Unsere Forschungsprojekte

Mit den nachstehenden Kurzbeschreibungen der laufenden bzw. kürzlich am in.RET abgeschlossenen Projekte wollen wir Ihnen einen kleinen Einblick in unsere Forschungsaktivitäten geben.

Studie: Energiespeichertechnologien - Kompetenzen in Thüringen (unveröffentlicht)

In Energieversorgungssystemen kommt der Speicherung von Energie eine zentrale Bedeutung zu. Nur mit Hilfe von Energiespeichern ist es möglich, ein zeitlich und räumlich variables Energieangebot mit der ebenso variablen Nachfrage in Einklang zu bringen. Insbesondere der Einsatz von Erneuerbaren Energien wirft hinsichtlich der Speicherung neue Fragestellungen auf. Da sich der Anteil Erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung entsprechend der politischen Vorgaben weiter vergrößern wird, kommt den Energiespeichern eine wachsende Bedeutung zu. Ein Ausbau der Branchenportfolios und der Forschungsaktivitäten in diesem Bereich bietet Unternehmen ein zukunftsträchtiges Wirtschaftsfeld. Ziel dieser Studie ist die Erarbeitung eines aktuellen Überblicks über die Fachkompetenzen von Unternehmen und Forschungseinrichtungen in Thüringen auf dem Gebiet der Energiespeicherung als Basis für ein zielgerichtetes Technologiemarketing. Anhand der erarbeiteten Matrix werden bestehende Kompetenzen und Ansatzpunkte für eine perspektivische Bündelung von Potenzialen aufgezeigt.

Die Studie befasst sich mit Energiespeichertechnologien in den Bereichen mobile und stationäre Anwendungen, wobei sich die mobilen Anwendungen auf Handheld-Anwendungen beschränken. Der Bereich der Automotive-Speichertechnologien ist nicht Gegenstand dieser Studie. Der Inhalt der Studie stellt eine Arbeitsgrundlage für Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung auf dem Gebiet der Energiespeichertechnologien in Thüringen dar. Die erarbeitete Kompetenzmatrix umfasst Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die in den relevanten Branchen tätig sind bzw. zukünftig tätig sein werden. Die Studie ist entlang der Speichertechnologien gegliedert, da sich dadurch vergleichsweise wenige Überschneidungen in der Kompetenzmatrix ergeben haben. Dabei werden mechanische, elektrische, thermische und chemische Energiespeicher unterschieden. Überschneidungen in der Speicherperipherie sind jedoch unvermeidlich, da diese von der Art des Energieversorgungssystems bestimmt wird, in die der Speicher integriert ist.

Im Einzelnen berücksichtigt die Studie die folgenden Aspekte: Eine kurze Darstellung des allgemeinen Stands der Technik für jede Speichertechnologie als Wissensgrundlage, die Erfassung der relevanten Branchen und Unternehmen in Thüringen sowie ihre Kategorisierung in einer Kompetenzmatrix entlang der Wertschöpfungskette.

(Bearbeiter: Joachim Fischer, Thomas Link, Thomas Schabbach, Viktor Wesselak, Jana Henning-Jacob, Philip Siegmann)

Studie: Thermische Speichertechnologien zur effizienten Nutzung Erneuerbarer Energien / Überschusswärme und ihre Umsetzung in Thüringen (unveröffentlicht)

In Thüringen hat sich in den vergangenen Jahren der Bereich Photovoltaik durch die "Solarinitiative", die Mitwirkung im Spitzencluster "Solarvalley Mitteldeutschland" und eine darauf ausgerichtete Standortpolitik zu einer industriellen Leitbranche entwickelt. Es bietet sich daher an, die Wertschöpfungsketten Thüringer Unternehmen hinsichtlich eines Engagements im Bereich der Thermischen Energiesysteme zu erweitern. In dieser Studie werden daher ausgehend von einem Überblick über den internationalen Stand von Wissenschaft und Technik und auf der Basis der in Thüringen vorhandenen Kompetenzen wichtige Entwicklungspfade thermischer Speichertechnologien identifiziert und Verknüpfungspunkte zu den entsprechenden Akteuren aufgezeigt.

Die Studie stellt zunächst die Grundlagen der thermischen Speicherung dar und stellt die wichtigsten internationalen und nationalen technologischen Entwicklungslinien anhand von Akteuren, Veröffentlichungen und Schutzrechten vor. In Thüringen ansässige Forschungseinrichtungen und Unternehmen werden mit einem kurzen Steckbrief vorgestellt, dessen Erstellung jeweils auf einer Befragung beruht. Eine Bewertung und kritische Einschätzung der anlagentechnischen Entwicklungspotenziale der derzeit verfolgten Technologien bildet die Basis für die abschließende Bewertung und Empfehlung.

(Bearbeiter: Thomas Schabbach, Viktor Wesselak, Pascal Steinert)

Qualifizierung von Dünnschichtmodulen der Fa. MASDAR PV gemäß IEC 61646 und IEC 61730

Mechanical Load Test nach IEC 61730-2

Photovoltaikmodule sind während ihrer Betriebszeit vielfältigen und je nach Einsatzort extremen Wetterbedingungen ausgesetzt. Insbesondere auf großflächige PV-Module wirken dabei große Wind- und Schneelasten. Gemäß IEC 61730-2 sind PV-Module einer mechanischen Belastungsprüfung zu unterziehen.
Im II. Quartal 2009 wurden am Institut unterschiedliche Varianten von Glassubstratkombinationen auf ihre mechanische Belastungsfähigkeit überprüft. Es wurden Kombinationen aus teilvorgespannten Gläsern und Floatgläsern unterschiedlicher Stärke mit Belastungen von bis zu 2400 Pa (5400 Pa) getestet. Außerdem wurden verschiedene Montagevarianten untersucht, die einen wesentlichen Einfluss auf die Wind- und Schneebelastbarkeit der unterschiedlichen Glaskombinationen haben. Vor- und nachbereitet wurden die Tests durch Finite-Elemente-Berechnungen. Dadurch konnten wichtige Impulse für das Design der Glassubstrate und deren Montagekonzept gegeben werden.

Hot-Spot-Test gemäß IEC 61646

Aufgrund des Sonnenverlaufs kann es immer zu teilweiser oder vollständiger Abschattung eines PV-Moduls aufgrund von Pflanzen, Gebäuden oder der PV-Anlage selbst kommen. Wird eine Zelle abgeschattet, so wird diese im Sperrbereich betrieben und es kann bei Überschreiten der Durchbruchspannung zur Zerstörung der Zelle kommen. Ferner können aufgrund der Abschattung lokale Temperaturerhöhungen, sogenannte Hot-Spots, auftreten. Durch Hot-Spots besteht die Gefahr der Delamination und der thermischen Überlastung der Zelle.
Im III. und IV. Quartal 2009 wurden auf der Freiflächenversuchsanlage Hot-Spot-Tests unter realen Bedingungen durchgeführt. Während der Tests wurde die Temperaturverteilung aufgenommen und analysiert. Daraus können fehlerhafte Kontaktstellen, fehlerhafte Zellen und Hot-Spots aufgespürt werden. Weiterhin wurden zur Bewertung der Modulleistung die Strom-Spannungs-Kennlinien sowohl vor als auch nach den Hot-Spot-Tests ermittelt.

TCO-Korrosionstest

Dünnschichtphotovoltaikzellen werden häufig auf Kalk-Natron-Glas abgeschieden. Zur Kontaktierung wird eine transparente leitfähige Schicht (TCO - transparent conductive oxide) zwischen Glas und Zellmaterial aufgebracht. Diese Schicht besteht häufig aus Zinndioxid (SnO₂). Die im Glas enthaltenen Natriumionen können im Zusammenspiel mit Feuchtigkeit und einem negativen Potenzial aus dem Glas in die TCO-Schicht diffundieren. Es folgt eine elektrochemische Reaktion der Natriumionen und des TCO-Materials, welche zu Korrosionserscheinungen der TCO-Schicht führen kann. Die Korrosion kann das PV-Modul in der Art schädigen, dass die Leistungsangaben des Herstellers nicht mehr garantiert werden können.
Im IV: Quartal 2009 wurde ein Langzeitversuchsstand in Betrieb genommen, um die KOrrosionsgefahr unter realen Bedingungen nachzubilden. Zur Beschleunigung der sehr langsam ablaufenden Ionenwanderung wurde zusätzlich ein negatives Potenzial von 600 V angelegt. Erste Versuchsergebnisse sind Mitte 2010 zu erwarten.

(Bearbeiter: Sebastian Voswinckel, Jutta Carow, Viktor Wesselak)