponenten haben, waren sehr interessiert und konnten Anleitungen und Ideen für ihre Tätigkeit mitnehmen.
learning stations. Principally representatives of locations with technical components were very interested and were able to take with them guidance and ideas for their own work.
NILS bei der Volkswagen AG Im Oktober fand ein NILS-Termin in der Ausbildungsakademie bei der Volkswagen AG im Motorenwerk Salzgitter statt. Dort führte die NILS im Rahmen der Energiewoche der Stadt Salzgitter einen Nachmittag über den Themenschwerpunkt „Alternative Antriebe“ durch. Eingeladen waren 25 SchülerInnen der Klassenstufen 7-9 aus Schulen in Salzgitter. Dabei bauten die SchülerInnen eine Solartankstelle mit dem von der NILS entwickelten SUSE-Experimentiersystem sowie ein Solarfahrzeug. Darüber hinaus informierten VW-Ingenieure über Kraftfahrzeuge mit alternativen Antriebstechniken, beispielsweise beim E-Up Elektrofahrzeug, dem Hybrid-Tuareg, und einem Brennstoffzellenfahrzeug.
NILS at Volkswagen AG In October a NILS event took place at the Training Academy of Volkswagen AG in the engine plant in Salzgitter. There NILS conducted an afternoon concentrating on the topic of “Alternative Forms of Propulsion” as part of the Salzgitter Town Energy Week. 25 school students from classes 7-9 in Salzgitter were invited. During the afternoon the students built a solar filling station using the SUSE experimentation system developed by NILS as well as a solar-powered vehicle. In addition, VW engineers provided information about vehicles with alternative means of propulsion, for example the E-Up electric vehicle, the hybrid Tuareg and a fuel cell vehicle.
Abbildung/Figure 52: „Schülerstudenten“ in der Sommeruniversität Rinteln beim experimentellen Praktikum. School students acting as “students” during the experimental practical at the Summer University in Rinteln.
Lehrerfortbildungskurse In diesem Jahr hat die NILS vorwiegend an Grundschulen Lehrerfortbildungskurse durchgeführt, beispielsweise in Klettenberg, in Berlin-Karow und in Oldenburg. Hier wurden Lehrkräfte mit den Experimenten der Sonnenfängerbox GS vertraut gemacht und ausgebildet. In Kooperation mit der BBS Wildeshausen/ Oldenburg wurde gemeinsam die Oldenburger Sonnenfängerbox entwickelt. Durch einen „Letter of Intent“ seitens des ISFH wurde
Teacher training courses This year NILS has mainly undertaken teacher training courses at primary schools, for example in Klettenberg, Berlin-Karow and Oldenburg. Here teachers were familiarized with and trained in conducting experiments with the GS sun-catcher box. The Oldenburg sun-catcher box was developed in collaboration with the BBS Wildeshausen/Oldenburg. Collaboration with Professor Weßnigk’s physics teacher training at the Leibniz Universität,
Abbildung/Figure 53: Mit großem Einsatz bauen junge Teilnehmer am Solarbootrennen im Hamelner Bürgergarten ihr Boot zusammen. Young participants in the solar boat race in the Bürgergarten in Hamelin assembling their boats with great enthusiasm.
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Weiterbildung
Education
eine Kooperation mit der Physik-Lehrerausbildung der Leibniz Universität Hannover bei Professor Weßnigk vereinbart. Zur Universität Düsseldorf entstanden Kontakte, die auf einen Aufbau eines Schülerlabors im Bereich Umwelttechnik zielen.
Hanover was agreed with a “letter of intent” on the part of ISFH. Contact also took place with the University of Düsseldorf with a view to the creation of a school student laboratory in the area of environmental technology.
Betreuung von Seminarfacharbeiten durch NILS-ISFH In Kooperation mit dem Seminarfach Solarenergie für den 11. Jahrgang des Goethegymnasiums Hildesheim haben im Frühjahr 2015 insgesamt dreizehn Schülerinnen und Schüler mit Unterstützung des ISFH ihre Facharbeit angefertigt. Manche haben Wissenschaftler des ISFH zu ihrem jeweiligen Thema direkt befragt und Anregungen und Hilfen zu bekommen. Hier einige Beispiele für solche Seminarthemen:
Supervision of seminar tasks by NILS-ISFH In the spring of 2015 a total of thirteen school students from class 11 of the Goethegymnasium, Hildesheim undertook their seminar task on the subject of solar energy with the support of ISFH. Some asked ISFH scientists questions on their particular topics and received ideas and assistance. Here are some examples of the seminar topics:
Abbildung/Figure 54: Die Neugier ist groß: Schülerinnen informieren sich am Solarstand der NILS auf der regionalen Klimakonferenz (ICCA) in der Orangerie des Schlosses Herrenhausen. The curiosity is great: school students inform themselves at the NILS solar stand at the regional climate conference (ICCA) in the Orangery at the Palace of Herrenhausen.
Vergleich des Sonnenspektrums mit den gemessenen Spek-
Comparison of the solar spectrum with measured spectra of
tren verschiedener Lichtquellen Absorption von Strahlung bei farblosen und farbigen Gläsern Die Optimierung der Strahlungsabsorption beim thermischen Sonnenkollektor
Absorption of radiation by colorless and colored glass The optimization of radiation absorption in solar thermal
various light sources collectors
Abbildung/Figure 55: Bundesumweltministerin Barbara Hendricks und der niedersächsische Umweltminister Stefan Wenzel mit Schülerinnen und Schülern beim Pressetermin in der Orangerie. Federal Environment Minister Barbara Hendricks and the Lower Saxon Environment Minister Stefan Wenzel at the press event in the Orangery.
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Weiterbildung
Charakterisierung von Solarzellen Solaranlagen: Preisentwicklung und Qualitätskontrolle und
Defekte
Education
Characterization of solar cells Solar systems: price development and quality control and
defects
Energiewende in Deutschland
Energy change in Germany
Grundsätzlich sind solche Arbeiten wissenschaftspropädeutisch. Dabei geht es immer um eine Zusammenfassung von vorhandenen Erkenntnissen und eigenständige, eigene Messungen. Die Arbeiten liegen im NILS-Labor aus und können von interessierten SchülerInnen eingesehen werden.
Basically such work is introductory science. It always concerns a summary of existing knowledge and independent measurements undertaken by the students. The work is on display in the NILS laboratory and can be seen by interested school students.
Green Day Die Green Day Initiative der Zeitbildstiftung startete in 2012. Sie wird vom Bundesumweltministerium unterstützt und hat das Ziel, Jugendlichen einen Einblick in Berufs- und Studienperspektiven im Umwelt bzw. Klimaschutzbereich zu verschaffen.
Green Day The Green Day initiative of the Zeitbild Foundation started in 2012. It is supported by the Federal Environment Ministry and has the aim of providing young people with an insight into professional and study opportunities in the environmental or the climate protection fields.
Abbildung/Figure 56: Herstellung einer Solartankstelle und eines Elektrofahrzeugs in der Ausbildungswerkstatt bei der Volkswagen AG in Salzgitter. Creation of a solar filling-station and an electric vehicle in the training workshop at Volkswagen AG in Salzgitter.
Energy-Camp in Kooperation mit Westfalen-Weser Ebenfalls regelmäßig findet jährlich das Energy Camp der Westfalen-Weser-Energie statt, in deren Rahmen SEKII-SchülerInnen das ISFH besichtigen. Diesmal bauten die rund 20 SchülerInnen ein Solarmodul selbst zusammen und unterzogen es anschließend verschiedensten Experimenten.
Energy Camp in collaboration with Westfalen-Weser The Westfalen-Weser-Energie Energy Camp also regularly takes place every year, in which students of classes 11-12 visit ISFH. On this occasion, around 20 students assembled a solar module themselves and subsequently subjected it to all kinds of experiments.
Abbildung/Figure 57: Oberstufenschüler beim Rundgang durch das ISFH. A-Level students touring ISFH.
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Weiterbildung
Education
Zukunftstag am ISFH Interessierte Kinder und Jugendliche waren eingeladen, den 25. April am ISFH zu verbringen, um einen Einblick in die Solarenergieforschung zu bekommen. Dabei gab es für die 17 TeilnehmerInnen zwei Schwerpunkte:
Future Day at ISFH Interested children and young people were invited to spend 25th April at ISFH in order to be able to obtain an insight into solar energy research. Two focal points were offered to the participants:
Selbstbau eines PV-Solarbootes mit anschließenden Experi-
Making a PV solar-powered boat themselves with follow-up
menten Herstellung einer Metallbox in der Metall-Werkstatt des ISFH
Production of a metal box in the ISFH metal workshop
experiments
Abbildung/Figure 58: Dr. Bothe (rechts) erläutert einem Oberstufenschüler die Funktionsweise der Messapparatur LOANA. Dr. Bothe (right) explains the functioning of a piece of measuring equipment LOANA to an A-Level student.
Natürlich lernten die SchülerInnen bei dieser Veranstaltung die beruflichen Tätigkeiten von ISFH-Beschäftigten kennen und konnten sie durch Interviews detailliert befragen.
Of course, the school students became acquainted with the professional activities of ISFH employees at this event and were able to ask them detailed questions about it in interviews.
Schüler-Projekte „Solare Mobilität“ in Kiel und Flensburg Im Rahmen einer Ausstellung und Infokampagne des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung (BMWF) zur Elektromobilität organisierte die Lernwerkstatt in den Citti-ParkEinkaufszentren in Kiel und Flensburg vier Workshops für
School-student projects „Solar Mobility“ in Kiel and Flensburg As part of a Federal Ministry for Science and Research (BMWF) exhibition and information campaign on electromobility, the Learning Workshop organized four workshops for school students in the Citti-Park shopping centers in Kiel and Flensburg for school
Abbildung/Figure 59: Schülerinnen auf dem Dach des ISFH beim Experimentieren mit ihren selbstgebauten Modulen. School students on the roof of ISFH experimenting with the modules they made themselves.
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Weiterbildung
Education
SchülerInnen der Region. Mit GrundschülerInnen wurde ein kleines Solarfahrzeug mit einer Solarzelle auf dem Verdeck hergestellt. Die SchülerInnen der SEK I stellten ein Elektrofahrzeug mit einem Solarspeicher her, bauten eine PV-Solartankstelle selbst und führten dazu verschiedene Experimente durch.
students from the region. A small solar-powered vehicle was constructed with primary school pupils with a solar cell on the roof. School students from classes 5-10 produced an electric vehicle with solar storage, constructed a PV filling-station themselves and carried out various experiments with them.
Schülerlabor Saline in Saarbrücken (HTW) Vor fünf Jahren wurde das Schülerlabor „Saline“ an der Hochschule für Wirtschaft und Technik in Saarbrücken (HTW) mit Unterstützung von NILS-ISFH gegründet. NILS-Konzepte und Experimentiergerätesysteme werden seither dort erfolgreich eingesetzt.
Saline school student laboratory in Saarbrücken (HTW) Five years ago, the ”Saline“ school student laboratory was founded at the Saarbrücken University for Economics and Technology (HTW) with assistance from NILS-ISFH. NILS concepts and experimentation equipment systems have since been successfully used there.
Abbildung/Figure 60: Schüler bei der praktischen Arbeit an einer Lernstation in der Lernwerkstatt NILS. School students doing practical work at a work station in the NILS Learning Workshop.
Volker Napp, Wolf-Rüdeger Schanz, Marie-Luise Kröger, Roland Goslich
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Kooperationen
Cooperations
Partner aus Universitäten & Forschungseinrichtungen/ Partners from universities & research facilities Inland/National Carl von Ossietzky Universität Oldenburg; Oldenburg
Leibniz Universität Hannover, Institut für Wirtschaftsinformatik; Hannover
Fachhochschule Düsseldorf; Düsseldorf Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik; Halle Fachhochschule Nordhausen; Nordhausen Forschungszentrum Jülich GmbH, Projektträger Jülich (PTJ); Jülich Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (FhG-CSP); Halle
NEXT ENERGY – EWE Forschungszentrum für Energietechnologie e.V.; Oldenburg Ostfalia Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel, Fachbereich Versorgungstechnik; Wolfenbüttel
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (FhG-ISE); Freiburg Physikalisch-Technische Bundesanstalt; Braunschweig Georg-August-Universität Göttingen, IV. Physikalisches Institut; Göttingen
Solar- und Wärmetechnik Stuttgart (SWT); Stuttgart
Geowissenschaftliches Zentrum der Universität Göttingen; Göttingen
Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik; Dresden
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Berlin
TU Braunschweig, Institut für Thermodynamik; Braunschweig
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW); Hamburg
TU Clausthal, Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme (TUC); Clausthal-Zellerfeld
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW); Berlin
Universität Kassel, Institut für Thermische Energietechnik, Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik; Kassel
Hochschule Hannover, Institut für Verfahrenstechnik, Energietechnik und Klimaschutz; Hannover
Universität Kiel, Technische Fakultät, Lehrstuhl für Allgemeine Materialwissenschaft; Kiel
Hochschule Osnabrück; Osnabrück
Universität Konstanz, Fachbereich Physik; Konstanz
Hochschule Weserbergland; Hameln
Universität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW); Stuttgart
Institut für Statik und Dynamik; Hannover Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie; Hannover Leibniz Universität Hannover, Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik; Hannover Leibniz Universität Hannover, Institut für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE); Hannover Leibniz Universität Hannover, Institut für Thermodynamik; Hannover Leibniz Universität Hannover, Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik; Hannover
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Kooperationen
Cooperations
Partner aus Universitäten & Forschungseinrichtungen/ Partners from universities & research facilities Ausland/International Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie (AEE); Gleisdorf, Österreich
Middle East Technical University; Çankaya Ankara, Türkei National Renewable Energy Centre (CENER); Sarriguren, Spanien
Australian National University (ANU); Canberra, Australien Austria Solar Innovation Center (ASiC), Fachhochschule Campus Wels; Wels, Österreich Austrian Institute of Technology (AIT); Wien, Österreich Canary Islands Institute of Technology (ITC); Santa Lucía, Gran Canaria, Spanien Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB); Sophia Antipolis, Frankreich EURAC – European Academy of Bozen/Bolzano; Bozen, Italien
National Renewable Energy Laboratory (NREL); Golden, Vereinigte Staaten von Amerika NCSR Demokritos – Institute of Informatics and Telecommunications; Ag. Paraskevi Attikis, Griechenland Technical Research Institute of Sweden (SP); Boras, Schweden University of Oxford, Department of Materials; Oxford, Großbritannien University of Warwick, School of Engineering; Coventry, Großbritannien
Institut für Solartechnik Prüfung Forschung (SPF); Rapperswil, Schweiz Institut Jean Lamour, Université de Lorraine; Nancy cedex, Frankreich Institut National de l’Energie Solaire (CEA INES); Le Bourget-du-Lac, Frankreich
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Kooperationen
Cooperations
Partner aus Industrie, Planung & Entwicklung/ Partners from industry, planning & development Inland/National Aescusoft GmbH; Freiburg
janßen energieplanung; Hannover
August Brötje GmbH; Rastede
Kälte-Klima GmbH Bertuleit & Müller; Hameln
Avacon AG; Helmstedt
KBB Kollektorbau GmbH; Berlin
Bosch Thermotechnik GmbH; Wettringen
Klimaschutzagentur Weserbergland; Hameln
Bundesverband Solarwirtschaft (BSW); Berlin
Kluth Dachbaustoffe GmbH; Barsinghausen
Bystronic Deutschland GmbH; Heimsheim
Kömmerling Chemische Fabrik GmbH; Pirmasens
Carsten Grobe Passivhaus, Architektur- und TGA-Planungsbüro; Hannover
Konvortec GmbH; Schermbeck Krempel GmbH; Vaihingen/Enz.
centrotherm photovoltaics AG; Blaubeuren CLAGE GmbH; Lüneburg
Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik; Hannover
Delta Systemtechnik GmbH; Celle
LOHRconsult GmbH & Co. KG; Hannover
Elster GmbH; Hameln
Meyer Burger AG; Hohenstein-Ernstthal
Energieservice Westfalen-Weser GmbH; Kirchlengern
Narva Lichtquellen GmbH + Co. KG; Brand-Erbisdorf
Energy Glas Glasbeschichtungsgesellschaft mbH & Co. KG; Wolfhagen
nD-System GmbH; Hannover neonsee GmbH; Konstanz
Euroglas GmbH; Haldensleben Parabel Energiesysteme; Potsdam Freiberg Instruments; Freiberg PHOENIX CONTACT Electronics GmbH; Bad Pyrmont GBH Mieterservice Vahrenheide GmbH; Hannover Pommerening Armaturenwerk GmbH & Co. KG; Hameln GWS Stadtwerke Hameln GmbH; Hameln pro Klima GbR bei der Stadtwerke Hannover AG; Hannover h.a.l.m. elektronik gmbh; Frankfurt am Main PV-plan, Ingenieurbüro für Photovoltaik; Stuttgart Hanwha Q-Cells AG; Thalheim pv-tools GmbH; Hameln Heimkehr Wohnungsgenossenschaft eG; Hannover RESOL – Elektronische Regelungen GmbH; Hattingen HELMA Eigenheimbau AG; Lehrte Schlenk Metallfolien GmbH & Co. KG; Roth-Barnsdorf Heraeus Deutschland GmbH&Co KG; Leverkusen Singulus Technologies AG; Kahl am Main Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer GmbH; Hameln SolarWorld Innvovations GmbH; Freiberg Instrument Systems Optische Messtechnik GmbH; München
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Kooperationen
Cooperations
Partner aus Industrie, Planung & Entwicklung/ Partners from industry, planning & development Solvis GmbH; Braunschweig
VEKA AG; Sendenhorst
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG; Holzminden
Viessmann Werke GmbH & Co. KG; Allendorf
tec5 AG; Oberursel
Wacker Chemie AG; Burghausen
Terra Umweltwärmesonde GmbH; Sarstedt
Wagner Solar GmbH; Kirchhain
TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH; Köln Vaillant Deutschland GmbH; Remscheid
Ausland/International Camel Solar Ltd.; Skopje, Mazedonien
Savosolar Oy; Mikkeli, Finnland
CGA Techologies Spa; Cividale del Friuli (Udine), Italien
Sinton Instruments; Boulder, Vereinigte Staaten von Amerika
MEMC Electronic Materials SpA; Novara, Italien
SoLayTec BV; Eindhoven, Niederlande
Meyer Burger AG; Thun, Schweiz
Viessmann S.A.S; Faulquemont, Frankreich
Institutsmitgliedschaften/Institute memberships Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie (AEE); Gleisdorf, Österreich
Klimaschutzagentur Weserbergland; Hameln
Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW); Berlin
Laboratorium für Nano- und Quantenengineering (LNQE); Hannover
ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE); Berlin
Leibniz Forschungszentrum Energie 2050 (LiFE 2050); Hannover
Informationsdienst Wissenschaft (idw); Bochum Innovationsnetzwerk Niedersachsen; Hannover International Solar Energy Society (ISES); Freiburg
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Dokumentation
Documentation
Institutskolloquien/Institute colloquia Breitenstein O.: Neue Entwickungen zur verbesserten Abbildung lokaler Wirkungsgradparameter. Max-Planck Institut (MPI) für Mikrostrukturphysik, Halle. ISFH, Emmerthal, 14.4.2015
Nehm R.: Plasma Profiling Time of Flight Mass Spectrometry: A New Powerful Technique for Material Characterisation. HORIBA Jobin Yvon S.A.S., Unterhaching. ISFH, Emmerthal, 2.6.2015
Döscher H.: Tandem device design for photoelectrochemical water splitting. Philipps-Universität Marburg und National Renewable Energy Laboratory (NREL), USA, Marburg. ISFH, Emmerthal, 24.11.2015
Nolte L.: Energieeffizienz als zweite Säule der Energiewende. Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen GmbH (KEAN), Hannover. ISFH, Emmerthal, 6.1.2015
Essig S.: Development of III-V/Si Multi-Junction Solar Cells. National Renewable Energy Laboratory (NREL), Denver, Colorado, USA. ISFH, Emmerthal, 21.8.2015 Fündling S.: 3-dimensionale Halbleiterstrukturen. Institut für Halbleitertechnik (IHT), TU Braunschweig, Braunschweig. ISFH, Emmerthal, 20.1.2015 Grinewitschus V.: Hilft das Smart-Home bei der Energiewende? Institut Energiesysteme und Energiewirtschaft, Campus Bottrop Hochschule Ruhr West, Bottrop. ISFH, Emmerthal, 14.7.2015 Hanke-Rauschenbach R.: Gestaltung von Energiespeichersystemen: Ein Ansatz zur Technologieauswahl und Dimensionierung. Fachgebiet Elektrische Energiespeichersysteme (IEH-EES), Leibniz Universität Hannover, Hannover. ISFH, Emmerthal, 21.4.2015 Henning H.: Die Transformation des deutschen Energiesystems – eine ganzheitliche Analyse unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg. ISFH, Emmerthal, 8.10.2015 Jooß W.: Innovative Produktionslösungen zur Herstellung aktueller und zukünftiger Siliziumsolarzellen. Centrotherm Photovoltaics AG, Blaubeuren. ISFH, Emmerthal, 6.10.2015 Kessler M.: Digitalisierung und die Rolle des Internets bei der energetischen Altbausanierung. Energieheld GmbH, Hannover. ISFH, Emmerthal, 13.10.2015 Kobayashi E.: Efficient heterojunction solar cells on n-type epitaxial kerfless silicon wafers. Choshu Industry Co., Ltd., Yamaguchi, Japan. ISFH, Emmerthal, 21.9.2015 Lüpfert E.: Solarthermische Kraftwerke (CSP), Beiträge aus Forschung und Entwicklung, Tests und Technologietransfer. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Institut für Solarforschung, Köln. ISFH, Emmerthal, 16.6.2015 Mai J.: Solarsilizium – Neue und alte Wege zwischen Wunsch und Wirklichkeit. JPM Silicon GmbH, Braunschweig. ISFH, Emmerthal, 30.6.2015
Preu R.: Industrielle Produktion von PERC-Solarzellen. Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg. ISFH, Emmerthal, 12.5.2015 Stannowski B.: Thin film silicon solar cells: Liquid-phase crystallized silicon on glass surpassing ‘classical’ thin-film silicon. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH Solarenergieforschung Heterogene Systeme (SE 2), Berlin. ISFH, Emmerthal, 17.3.2015 Tay A.: 1. Introduction of Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS). 2. Performance of a PV-Thermal System Installed in a Student Hostel in Singapore. 3. Stress Analysis of Silicon Wafer Based Photovoltaic Modules in Operation. National University of Singapore, Department of Mechanical Engineering, Singapore, Singapore. ISFH, Emmerthal, 6.2.2015 Tempez A.: Plasma Profiling Time of Flight Mass Spectrometry: A New Powerful Technique for Material Characterisation. HORIBA Jobin Yvon S.A.S., Unterhaching. ISFH, Emmerthal, 2.6.2015 Van Nieuwenhuysen K.: Epitaxial Silicon foils @ IMEC. Interuniversity Microelectronics Center (IMEC), Leuven-Heverlee, Belgien. ISFH, Emmerthal, 4.6.2015 von Maydell K.: Stromspeicher im Energiesystem. Next Energy EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e.V., Oldenburg. ISFH, Emmerthal, 17.11.2015 Voss T.: ZnO nanowires for optical sensing and energy harvesting. Institut für Halbleitertechnik (IHT), TU Braunschweig, Braunschweig. ISFH, Emmerthal, 27.1.2015 Wohlfart P.: Herausforderungen für den Maschinenbau im Bereich der Photovoltaik. Singulus Technologies AG, Kahl am Main. ISFH, Emmerthal, 19.5.2015 Wullenkord M.: Photokatalytische und photoelektrochemische Erzeugung von solaren Brennstoffen. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Solarforschung, Köln. ISFH, Emmerthal, 3.11.2015 zum Hingst J.: Energieszenarien Niedersachsen 2050. CUTEC Institut an der TU Clausthal, Clausthal-Zellerfeld. ISFH, Emmerthal, 8.12.2015
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Dokumentation
Documentation
Gastwissenschaftler/Guest scientists Berardone I., Politecnico di Torino, Italien, (08/2015-01/2016)
Walter D., Australian National University (ANU), Australien, (05/2014-03/2015)
Pranaitis M., Applied Research Institute for Prospective Technologies, Litauen, (01/2015-02/2015)
Mitarbeit in Fachgremien/Membership in professional bodies Bothe K.: Globales Komitee für Silizium Wafer; Technisches Mitglied
Föste S.: IEA SHC TASK 54 „Price Reduction of Solar Thermal Systems“; Mitglied
Bothe K.: Globales Komitee für Standards in der Photovoltaik; Technisches Mitglied
Föste S., Giovannetti F., Lampe C., Littwin M., Niepelt R., Ohrdes T., Reineke-Koch R., Rockendorf G., Steinweg J.: Projektträger Jülich (PtJ) Forschungsnetzwerk „Energie in Gebäuden und Quartieren“; Mitglieder
Bothe K.: Internationales Standardisierungsprogramm der SEMI; Mitglied Brendel R.: European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; Mitglied des Scientific Committee Brendel R.: ForschungsVerbund Erneuerbare Energien, Berlin; Mitglied des Direktoriums Brendel R.: Institut für Festkörperphysik, Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover; Vorstand Brendel R.: International Conference on Crystalline Silicon Photovoltaics (SiliconPV); Member of the Executive Committee Brendel R.: Laboratorium für Nano- und Quantenengineering der Leibniz Universität Hannover (LNQE); Mitglied Brendel R.: Leibniz Forschungszentrum Energie 2050, Leibniz Universität Hannover (LiFE); Vorstand Brendel R.: Progress in Photovoltaics, Wiley and Publishers; Member of the Editorial Board Brendel R.: „Runder Tisch Energiewende Niedersachsen“ auf Einladung des Niedersächsischen Umweltministers Stefan Wenzel; Mitglied Eggert D.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile der Inspektoren“ (EK-TSuB-I), unter Leitung von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH; Mitglied Eggert D.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile“ (EK-TSuB), unter Leitung von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH; Mitglied
Giovannetti F.: BSW, Fachgruppe Markt und Wirtschaftlichkeit und Fachgruppe Prozesswärme; Gast Giovannetti F.: IEA SHC TASK 54 „Price Reduction of Solar Thermal Systems“; Mitglied Giovannetti F.: IEA TASK 49 „Solar Process Heat for Production and Advanced Applications“; Mitglied Goslich R.: Energy Award, Westfalen Weser Energie GmbH & Co. KG, Paderborn; Jurymitglied Köntges M.: IEA TASK 13 „Performance and Reliability of Photovoltaic Systems“; Mitglied Köntges M.: Symposium Photovoltaische Solarenergie (OTTI), Bad Staffelstein; Mitglied des Tagungsbeirates Lampe C.: Arbeitsausschuss NA 041-01-56 (thermische Solaranlagen) im DIN/NHRS, zugleich nationaler Spiegelausschuss zu CEN/TC 312 und ISO/TC180; Mitglied Lampe C.: Arbeitskreis Normung und Technik von BDH und BSW; Gast Lampe C.: CEN/TC 312/WG1 „Thermal solar systems and components – Solar collectors“; Mitglied Lampe C.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile der Inspektoren“ (EK-TSuB-I), unter Leitung von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH; Mitglied
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Dokumentation
Documentation
Mitarbeit in Fachgremien/Membership in professional bodies Lampe C.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile“ (EK-TSuB), unter Leitung von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH; Mitglied
Rockendorf G.: Symposium Thermische Solarenergie (OTTI), Bad Staffelstein; Mitglied des Tagungsbeirats Rockendorf G.: Wissenschaftlicher Beirat Bachelor-/MasterStudiengang Regenerative Energien, HTW Berlin; Mitglied
Lampe C.: Global Solar Certification Network; Mitglied Lampe C.: IEA SHC Task 43 „Solar Rating and Certification Procedures“; Mitglied
Schmidt J.: European Photovoltaic Solar Energy Conference; Topic Organiser Schmidt J.: IEEE Journal of Photovoltaics; Editor
Lampe C.: ISO/TC 180/WG3 „Solar energy – Collector components and materials“; Mitglied
Schmidt J.: International Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells (CSSC); Member International Advisory Committee
Lampe C.: Solar Keymark Network (SKN); Mitglied Schmidt J.: npv workshop; Mitglied im Organisationskomitee Rockendorf G.: Beirat Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen; Gast Rockendorf G.: Deutsche Solarthermie-Technologieplattform (DSTTP); Mitglied des Beirats
Schmidt J.: SiliconFOREST (Fortschritte in der Entwicklung von Solarzellen-Strukturen und -Technologien), Doktoranden- und Diplomanden-Workshop; Mitglied des Programmkomitees
Ausstellungen & Fachtagungen/Fairs & congresses 4. Niedersächsisches Forum für Energiespeicher und -systeme, Hannover, 19.5.2015; Aussteller Energy Camp, Westfalen Weser AG, Hameln, 28.1.2015; Mitveranstalter
SiliconFOREST (Fortschritte in der Entwicklung von SolarzellenStrukturen und -Technologien), Falkau, 1.-4.3.2015; Mitorganisator Solarpraktikum für Schülerinnen, Emmerthal, 21.1.2015; Veranstalter
Green Day 2015, Emmerthal, 12.11.2015; Mitveranstalter Hannover Industriemesse 2015, Hannover, 13.-17.4.2015; Mitaussteller Hochschulinformationstag (HIT), Hameln, 5.2.2015; Mitaussteller International Workshop „Impact of mechanical and thermal loads on the long term stability of PV modules“, Hannover, 3.2.2015; Mitorganisator Internationale Kommunale Klimakonferenz (ICCA), Hannover, 1.-2.10.2015; Mitaussteller Intersolar München, München, 10.-12.6.2015; Aussteller
Solarpraktikum für Schülerinnen, Emmerthal, 30.9.2015; Veranstalter Sommeruniversität der Volkshochschule Rinteln, Rinteln, 12.17.7.2015; Mitveranstalter Umwelttage Weserbergland, Kinderuniversität, Hameln, 17.9.2015; Veranstalter Workshop „Überhitzungsschutz für Solarkollektoren durch thermochrome Absorber“, Hameln, 24.9.2015; Veranstalter Zukunftstag für Mädchen und Jungen, Emmerthal, 23.4.2015; Veranstalter
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Dokumentation
Documentation
Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften/ Peer-reviewed publications Amkreutz D., Barker W.D., Kühnapfel S., Sonntag P., Gabriel O., Gall S., Bloeck U., Schmidt J., Haschke J., Rech B.: Liquidphase crystallized silicon solar cells on glass: increasing the open-circuit voltage by optimized interlayers for n- and p-type absorbers. IEEE Journal of Photovoltaics, 5 (5), 1757-1761, (2015) Berardone I., Kajari-Schröder S., Niepelt R., Hensen J., Steckenreiter V., Paggi M.: Numerical modelling and validation of thermally-induced spalling. Energy Procedia, 77, 855-862, DOI:10.1016/ j.egypro.2015.07.121, (2015)
Glembin J., Büttner Ch., Steinweg J., Rockendorf G.: Thermal storage tanks in high efficiency heat pump systems – optimized installation and operation parameters. Energy Procedia, Elsevier, 73, 331-340, (2015) Heinemeyer F., Steckenreiter V., Kiefer F., Peibst R.: Hierarchical etching for improved optical front-side properties of monocrystalline Si solar cells. Energy Procedia, 77, 810–815, (2015)
Bredemeier D., Walter D., Herlufsen S., Schmidt J.: Lifetime degradation and regeneration in multicrystalline silicon under illumination at elevated temperature. Physica Status Solidi RRL, (2015)
Köntges M., Siebert M.: Technische Studie zum Transport und Handling von Wafer-basierten Silizium-Photovoltaik-Modulen. ISFH-Eigenverlag, http://www.isfh.de/institut_solarforschung/files/ richtlinie_pv_transport_rahmen_handling.pdf, ISBN 978-3-98167701-0, Emmerthal, (2015)
Breitenstein O., Bauer J., Hinken D., Bothe K.: The reliability of thermography- and luminescence-based series resistance and saturation current density imaging. Solar Energy Materials and Solar Cells, Elsevier, 137, 50, DOI: 10.1016/j.solmat.2015.01.017, (2015)
Körner S., Kiefer F., Peibst R., Heinemeyer F., Krügener J., Eberstein M.: Basic study on the influence of glass composition and aluminum content on the Ag/Al paste contact formation to boron emitters. Energy Procedia, 67, 20, (2015)
Breitenstein O., Bauer J., Hinken D., Bothe K.: Towards an improved Laplacian-based photoluminescence image evaluation method. Solar Energy Materials and Solar Cells, Elsevier, 142, 92, DOI: 10.1016/j.solmat.2015.06.020, (2015)
Krügener J., Peibst R., Bugiel E., Tetzlaff D., Kiefer F., Jestremski M., Brendel R., Osten H.-J.: Ion implantation of boric molecules for silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, Elsevier, 142, 12, DOI: 10.1016/j.solmat.2015.05.024, (2015)
Brendel R., Dullweber T., Peibst R., Kranz C., Merkle A., Walter D.: Breakdown of the efficiency gap to 29 % based on experimental input data and modeling. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, DOI: 10.1002/pip.2696, im Druck, (2015)
Krügener J., Peibst R., Wolf F.A., Bugiel E., Ohrdes T., Kiefer F., Schöllhorn C., Grohe A., Brendel R., Osten H.-J.: Electrical and Structural Analysis of Crystal Defects after High-Temperature Rapid Thermal Annealing of highly Boron Ion-Implanted Emitters. IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 166, DOI: 10.1109/JPHOTOV. 2014.2365468, (2015)
Dullweber T., Kranz C., Peibst R., Baumann U., Hannebauer H., Fülle A., Steckemetz S., Weber T., Kutzer M., Müller M., Fischer G., Palinginis P., Neuhaus D.H.: PERC+: Industrial PERC solar cells with rear Al grid enabling bifaciality and reduced Al paste consumption. Progress in Photovoltaics, DOI: 10.1002/pip.2712, (2015) Ernst M., Steckenreiter V., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Laser Welding for Processing of Thin Crystalline Si Wafers. IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 1335-1339, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2449652, (2015) Fell A., McIntosh K.R., Altermatt P.P., Janssen G.J.M., Stangl R., Ho-Baillie A., Steinkemper H., Greulich J., Muller M., Min B., Fong K.C., Hermle M., Romijn I.G., Abbott M.D.: Input parameters for the simulation of silicon solar cells in 2014. IEEE Journal of Photovoltaics, 5 (4), 1250, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2430016, (2015) Fell A., McIntosh K.R., Altermatt P.P., Romijn I.G., Abbott M.D.: Input parameters for the simulation of silicon solar cells in 2014. IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 1250-1263, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2430016, (2015)
Morlier A., Haase F., Köntges M.: Impact of Cracks in Multicrystalline Silicon Solar Cells on PV Module Power – A Simulation Study Based on Field Data. IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 1735, (2015) Müller J., Hinken D., Blankemeyer S., Kohlenberg H., Sonntag U., Bothe K., Dullweber T., Köntges M., Brendel R.: Resistive power loss analysis of PV modules made from halved 15.6 ×15.6 cm2 silicon PERC solar cells with efficiencies up to 20.0 %. IEEE Journal of Photovoltaics, 5 (1), 189, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2014.2367868, (2015) Needleman D.B., Wagner H., Altermatt P.P., Buonassisi T.: Assessing the Device-performance Impacts of Structural Defects with TCAD Modeling. Energy Procedia, 77, 8-14, DOI: 10.1016/ j.egypro.2015.07.003, (2015) Niepelt R., Hensen J., Steckenreiter V., Brendel R., Kajari-Schröder S.: Kerfless exfoliated thin crystalline Si wafers with Al metallization layers for solar cells. Journal of Materials Research, 30, 3227, (2015)
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Dokumentation
Documentation
Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften/ Peer-reviewed publications Pärisch P., Mercker O., Obersdorfer P., Bertram E., Tepe R., Rockendorf G.: Short-term experiments with borehole heat exchangers and model validation in TRNSYS. Renewable Energy, Elsevier, 74, 471-477, (2015)
Veith-Wolf B., Wang J., Hannu-Kuure M., Chen N., Hadzic A., Williams P., Leivo J., Karkkainen A., Schmidt J.: Liquid-phasedeposited siloxane-based capping layers for silicon solar cells. Applied Physics Letters, 106, 052104, (2015)
Pazidis A., Reineke-Koch R.: Thermochromic effect with semiconducting layers. Solar Energy Materials and Solar Cells, Elsevier, 143, 557-560, DOI: 10.1016/j.solmat.2015.07.036, (7/2015)
Vogt M.R., Hahn H., Holst H., Winter M., Schinke C., Köntges M., Brendel R., Altermatt P.P.: Measurement of the optical constants of soda-lime glasses in dependence of iron content, and modeling of iron-related power losses in crystalline Si solar cell modules. IEEE Journal of Photovoltaics, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2498043, (2015)
Römer U., Peibst R., Ohrdes T., Lim B., Krügener J., Wietler T., Brendel R.: Ion Implantation for Poly-Si Passivated Back-Junction Back-Contacted Solar Cells. IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 507, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2014.2382975, (2015) Schinke C., Peest P.C., Brendel R., Schmidt J., Bothe K., Vogt M., Kröger I., Winter S.,Schirmacher A., Lim S., Nguyen H., MacDonald D.: Uncertainty analysis for the coefficient of band-to-band absorption of crystalline silicon. AIP Advances, 5 (6), 67168, DOI: 10.1063/1.4923379, (2015) Schinke C., Peest P.C., Bothe K., Schmidt J., Brendel R., Vogt M.R., Kröger I., Winter S., Schirmacher A., Lim S., Macdonald D.: Experimental determination of the uncertainty of the absorption coefficient of crystalline silicon. Energy Procedia, 77, 170-178, DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.025, (2015)
Vogt M.R., Holst H., Winter M., Brendel R., Altermatt P.P.: Numerical modeling of c-Si PV modules by coupling the semiconductor with the thermal conduction, convection and radiation equations. Energy Procedia, 77, 215-224, (2015) Wagner H., Hofstetter J., Mitchell B., Altermatt P.P., Buonassisi T.: Device Architecture and Lifetime Requirements for High Efficiency Multicrystalline Silicon Solar Cells. Energy Procedia, 77, 225-230, DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.031, (2015) Walter D., Lim B., Schmidt J.: Realistic efficiency potential of nextgeneration industrial Czochralski-silicon solar cells after deactivation of the boron-oxygen center. Progress in Photovoltaics, (2015)
Schulte-Huxel H., Blankemeyer S., Merkle A., Steckenreiter V., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Interconnection of busbar-free back contacted solar cells by laser welding. Progress in Photovoltaics, 23 (8), 1057-1065, (2015)
Winter M., Vogt M.R., Holst H., Altermatt P.P.: Combining structures on different length scales in ray tracing: analysis of optical losses in solar cell modules. Optical and Quantum Electronics, 47, 1373, DOI: 10.1109/NUSOD.2014.6935409, (2015)
Schulte-Huxel H., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Analysis of thermal processes driving laser-welding of aluminum deposited on glass substrates for module interconnection of silicon solar cells. IEEE Journal of Photovoltaics, im Druck, (2015)
Witteck R., Hinken D., Vogt M.R., Müller J., Blankemeyer S., Schulte-Huxel H., Köntges M., Bothe K., Brendel R.: Optimized interconnection of passivated emitter and rear cells by experimentally verified modeling. IEEE Journal of Photovoltaics, im Druck, (2015)
Steinkemper H., Rauer M., Altermatt P., Heinz F.D., Schmiga C., Hermle M.: Adapted parameterization of incomplete ionization in aluminum-doped silicon and impact on numerical device simulation. Journal of Applied Physics, 117, 074504, DOI: 10.1063/ 1.4913255, (2015) Steinkemper H., Rauer M., Altermatt P.P., Heinz F.D., Schmiga C., Hermle, M.: Adapted parameterization of incomplete ionization in aluminum-doped silicon and impact on numerical device simulation. Journal of Applied Physics, 117 (7), 74504, DOI: 10.1063/1.4913255, (2015)
Wolter S.J., Köntges M., Bahnemann D., Brendel R.: Stable Anodes for Lithium Ion Batteries Made of Self-Organized Mesoporous Silicon. Semiconductor Science and Technology, 31, 014007, (2016) Zielke D., Niehaves C., Lövenich W., Elschner A., Hörteis M., Schmidt J.: Organic-silicon solar cells exceeding 20% efficiency. Energy Procedia, 77, 331-339, (2015)
Steinweg J., Kliem F., Littwin M., Rockendorf G.: Pipe internal recirculation in storage connections – An unseen efficiency barrier. Energy Procedia, Elsevier, 73, 341-349, (2015)
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Andere Veröffentlichungen/Other publications Arnold O., Mercker O., Dieck L., Brandes M., Rockendorf G.: Untersuchung solar unterstützter Wärmeversorgungskonzepte für Mehrfamilienhäuser in TRNSYS. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015) Berardone I., Kajari-Schröder S., Paggi M.: Numerical simulation of the kerf-less technique in the presence of a non-planar Aluminum-Silicon interface. Proc. 8th International Workshop on Crystalline Silicon for Solar Cells, (CSSC-8, 5.-8.5.2015), Bamberg, (2015) Breitenstein O., Bauer J., Hinken D., Bothe K.: Towards more accurate imaging of the local saturation current density in solar cells by using alternative PL evaluation methods. Proc. 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC, 14.-19.6.2015), IEEE, DOI: 10.1109/PVSC.2015.7356029, New Orleans, USA, (2015) Brendel R., Dullweber T., Peibst R., Kranz C., Merkle A., Walter D.: Breakdown of the Efficiency Gap to 29 % Based on Experimental Input Data and Modelling. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, DOI: 10.1002/pip.2696, Hamburg, (2015) Dullweber T., Kranz C., Peibst R., Baumann U., Hannebauer H., Fülle A., Steckemetz S., Weber T., Kutzer M., Müller M., Fischer G., Palinginis P., Neuhaus D.H.: The PERC+ cell: a 21 %-efficient industrial bifacial PERC solar cell. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015) Essig S., Geisz J.F., Steiner M.A., Merkle A., Peibst R., Schmidt J., Brendel R., Ward S., Friedman D.J., Stradins P., Young D.L.: Development of highly-efficient GaInP/Si Tandem Solar Cells. Proc. 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC, 14.-19.6.2015), IEEE, DOI: 10.1109/PVSC.2015.7355602, New Orleans, USA, (2015) Föste S., Pazidis A., Reineke-Koch R., Giovannetti F., Hafner B., Mercs D., Delord C.: Flat Plate Collectors with Thermochromic Absorber Coatings to Reduce Loads During Stagnation. Proc. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015) Föste S., Pazidis A., Reineke-Koch R., Giovannetti F., Hafner B., Mercs D., Delord C., Leconte A., Papillon P.: Leistungsfähigkeit und Stagnationsverhalten von Kollektoren mit thermochromen Absorberbeschichtungen. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015)
Föste S., Schiebler B., Giovannetti F., Rockendorf G.: Butane Heat Pipes for Stagnation Temperature Reduction of Solar Thermal Collectors. Proc. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015) Giovannetti F., Kirchner M., Sass R., Rockendorf G.: Enameled Glass Panels for Solar Thermal Building Envelopes. Proc. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015) Giovannetti F., Kirchner M., Sass R., Rockendorf G.: Neuartige Solarpaneele aus Glas für die thermische Aktivierung der Gebäudehülle. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015) Glembin J.: Fertigstellung des ersten Prototyps eines neuen Sonnenhauskonzepts. InnoWATTion 02/2015, Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen, (2015) Glembin J., Büttner C., Steinweg J., Rockendorf G.: Optimal Connection of Heat Pump and Solar Buffer Storage Under Different Boundary Conditions. Proc. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015) Glembin J., Haselhorst T., Steinweg J., Rockendorf G.: Simulation and Evaluation of Solar Thermal Combi Systems with Direct Integration of Solar Heat Into the Space Heating Loop. Proc. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015) Glembin J., Steinweg J., Büttner C., Klingenschmidt A.: Entwicklung und Simulation komplexer Regelalgorithmen in TRNSYS. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015) Glembin J., Steinweg J., Rockendorf G.: New concept of a solar active building – A development based on TRNSYS simulations. Proc. TRNSYS Experience Seminar 2015, (28.-29.5.2015), ICSEED, Villers-les-Nancy, Frankreich, (05/2015) Hirsch H., Mercker O., Rockendorf G.: Erdwärmekollektoren in Kombination mit Solarkollektoren als Quelle für Wärmepumpensysteme. Tagungsband 14. Internationales Anwenderforum Geothermie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-55-3, Neumarkt i.d. Opf., (06/2015)
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Andere Veröffentlichungen/Other publications Hüsing F., Glembin J., Rockendorf G.: Potenziale thermischer Nutzung photovoltaischer Energie. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015)
Mathiak G., Pohl L., Sommer J., Fritzsche U., Herrmann W., Reil F., Althaus J., Köntges M.: PV module damages caused by hail impact, field experience and lab tests. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Kajari-Schröder S., Berardone I., Hensen J., Niepelt R., Steckenreiter V., Paggi M.: Thermo-mechanical exfoliation oft hin silicon layers controlled by directional cooling. Proc. 8th International Workshop on Crystalline Silicon for Solar Cells, (CSSC-8, 5.8.5.2015), Bamberg, (2015)
Mercker O., Arnold O., Rockendorf G.: Verteilverluste zu verstehen, hilft Effizienz zu steigern! Untersuchungen zur Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern. Tagungsband 7. Effizienztagung Bauen und Modernisieren (27.-28.11.2015), Energie- und Umweltzentrum am Deister GmbH, Hannover, (11/2015)
Kajari-Schröder S., Hensen J., Niepelt R., Brendel R.: Kerfless wafering by mechanically induced spallation – observation of the process evolution with digital image correlation. Proc. 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC, 23.27.11.2014), J1ThO.7.3, Kyoto, Japan, (2015)
Min B., Wagner H., Müller M., -+63 1,02,D,0.-H., Altermatt P.P.: Incremental efficiency improvements o012,32,10f massproduced PERC cells up to 24 %. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Köntges M., Krentz A., Nüsperling W.M.: Bewertung von PVModulen nach einem Hagelschlag. Tagungsband 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie (4.-6.3.2015), Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-45-4, Bad Staffelstein, (03/2015)
Min B., Wagner H., Müller M., Neuhaus H., Brendel R., Altermatt P.P.: Incremental Efficiency Improvements of Mass-Produced PERC Cells Up to 24 %, Predicted Solely with Continuous Development of Existing Technologies and Wafer Materials. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Lips K., Rech B., Reichenauer G., Kirchartz T., Wischmann W., Schmücker M., Reineke-Koch R., Groß B.: Schlüsselmaterialien für Technologiedurchbrüche. FVEE-Themen 2014, Forschung für die Energiewende – Phasenübergänge aktiv gestalten, ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE), 70-74, ISSN 0939-7582, Berlin, (04/2015) Littwin M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. InnoWATTion 01/2015, Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen, (2015) Littwin M., Hüsing F., Kesting M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. Tagungsband Dialogplattform P2H (5.-6.5.2015), Energie-Forschungszentrum Niedersachsen, Goslar, (10/2015) Littwin M., Kesting M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. Tagungsband 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie (4.-6.3.2015), Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-45-4, Bad Staffelstein, (03/2015) Lottspeich F., Müller M., Schuchart M., Dullweber T., Fischer G., Schneiderlöchner E.: Investigation of rear contact resistance of line contacted industrial PERC solar cells. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Schäfer S., Turkay D., Gemmel C., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Macroporous blind holes as surface texture for high efficiency silicon solar cells. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015) Schinke C., Maris N., Köntges M., Kunze I., Tegtmeyer D.: Messunsicherheitsanalyse zur präzisen Bestimmung der lateralen Bestrahlungsstärkeverteilung von Sonnensimulatoren für PV-Module. Tagungsband 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie (4.6.3.2015), Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-45-4, Bad Staffelstein, (03/2015) Schmidt J., Brendel R., Bett A., Dyakonov V., Brabec C., Klenk R., Stannowski B., Amkreutz D., Rau U., Kirchartz T., Wischmann W., Ahlswede E.: Forschung und Entwicklung für die Photovoltaik zwischen Evolution und Revolution. FVEE-Themen 2014, Forschung für die Energiewende – Phasenübergänge aktiv gestalten, ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE), 64-69, ISSN 0939-7582, Berlin, (04/2015) Schulte-Huxel H., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Thermal processes driving laser-welding for module interconnection. Proc. 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC, 14.-19.6.2015), IEEE, DOI: 10.1109/PVSC.2015.7356432, New Orleans, USA, (2015)
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Andere Veröffentlichungen/Other publications Steinweg J., Glembin J.: Verbrauchen geht vor Speichern – Sonnenhäuser mit Bauteilaktivierung und kleinem Pufferspeicher. Erneuerbare Energie, AEE – Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE, 2015-02, Gleisdorf, Österreich, (06/2015) Tepe R., Büttner C.: Solar-Holz-Heizkonzepte für Passivhäuser. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015) Walter D., Schmidt J.: Efficiency Potential of CZ-Si PERC Solar Cells After Permanent Deactivation of the Boron-Oxygen Defect. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Werner J., Moon S.-J., Löper P., Walter A., Filipič M., Weng C.-H., Löfgren L., Bailat J., Morales-Masis M.M., Peibst R., Brendel R., Nicolay S., Niesen B., Ballif C.: Towards ultra-high efficient photovoltaics with perovskite/crystalline silicon tandem devices. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015) Winter M., Vogt M., Altermatt P.P., Holst H.: Impact of realistic illumination on optical losses in Si solar cell modules compared to standard testing conditions. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015) Witteck R., Hinken D., Müller J., Blankemeyer S., Bothe K., Schulte-Huxel H., Köntges M., Brendel R.: Simulation of optimized cell interconnection for perc modules exceeding 300W. Proc. 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC, 23.-27.11.2014), 515-516, Kyoto, Japan, (2015)
Vorträge/Presentations Bothe K.: Prozessbegleitende Charakterisierung während der Herstellung von waferbasierten Siliziumsolarzellen. Physikalisches Kolloquium, Technische Universität Chemnitz, Chemnitz, 21.10.2015 Brendel R.: Breakdown of the efficiency gap to 29 % based on experimental input data and modeling. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 14.-18.9.2015, WIP München, Hamburg, 15.9.2015 Brendel R.: Cell analysis based on the conductive boundary model. Kolloquium Universität Konstanz, UKN, Konstanz, 23.10.2015 Brendel R.: Innovationen für die kristalline Siliziumphotovoltaik von heute und morgen. Kolloquium, Fraunhofer ISE, Freiburg, 16.12.2015 Brendel R.: Neue Technologien in der Zellentwicklung – Welche Technologien werden kommen? 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie, 4.-6.3.2015, Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI), Staffelstein, 5.3.2015 Brendel R.: Photovoltaik – Säule der Energiewende. Rotary Club, Hannover Leineschloss, Rotary Club, Hannover, 14.12.2015 Föste S.: Butane Heat Pipes for Stagnation Temperature Reduction of Solar Thermal Collectors. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015 (SHC), 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 3.12.2015
Föste S.: Entwicklung von Heat-Pipe-Kollektoren zur Kostensenkung solarthermischer Systeme. Kolloquium Zukunftsenergien 2015, Hochschule OWL, Lemgo, 9.6.2015 Föste S.: Flat Plate Collectors with Thermochromic Absorber Coatings to Reduce Loads During Stagnation. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015 (SHC), 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 2.12.2015 Giovannetti F.: Enameled Glass Panels for Solar Thermal Building Envelopes. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015, 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 4.12.2015 Giovannetti F.: Façade integrated solar thermal collectors. World Sustainable Energy Days 2015, 25.-27.2.2015, OÖ Energiesparverband, Wels, Österreich, 25.2.2015 Giovannetti F.: Solare Wärme: Bedeutung, Potential, Forschungsaufgaben. FVEE Jahrestagung 2015 „Forschen für die Wärmewende“, 3.-4.11.2015, ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE), Berlin, 4.11.2015 Glembin J.: New concept of a solar active building – A development based on TRNSYS simulations. TRNSYS Experience Seminar 2015, 28.-29.5.2015, ICSEED, Nancy, Frankreich, 29.5.2014
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Vorträge/Presentations Glembin J.: Optimal Connection of Heat Pump and Solar Buffer Storage Under Different Boundary Conditions. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015 (SHC), 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 3.12.2015 Glembin J.: Simulation and Evaluation of Solar Thermal Combi Systems with Direct Integration of Solar Heat Into the Space Heating Loop. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015, 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 4.12.2015 Holst H.: Ein universelles Ray-Tracing-Tool für die Photovoltaik (Sunrays 2.0). SiliconFOREST 2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 3.3.2015 Kajari-Schröder S.: Kerfless Wafers from the Porous Silicon Process – Towards a Drop-in Replacement for Standard Wafers. Institutsseminar des Instituts für Siliziumphotovoltaik am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), HZB, Berlin, 8.1.2015 Kajari-Schröder S.: Thermo-mechanical exfoliation of thin silicon layers controlled by directional cooling. PV Days 2015, 27.28.10.2015, Halle, 28.10.2015 Käsewieter J.: High cycle fatigue of cracked solar cell metallization. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.-25.3.2015, Universität Konstanz, Konstanz, 24.3.2015 Käsewieter J.: Stress measurements in Silicon solar cell interconnect ribbons using X-ray diffraction. International Workshop „Impact of mechanical and thermal loads on the long term stability of PV modules“, Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik, Hannover, 3.2.2015 Kiefer F.: Bifacialzellen mit Ionenimplantation. SiliconFOREST 2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 2.3.2015 Köntges M.: UV-Fluoreszenz – Messtechnik für die Modulinspektion im Außeneinsatz. 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“, 12-13.11.2015, TÜV Köln, Köln, 12.11.2015 Kranz C.: Simulation-based Efficiency Gain Analysis of 21.2 %Efficient Screen-printed PERC Solar Cells. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.-25.3.2015, Universität Konstanz, Konstanz, 24.3.2015 Larionova Y.: Industrial Ion Implanted, Co-annealed and Fully Screen-printed Bifacial n-PERT Solar Cells with Low-doped Backsurface Fields. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.-25.3.2015, Universität Konstanz, Konstanz, 26.3.2015
Littwin M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. Dialogplattform Power to Heat, 5.-6.5.2015, Energie-Forschungszentrum Niedersachsen (EFZN), Goslar, 6.5.2015 Morlier A.: Impact of cracks in multicrystalline silicon solar cells on PV module power. International Workshop „Impact of mechanical and thermal loads on the long term stability of PV modules“, Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik, Hannover, 3.2.2015 Morlier A.: Impact of cracks in multicrystalline silicon solar cells on PV module power – A simulation study based on field data. 42nd IEEE PVSC, 14.-19.6.2015, New Orleans, USA, 18.6.2015 Morlier A.: Simulation des Einflusses von Zellbrüchen auf die Leistung von PV-Anlagen, basierend auf Bruchdaten einer Freifeldanlage. 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“, 12-13.11.2015, TÜV Köln, Köln, 13.11.2015 Niepelt R.: Future technologies photovoltaics – kerfless wafering techniques. Seminar TU Ilmenau, TU Ilmenau, Ilmenau, 1.7.2015 Rockendorf G.: Verteilverluste zu verstehen, hilft Effizienz zu steigern! Untersuchungen zur Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern. 7. Effizienztagung Bauen und Modernisieren, 27.-28.11.2015, Energie- und Umweltzentrum am Deister GmbH, Hannover, 27.11.2015 Schinke C.: Experimental Determination of the Uncertainty of the Absorption Coefficient of Crystalline Silicon. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.25.3.2015, Universität Konstanz, Konstanz, 24.3.2015 Schmidt J.: Prospects of combining organic and silicon-based photovoltaics. 8th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT), 28.6.-3.7.2015, Materials Research Society of Singapore (MRS-S), Singapur, Singapur, 1.7.2015 Vogt M.: Ray-Tracing auf Modullevel. SiliconFOREST 2015, 2.4.3.2015, PSE AG, Falkau, 4.3.2015 Walter D.: Efficiency potential of Cz-Si PERC solar cells after permanent deactivation of the boron-oxygen defect. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 14.-18.9.2015, WIP München, Hamburg, 17.9.2015 Witteck R.: Verschaltung von PERC-Halbzellen. SiliconFOREST 2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 4.3.2015 Zielke D.: Solarzellen mit Polymer/Silizium-Heteroübergang. SiliconFOREST 2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 2.3.2015
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Poster/Posters Arnold O., Mercker O., Dieck L., Brandes M., Rockendorf G.: Untersuchung solar unterstützter Wärmeversorgungskonzepte für Mehrfamilienhäuser in TRNSYS. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015) Föste S., Pazidis A., Reineke-Koch R., Giovannetti F., Hafner B., Mercs D., Delord C., Leconte A., Papillon P.: Leistungsfähigkeit und Stagnationsverhalten von Kollektoren mit thermochromen Absorberbeschichtungen. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015) Giovannetti F., Kirchner M., Sass R., Rockendorf G.: Neuartige Solarpaneele aus Glas für die thermische Aktivierung der Gebäudehülle. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.8.5.2015)
Heinemeyer F.: Hierarchical Etching for Improved Optical Frontside Properties of Monocrystalline Si Solar Cells. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), PSE AG, Konstanz, (23.-25.3.2015) Hüsing F., Glembin J., Rockendorf G.: Potenziale thermischer Nutzung photovoltaischer Energie. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015) Littwin M., Kesting M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (4.6.3.2015) Steinweg J., Kliem F., Littwin M., Rockendorf G.: Pipe internal recirculation in storage connections – An unseen efficiency barrier. 9. Internationale Konferenz zur Speicherung Erneuerbarer Energien (IRES), EUROSOLAR e.V. Bonn, Düsseldorf, (9.-11.3.2015)
Glembin J., Büttner C., Steinweg J., Rockendorf G.: Thermal storage tanks in high efficiency heat pump systems – optimized installation and operation parameters. 9. Internationale Konferenz zur Speicherung Erneuerbarer Energien (IRES), EUROSOLAR e.V. Bonn, Düsseldorf, (9.-11.3.2015)
Tepe R., Büttner C.: Solar-Holz-Heizkonzepte für Passivhäuser. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Glembin J., Steinweg J., Büttner C., Klingenschmidt A.: Entwicklung und Simulation komplexer Regelalgorithmen in TRNSYS. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Zielke D., Niehaves C., Lövenich W., Elschner A., Hörteis M., Schmidt J.: Organic-silicon solar cells exceeding 20 % efficiency. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), PSE AG, Konstanz, (23.-25.3.2015)
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Studien- & Bachelorarbeiten/Seminar & bachelor papers Albert M.: Charakterisierung neuartiger, nicht abgedeckter photovoltaisch-thermischer Kollektoren, Fachbereich 6, Studiengang Zukunftsenergien, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Lemgo, Oktober 2015 Becker L.: Entwicklung eines Infrarot-elektrochromen Schichtsystems, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Systems Engineering, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, April 2015
Katzer F.: Entwicklung von Butan-befüllten Wärmerohren für solarthermische Kollektoren, Studiengang Zukunftsenergien, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Lemgo, Februar 2015 Koper N.: Charakterisierung der optischen Eigenschaften von polykristallinem Silizium, Fachbereich Physik, Leibniz Universität Hannover, Hannover, Juni 2015
Berger R.: Mechanische Stabilität dünner Al-Si-Doppelschichten in der Solarzellenprozessierung, Fachbereich Maschinenbau, Hochschule Bochum, Bochum, Februar 2015
Machelett L.M.: Simulationsbasierte Konzeptionierung solarthermischer Prozesswärmebereitstellung in der Polystyrolschaum-Produktion, Universität Kassel, Studiengang Umweltingenieurwesen, Universität Kassel, Kassel, Oktober 2015
Brandes M.: Simulation von Ansätzen zur Reduktion konventionell gedeckter Wärmeverteilverluste in solar unterstützten Mehrfamilienhäusern in TRNSYS, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/ Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, April 2015
Neudecker V.: Entwicklung eines Algorithmus zur Berechnung der mechanischen Eigenspannungen auf Basis von Ramanspektroskopiemessungen in multikristallinen Siliziumsolarzellen und die Implementierung in Matlab zur automatischen Auswertung, Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Hochschule Bremen, Bremen, Mai 2015
Dick C.: Steuerung und Regelung einer Experimentalanlage zur Kombination einer Photovoltaikanlage und einer Sole-WasserWärmepumpe, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, März 2015
Niehaves C.: Charakterisierung von Polymer/Si-Heteroübergängen für Solarzellen, Fakultät für Physik, Georg-August-Universität, Göttingen, Februar 2015
Dieck L.: Simulation von Ansätzen zur Reduktion konventionell gedeckter Wärmeverteilverluste in solar unterstützten Mehrfamilienhäusern in TRNSYS, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/ Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, April 2015 Geisler D.: Untersuchung der Porosität von Siliziumwafern als Funktion der Ätzstromdichte, Waferdotierung und Elektrolytkonzentration, Fachbereich Maschinentechnik, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Lemgo, August 2015 Grupp L.: Entwicklung und Aufbau der Steuerung und Regelung einer Experimentalanlage zur Erforschung des kombinierten Betriebs einer Photovoltaikanlage mit Heizstab und Sole-WasserWärmepumpe zur Trinkwarmwasserversorgung, Fakultät Life Sciences/Studiengang Umwelttechnik, Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, Hamburg, Oktober 2015 Gutbrod M.: Untersuchung des Einflusses von Eisen auf die Lumineszenzemission sauerstoffkorrelierter Defekte in Silizium, Fachbereich Technik – Bereich Photonik, Hochschule Emden/Leer, Emden, Dezember 2015 Haselhorst T.: Energetische Optimierung eines neuen Konzepts für Sonnenhäuser durch alleinige Beheizung über Heizflächensysteme, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, März 2015
Ossig M.: Bestimmung der Messunsicherheit eines scannenden Spektrometers bei der Erstellung von Strahlernormalen, Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, Hannover, September 2015 Schumann J.: Experimentelle Untersuchung von optimierten Gravitationswärmerohren zur Begrenzung der Stagnationstemperatur in solarthermischen Kollektoren, TU Bergakademie Freiberg/Studiengang Umweltengineering, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg, Oktober 2015 Seitz M.: Research concerning the durability and performance of adhesive bonds in novel glass panels for the solar thermal activation of the building envelope, Faculty Life Science, Engineering and Design Engineering Physics, Saxion University of Applied Sciences Enschede, Enschede, August 2015 Tiemann P.H.: Survey and Implementation of Support Vector Machines for the Optimization of Smart Home Energy Management Systems, Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Leibniz Universität Hannover, Hannover, November 2015 Wachler F.: Modellierung der Temperaturbegrenzung von Heat-Pipe-Kollektoren und Bewertung ihres Systemverhaltens, Studiengang Regenerative Energien, Fachhochschule Stralsund, Stralsund, August 2015
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Diplom- & Masterarbeiten/Diploma theses & masters Dorn S.: Optimierung der Emittereigenschaften von Passivated Emitter and Rear Cell (PERC)-Siliziumsolarzellen, Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst, Fakultät Resourcenmanagement, Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen, Göttingen, Juli 2015 Hüsing F.: Thermische Nutzungsoptionen photovoltaisch erzeugter elektrischer Energie in Einfamilienhäusern, Fachbereich Maschinenbau, Leibniz Universität Hannover, Hannover, Juli 2015 Schraps G.: Entwicklung einer prognosebasierten Ladestrategie zur netzdienlichen Integration von Photovoltaik-Batteriespeichersystemen an einer realen Simulationsumgebung, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Systems Engineering, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, November 2015
Sesser S.: Entwicklung thermochromer Schichten für Solarkollektoren, Regenerative Energien und Energieeffizienz, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW), Berlin, Februar 2015 Stötzer M.: Experimentalanlage und Feldmesssystem zur Untersuchung von thermischen und elektrischen Energiesystemen in Gebäuden, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Systems Engineering, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, Februar 2015 Titova V.: Oberflächenpassivierung von kristallinen SiliziumWafern mit alternativen Materialien, Renewable Energy Systems – Environmental and Process Engineering, Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Hamburg, September 2015
Schubert B.: Konzeption und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen neuartiger Glasabsorber für solarthermische Kollektoren, Fachbereich 1, Ingenieurwissenschaften, Studiengang Regenerative Energien, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW), Berlin, Juni 2015
Doktorarbeiten/Ph.D.-theses Gogolin R.: Analysis and optimization of a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, 21.7.2015
Schinke C.: Uncertainty of the coefficient of band-to-band absorption of crystalline silicon. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, 7.5.2015
Holst H.: Development and application of a modular ray tracing framework to multi-scale simulations in photovoltaics. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, 19.5.2015
Schulte-Huxel H.: Laser microspot welding for interconnection of back-contacted silicon solar cells. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, 18.11.2015
Jack S.: Betrachtungen zum Nutzwärmestrompfad von solarthermischen Kollektoren mit Wärmerohren. Solar- und Anlagentechnik, Universität Kassel, 15.12.2015
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Berufungen/Appointments Peibst R.: Junior-Professur „Siliziumtechnologie für Erneuerbare Energien“, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Hannover, 1.1.2016
Kastner O.: W2-Professur „Solare Systemtechnik“, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, Fakultät für Maschinenbau, Hannover, 1.1.2016
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Die neu in 2015 an der Leibniz Universität Hannover berufenen Professoren, u. a. Prof. Dr.-Ing. Oliver Kastner und Prof. Dr.-Ing. Robby Peibst vom ISFH (2. Reihe, 3. und 4. von links). Im Vordergrund der Präsident der Gottlieb Wilhelm Leibniz Universität, Prof. Dr. iur. Volker Epping (mitte). The newly appointed professors of the Leibniz Universität Hannover, amongst others Prof. Dr.-Ing. Oliver Kastner und Prof. Dr.-Ing. Robby Peibst vom ISFH (2nd row, 3rd and 4th from left). In the foreground the President of the Gottlieb Wilhelm Leibniz Universität, Prof. Dr. iur. Volker Epping (middle).
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Lehrveranstaltungen/Lectures Altermatt P.P.: Simulation und Design von Solarzellen. Vorlesung, Fachbereich Physik, Leibniz Universität Hannover (1.4.-31.9.2015) Bothe K., Brendel R.: Halbleitermesstechnik für die Photovoltaik. Vorlesung, Fachbereich Physik, Leibniz Universität Hannover (16.10.2014-31.1.2015) Brendel R.: Physik der Solarzelle. Vorlesung, Fachbereich Physik, Leibniz Universität Hannover (1.4.-31.9.2015) Goslich R.: Einführung in die regenerative Energietechnik. Vorlesung, Hochschule Weserbergland (HSW) (10.2.-25.3.2015)
Rockendorf G.: Effiziente und dezentrale Wärmeversorgung – Forschung für solare Komponenten und Systeme. Umwelttechnik Ringvorlesung WS 14/15, Universität Hildesheim (7.1.2015) Rockendorf G., Föste S., Glembin J.: Erneuerbare Energien, Vorlesungsteil Niedertemperatursolarthermie. Vorlesung, Fakultät Elektrotechnik, Informatik, Maschinenbau, Leibniz Universität Hannover (1.4.-31.9.2015) Schmidt J.: Grundlagen der Halbleiterphysik. Vorlesung, Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover (12.10.2015-1.2.2016)
Preise & Auszeichnungen/Awards Föste S., Pazidis A., Reineke-Koch R., Giovannetti F., Hafner B., Mercs D., Delord C., Leconte A., Papillon P.: Posterpreis, Bestes Poster, 25. Symposium Thermische Solarenergie, für „Leistungsfähigkeit und Stagnationsverhalten von Kollektoren mit thermochromen Absorberbeschichtungen“. Kloster Banz, Bad Staffelstein, 7.5.2015 Dullweber T.: Auszeichnung seines Projektteams „HighScreen“ in der Kategorie „Wissenschaftliche Leistung“, enercity-Energie-Effizienzpreis, für dessen industriell herstellbare Hocheffizienz-PERC Solarzelle. Schloss Herrenhausen, Hannover, 15.4.2015
Reineke-Koch R.: Auszeichnung, Renewable Energy, Elsevier Ltd., Best Reviewer Award 2014, für „exceptional contributions to the peer review of papers in Renewable Energy, with special recognition for the number of reviews undertaken“. Emmerthal, 21.1.2015 Werner F.: Nachwuchspreis, Green Photonics 2015, für Dissertation „Atomic Layer Deposition of Aluminum Oxide on Crystalline Silicon“. Messe „LASER World of Photonics“, München, 22.6.2015 Zielke D.: Poster Award, NanoDay 2015, für Poster „Organicsilicon solar cells exceeding 20 % efficiency“. LNQE, Leibniz Universität Hannover, 1.10.2015
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7 Presse
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neue energie 01/2015
InnoWATTion, 02/2015
ISFH-Jahresbericht 2015
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Presse
7
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InnoWATTion, 01/2015
ISFH Annual Report 2015
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DEWEZET 28.9.2015
DEWEZET 6.5.2015
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ISFH-Jahresbericht 2015
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7
Presse
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DEWEZET 20.6.2015
Solarthemen 453, 13.8.2015
ISFH Annual Report 2015
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Presse
Press
Solarthemen 456, 24.9.2015
ISFH-Jahresbericht 2015
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Presse
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Solarthemen 458, 29.10.2015
ISFH Annual Report 2015
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Autoren
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Bartels Dirk, Elektroniker für Energie- und Gebäudetechnik, Zentrale Dienste, 05151-999-324,
[email protected]
Schulte-Huxel Henning, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-303,
[email protected]
Blankemeyer Susanne, Technikerin, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-429,
[email protected]
Stratmann Manuel, Diplom-Ingenieur (FH), Abteilung Photovoltaik, 05151-999-632,
[email protected]
Bothe Karsten, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-425,
[email protected]
Weiß Michael, Diplom-Ingenieur (FH), Zentrale Dienste, 05151-999-323,
[email protected]
Bredemeier Dennis, Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-424,
[email protected]
Witteck Robert, M.Sc., Abteilung Photovoltaik, 05151-999-429,
[email protected]
Brendel Rolf, Prof. Dr.-Ing., Diplom-Physiker, Institutsleiter, 05151-999-100,
[email protected]
Zacharias Horst, Diplom-Ingenieur, Zacharias Gebäudetechnik GmbH, 05151-9451-0,
[email protected]
Brendemühl Till, Diplom-Ingenieur (FH), Abteilung Photovoltaik, 05151-999-315,
[email protected] Gaßdorf Wolfgang, Diplom-Ökonom, stellv. Institutsleiter, 05151-999-405,
[email protected] Glembin Jens, Diplom-Ingenieur (FH), Abteilung Solare Systeme, 05151-999-647,
[email protected] Goslich Roland, Dr., Diplom-Chemiker, Öffentlichkeitsarbeit, 05151-999-302,
[email protected] Haase Felix, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-313,
[email protected] Hampe Carsten, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-407,
[email protected] Hinken David, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-425,
[email protected] Köntges Marc, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-432,
[email protected] Kröger Marie-Luise, Lehrerin, Lehrerfortbildung, 05151999-100,
[email protected] Lampe Carsten, Diplom-Ingenieur, Abteilung Solare Systeme, 05151-999-522,
[email protected] Napp Volker, Oberstudienrat, Lehrerfortbildung, 05151-999-100,
[email protected] Peibst Robby, Prof. Dr., Diplom-Ingenieur, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-313,
[email protected] Reineke-Koch Rolf, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Solare Systeme, 05151-999-431,
[email protected] Schmidt Jan, Prof. Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-425,
[email protected]
ISFH-Jahresbericht 2015
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Impressum
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Imprint
Gestaltung/Design Dipl. Grafik-Designerin Catharina Zeropa-Stangenberg, caze • werbung & kommunikation, Hameln; www.caze.de Dr. Roland Goslich, ISFH Öffentlichkeitsarbeit Redaktionsadresse/Editorial office address Institut für Solarenergieforschung Hameln – Öffentlichkeitsarbeit – Am Ohrberg 1 31860 Emmerthal Deutschland Telefon Telefax eMail Internet
(0 49) 05151-999-302 (0 49) 05151-999-400
[email protected] http://www.isfh.de
Publikationskennung/International Standard Serial Number ISSN 1613-5970 Redaktionsschluss/Editorial deadline 31.12.2015 Druck/Print gutenberg beuys feindruckerei gmbh, Langenhagen; www.feindruckerei.de Papier/Paper Der Jahresbericht wurde auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Umschlag: Chlorfrei gebleicht, glänzend gestrichen. The annual report was printed on chlorine-free bleached paper. Cover: chlorine-free bleached, glossy coated. Bildquellen/Origin of photo material Bilder B, C, D, 1, 46, 65, Bilder auf den Seiten 11, 13, 14, 30-33, 60 und hinteres Umschlagbild: Salzmann PhotoDesign, Bad Münder. Bild 13: Enercity Hannover. Bild Seite 84: Leibniz Universität Hannover, Referat für Kommunikation und Marketing. Bilder 32, 33, 35, 51, 56, 57 überarbeitet von caze • werbung & kommunikation, Hameln. Alle übrigen Bilder: ISFH. Images B, C, D, 1, 46, 65, images on pages 11, 13, 14, 30-33, 60 and rear side cover page: Salzmann PhotoDesign, Bad Münder. Image on page 13: Enercity Hanover. Image on page 84: Leibniz Universität Hanover, Communication and marketing. Images 32, 33, 35, 51, 56, 57 redesigned by caze • werbung & kommunikation, Hamelin. All other images by ISFH. QR-Codes/QR-Codes Die Fachartikel im Kapitel 3 können auch im Internet abgerufen werden, die Adressen sind jeweils im QR-Code angegeben. SmartphoneBenutzer scannen den Bildcode mit einer App (z. B. Mobiletag, Scan, Scanlife, etc.). The professional articles in chapter 3 can be accessed in the internet, the addresses are given in QR-code in each case. Smartphone-users scan the two-dimensional code employing an app (e. g. Mobiletag, Scan, Scanlife etc.). Urheberrecht/Copyright Vervielfältigung oder Abdruck von Teilen dieses Berichtes grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Einwilligung der Redaktion. Duplication or reproduction even of parts of this report only with previous written consent of the editorial office. Danksagung/Acknowledgement Allen Mitarbeitern, die zum Jahresbericht beigetragen haben, sei an dieser Stelle sehr herzlich gedankt. Ein besonderer Dank geht an Nicholas Moon für seine freundliche und professionelle Unterstützung und an Horst Zacharias für seinen Beitrag auf Seite 22 ff. Thank to all colleagues, who have contributed to this annual report. Our particular gratitude goes to Nicholas Moon for his kind and professional support and to Horst Zacharias for his contribution on page 22 pp.
© Institut für Solarenergieforschung Hameln 2015
Webausgabe 03/2016.2
ISFH Annual Report 2015
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Streiflichter
At a glance
Abbildung/Figure 62: Die ISFH-Sportgruppe nach der Teilnahme am Stadtgalerielauf in Hameln im April 2015. The ISFH sports group after participating in the Stadtgalerie run in Hamelin in April 2015. Abbildung/Figure 63: Mit wachen Augen beobachtet diese Eule einige Teilnehmer am Betriebsausflug, der die Kollegen in diesem Jahr in den Tierpark in Springe führte. This owl is attentively watching some participants on the Institute outing, which this year took the staff to the animal park in Springe. Abbildung/Figure 64: Dr. Arnaud Morlier (links) erläutert den Mitgliedern des Wissenschaftlichen Beirates ein mobiles System für die Untersuchung von PV-Modulen im Feld (FLuorescence Outdoor Inspection System, FLOIS). Dr. Arnaud Morlier (left) explaining a mobile system for inspecting PV modules in the field (FLuorescence Outdoor Inspection System, FLOIS) to members of the Scientific Advisory Board. Abbildung/Figure 65: Probenvorbereitung zur Aufnahme der I/V-Kennlinie einer Solarzelle unter Standard-Testbedingungen. Sample preparation to measure a I/V characteristic of a solar cell under standard test conditions. Abbildung/Figure 66: Messtisch mit zu prüfender Silizium-Solarzelle. Measuring table with a silicon solar cell to be measured. Abbildung/Figure 67: Teilnehmer beim Workshop „Überhitzungsschutz für Solarkollektoren durch thermochrome Absorber“. Participants of the workshop “Overheating protection for solar collectors by thermochromic absorbers”.
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Streiflichter
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Notizen
Notes
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Frei konfigurierbare Kontaktierleiste zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Kontaktierschemata auf die I/V-Kennlinien von Solarzellen. Freely configurable contact strip for the determination of the influence of different contacting patterns on the I/V characteristics of solar cells.
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